プログラマブルロジックコントローラー

基本構造 の本質 プログラマブルロジックコントローラ 産業用制御専用のコンピュータです。ハードウェア構造は基本的にマイクロコンピュータと同じです。基本構造は次のとおりです。 1. 電源 プログラマブルロジックコントローラの電源は、システム全体の中で非常に重要な役割を果たしています。優れた信頼性の高い電源システムがなければ、正常に動作することはできません。そのため、プログラマブルロジックコントローラのメーカーは、電源の設計と製造にも大きな重点を置いています。一般に、AC電圧の変動は+ 10％（+ 15％）の範囲内であり、PLCは他の対策を講じることなくAC電力網に直接接続できます。 2. 中央処理装置（CPU） 中央処理装置（CPU）は、プログラマブルロジックコントローラの制御センターです。プログラマブルロジックコントローラシステムプログラムによって割り当てられた機能に従って、プログラマから入力されたユーザープログラムとデータを受信して​​保存し、電源、メモリ、I/O、警告タイマーの状態をチェックし、ユーザープログラムの構文エラーを診断できます。プログラマブルロジックコントローラが動作を開始すると、まずスキャン方式で各入力デバイスの状態とデータを現場から受信し、それぞれI/Oイメージ領域に格納し、次にユーザープログラムメモリからユーザープログラムを1つずつ読み取り、コマンドを解釈した後、命令に従って論理演算または算術演算の結果がI/Oイメージ領域またはデータレジスタに送信されます。すべてのユーザープログラムが実行されると、I/Oイメージ領域の出力状態または出力レジスタのデータが最終的に対応する出力デバイスに送信され、サイクルが停止するまで実行されます。 PLC の信頼性をさらに向上させるために、大型 PLC にはデュアル CPU が搭載され、冗長システム、つまり 3 CPU 投票システムが形成され、CPU が故障してもシステム全体は正常に動作することができます。 3. 記憶 システムソフトウェアを格納するメモリをシステムプログラムメモリと呼びます。 アプリケーションソフトウェアを格納するメモリをユーザープログラムメモリと呼びます。 4. 入出力インターフェース回路 4.1. フィールド入力インターフェース回路は、光結合回路とマイクロコンピュータ入力インターフェース回路で構成され、プログラマブルロジックコントローラとフィールド制御間のインターフェースの入力チャネルとして機能します。 4.2. フィールド出力インターフェース回路は、出力データレジスタ、選択回路、割り込み要求回路と統合されており、プログラマブルロジックコントローラは、フィールド出力インターフェース回路を介して、対応する制御信号をフィールド実行コンポーネントに出力します。 5. 機能モジュール カウント、位置決め、その他の機能モジュールなど。 6. 通信モジュール  PLCの選択とケース分析 PLCを選択する際には、プロセスの特性と制御要件を詳細に分析し、制御タスクと範囲を明確にし、必要な操作とアクションを決定し、入出力ポイントの数、必要なメモリ容量を見積もり、制御要件に基づいてPLCの機能と外部デバイスの特性を決定する必要があります。最後に、性能と価格の比率が高いPLCを選択し、対応する制御システムを設計します。 以下では、PLC を選択する際に注意すべき点について詳しく説明します。 1. 入力ポイントと出力ポイント（I/Oポイント）の推定I/O ポイント数を見積もる際には、適切なマージンを考慮する必要があります。通常、統計的な入出力ポイント数を基に、10% ～ 20% の拡張可能なマージンを入出力ポイント数の見積データとして追加します。 2. メモリ容量の見積もり。メモリ容量はプログラマブル コントローラ自体が提供できるハードウェア ストレージ ユニットのサイズであり、プログラム容量はメモリ内のユーザー アプリケーション プロジェクトが使用するストレージ ユニットのサイズであるため、プログラム容量はメモリ容量よりも小さくなります。設計および選択時にプログラム容量をある程度見積もるために、通常はメモリ容量の見積もりを代用として使用します。一般的には、デジタル I/O ポイント数の 10 ～ 15 倍にアナログ I/O ポイント数の 100 倍を加えた数値で、この数値がメモリ内の総ワード数 (16 ビットが 1 ワード) となり、さらにこの数値の 25% が余裕として考慮されます。3. 制御機能の選択。この選択には、計算機能、制御機能、通信機能、プログラミング機能、診断機能、処理速度などの特性の選択が含まれます。 （1）演算機能。単純なPLCの演算機能には、論理演算、タイミング、カウント機能が含まれます。通常のPLCの演算機能には、データシフト、比較などの演算機能も含まれます。より複雑な演算機能には、代数演算、データ転送などが含まれます。大型PLCには、アナログPID演算などの高度な演算機能もあります。オープンシステムの出現により、PLCには通信機能があります。一部の製品は下位コンピュータと通信し、一部の製品は同じコンピュータまたは上位コンピュータと通信し、一部の製品は工場または企業ネットワークとのデータ通信機能も備えています。設計と選択を行うときは、実際のアプリケーションの要件から始めて、必要な演算機能を合理的に選択する必要があります。ほとんどのアプリケーションでは、論理演算とタイミングとカウント機能のみが必要です。一部のアプリケーションでは、データ転送と比較が必要です。アナログ検出と制御に使用する場合は、代数演算、数値変換、PID演算が使用されます。データを表示するには、デコードとエンコードの操作が必要です。 （2）制御機能：制御機能には、PID制御操作、フィードフォワード補償制御操作、比率制御操作などが含まれ、制御要件に応じて決定する必要があります。 PLCは主にシーケンシャルロジック制御に使用されます。そのため、ほとんどの場合、アナログ制御を解決するためにシングルループまたはマルチループコントローラーがよく使用されます。場合によっては、専用のインテリジェント入出力ユニットも使用して、必要な制御機能を完成させ、PLCの処理速度を向上させ、メモリ容量を節約します。たとえば、PID制御ユニット、高速カウンター、速度補償付きアナログユニット、ASCコード変換ユニットなどが使用されます。 （3）通信機能：大規模および中規模PLCシステムは、さまざまなフィールドバスと標準通信プロトコル（TCP / IPなど）をサポートし、必要に応じて工場管理ネットワーク（TCP / IP）に接続できる必要があります。通信プロトコルは、ISO / IEEE通信標準に準拠し、オープン通信ネットワークである必要があります。PLCシステムの通信インターフェイスには、シリアルおよびパラレル通信インターフェイス（RS 232C / 422A / 485）、RIO通信ポート、産業用イーサネット、共通DCSインターフェイスなどが含まれます。PLCシステムの通信ネットワークの主な形式は次のとおりです。1）PCがマスターステーションであり、同じモデルの複数のPLCがスレーブステーションであり、単純なPLCネットワークを形成します。2）1つのPLCがマスターステーションであり、同じモデルの他のPLCがスレーブステーションであり、マスタースレーブPLCネットワークを形成します。3）PLCネットワークは、特定のネットワークインターフェイスを介してDCSのサブネットとして大規模DCSに接続されます。 4) 専用 PLC ネットワーク (各メーカーの専用 PLC 通信ネットワーク)。CPU 通信タスクを軽減するために、ネットワーク構成の実際のニーズに応じて、異なる通信機能 (ポイントツーポイント、フィールドバス、産業用イーサネットなど) を備えた通信プロセッサを選択する必要があります。 （4）プログラミング機能；オフラインプログラミングモード：PLCとプログラマーはCPUを共有します。プログラマーがプログラミングモードの場合、CPUはプログラマーにのみサービスを提供し、フィールド機器を制御しません。プログラミングが完了すると、プログラマーは実行モードに切り替わり、CPUがフィールド機器を制御し、プログラミングできなくなります。オフラインプログラミングはシステムコストを削減できますが、使用とデバッグが不便です。オンラインプログラミングモード：CPUとプログラマーには独自のCPUがあります。ホストCPUはフィールド制御を担当し、スキャンサイクル内でプログラマーとデータを交換します。プログラマーは、オンラインでコンパイルされたプログラムまたはデータをホストに送信します。次のスキャンサイクルでは、ホストは新しく受信したプログラムに従って動作します。この方法はより高価ですが、システムのデバッグと操作が便利で、大規模および中規模のPLCでよく使用されます。 （５）診断機能PLCの診断機能には、ハードウェア診断とソフトウェア診断があります。ハードウェア診断は、ハードウェアのロジック判断によってハードウェアの障害箇所を特定し、ソフトウェア診断は内部診断と外部診断に分けられます。ソフトウェアによるPLCの内部性能や機能の診断が内部診断であり、ソフトウェアによるPLC CPUと外部入出力部品間の情報交換機能の診断が外部診断です。PLC の診断機能の強さは、オペレーターや保守担当者に求められる技術力に直接影響し、平均修理時間にも影響します。 （6）処理速度PLCはスキャンモードで動作します。リアルタイム要件の観点から、処理速度は可能な限り高速である必要があります。信号持続時間がスキャン時間より短い場合、PLCは信号をスキャンできず、信号データが失われます。処理速度は、ユーザープログラムの長さ、CPU処理速度、ソフトウェア品質などに関係します。現在、PLC接点は応答が速く、速度が速いです。各バイナリ命令の実行時間は約0.2〜0.4Lsであるため、高い制御要件と高速応答要件を持つアプリケーションのニーズに適応できます。スキャンサイクル（プロセッサスキャンサイクル）は、次の要件を満たす必要があります。小型PLCのスキャン時間は0.5ms / K以下、大型および中型PLCのスキャン時間は0.2ms / K以下です。 4. モデルの選択 （1） PLCの種類PLCは、構造によって一体型とモジュラー型の2つのカテゴリに分けられます。アプリケーション環境によって、現場設置と制御室設置の2つのカテゴリに分けられます。CPUワード長に応じて、1ビット、4ビット、8ビット、16ビット、32ビット、64ビットなどに分類されます。アプリケーションの観点からは、通常、制御機能または入出力ポイントに応じて選択できます。一体型PLCのI / Oポイントは固定されているため、ユーザーの選択の余地が少なく、小規模な制御システムに使用されます。モジュラーPLCは、さまざまなI / Oカードまたはプラグインカードを提供するため、ユーザーは制御システムのI / Oポイントを合理的に選択して構成できます。機能拡張は便利で柔軟性があり、一般的に大規模および中規模の制御システムに使用されます。 （2）入力および出力モジュールの選択。入力および出力モジュールの選択は、アプリケーション要件と一致している必要があります。たとえば、入力モジュールの場合、信号レベル、信号伝送距離、信号絶縁、信号電源方法などのアプリケーション要件を考慮する必要があります。出力モジュールの場合、選択する出力モジュールのタイプを考慮する必要があります。一般に、リレー出力モジュールは、価格が安く、電圧範囲が広く、寿命が短く、応答時間が長いという特徴があります。サイリスタ出力モジュールは、頻繁なスイッチングや誘導性の低力率負荷の機会に適していますが、より高価で、過負荷容量が劣っています。出力モジュールには、DC出力、AC出力、アナログ出力もあり、アプリケーション要件と一致している必要があります。アプリケーション要件に応じて、インテリジェントな入力および出力モジュールを合理的に選択して、制御レベルを向上させ、アプリケーションコストを削減できます。拡張ラックまたはリモートI/Oラックが必要かどうかを検討します。 （３）電源の選択PLCの電源は、設備導入時に製品マニュアルの要求に従ってPLCを設計・選択することに加え、製品マニュアルの要求に従ってPLCの電源を設計・選択する必要があります。一般的に、PLCの電源は、国内電力網の電圧と一致する220VAC電源で設計・選択する必要があります。重要な用途では、無停電電源装置または電圧安定化電源を使用する必要があります。PLC自体に使用可能な電源がある場合は、供給される電流がアプリケーションの要件を満たしているかどうかを確認する必要があります。そうでない場合は、外部電源を設計する必要があります。誤操作により外部の高電圧電源がPLCに導入されるのを防ぐため、入力信号と出力信号を絶縁する必要があり、絶縁には単純なダイオードやヒューズ管を使用できる場合もあります。 （4）メモリの選択：コンピュータ統合チップ技術の発展により、メモリの価格が下がっています。したがって、アプリケーションプロジェクトの正常な動作を保証するために、PLCメモリ容量は、通常、256個のI/Oポイントに応じて少なくとも8Kメモリである必要があります。複雑な制御機能が必要な場合は、より大容量で高級なメモリを選択する必要があります。 （５）経済的考慮PLC を選択する際には、性能と価格の比率を考慮する必要があります。経済性を考慮する場合は、アプリケーションの拡張性、操作性、入出力比などの要素も考慮し、比較して考慮し、最終的により満足のいく製品を選択する必要があります。入出力ポイントの数は価格に直接影響します。入出力カードを追加するごとにコストが増加します。ポイント数が一定の値に増加すると、対応するメモリ容量、ラック、マザーボードなどもそれに応じて増加します。したがって、ポイント数の増加は、CPU、メモリ容量、制御機能範囲などの選択に影響を与えます。制御システム全体の性能と価格の比率をより合理的にするために、見積もりと選択の際に十分に考慮する必要があります。 

セット・リセット命令（SET/RST） (1) SET（セット命令） 操作対象の要素を設定・保持する機能です。 (2) RST（リセット命令）は、動作中の対象要素をリセットし、クリア状態に保持します。 SET命令、RST命令を使用する場合、X0がノーマルオープンで接続されていると、Y0がONとなりその状態を維持します。 X0を切り離してもY0のON状態は変わりません。 X1 が正常に開閉した場合のみ、Y0 は OFF になり、この状態が維持されます。 X1 がノーマルオープンで切断されても、Y0 は OFF のままです。 SET 命令と RST 命令の使用手順: 1) SET 命令の対象要素は Y、M、S、RST 命令の対象要素は Y、M、S、T、C、D、V、Z です。RST 命令は、クリアするためによく使用されます。 D、Z、V の内容を記憶し、累積タイマーとカウンターをリセットするためにも使用されます。 2) 同一の対象要素に対して、SET と RST は任意の順序で複数回使用できますが、最後に実行されたものが有効です。 マスタ制御命令(MC/MCR) 1) コモンシリーズ接点の接続にはMC(Master Control struction)を使用します。 MC を実行すると、左側のバスバーが MC 接点の後ろに移動します。 ２）ＭＣＲ（マスターコントロールリセット命令） ＭＣ命令のリセット命令であり、左バスの位置を元に戻す命令である。 プログラミングでは、複数のコイルが 1 つまたは複数の接点によって同時に制御されることがよくあります。各コイルの制御回路に同じ接点を直列に接続すると、多数の記憶装置を占有することになります。メイン制御コマンドを使用することでこの問題を解決できます。 MC および MCR 命令は、MC N0 M100 を使用して左バスを右に移動し、Y0 と Y1 が X0 の制御下に置かれるようにします。ここで、N0 はネスト レベルを表します。ネストされていない構造では、N0 は無制限に使用できます。 MCR N0 は、元の左バス状態に戻すために使用されます。 X0 が切断されると、MC と MCR 間の命令はスキップされ、下方向に実行されます。 MC および MCR 命令の使用手順: 1) MC、MCR 命令の対象要素は Y、M ですが、特殊補助リレーは使用できません。 MC は 3 つのプログラム ステップを占め、MCR は 2 つのプログラム ステップを占めます。 2) ラダー図において主制御接点は一般接点と直交しています。メイン制御接点は、左側のバスバーに接続された常開接点であり、回路グループを制御するメイン スイッチです。メイン制御接点に接続される接点は、LD命令またはLDI命令を使用する必要があります。 3) MC 命令の入力接点が切断された場合、MC および MCR のリセット/セット命令によって駆動される累積タイマ、カウンタおよびコンポーネントは以前の状態を維持します。非累積タイマーおよびカウンター、OUT 命令によって駆動されるコンポーネントはリセットされます。 22でX0を外すとY0とY1がOFFになります。 4) MC 命令領域内で再度 MC 命令を使用することをネストといいます。ネストレベルの最大数は 8 で、N0 の順に増加します。→N1→N2→N3→N4→N5→N6→N7.各レベルの復帰には対応する MCR 命令が使用され、最大番号のネストされたレベルからリセットされます。 差動命令（PLS/PLF） (1) PLS (立ち上がり微分命令) は、入力信号の立ち上がりエッジで 1 スキャン周期のパルス出力を生成します。 (2) PLF (立ち下がり微分命令) は、入力信号の立ち下がりエッジで 1 スキャン周期のパルス出力を生成します。 差動命令により信号のエッジを検出し、セットコマンド、リセットコマンドによりY0の状態を制御します。 PLS および PLF 命令の使用手順: 1) PLS 命令と PLF 命令の対象要素は Y と M です。 2) PLS 使用時は、ドライブ入力 ON 後 1 スキャン周期内のみ対象素子が ON、X0 の常開接点が OFF から ON に変化したとき、M0 は 1 スキャン周期以内のみ ON となります。 PLF命令を使用する場合、入力信号の立ち下がりエッジのみを駆動に使用し、残りはPLSと同じです。