プログラマブルロジックコントローラー（PLC）は、産業用ハードウェアシステムに不可欠なコンポーネントです。 PLCは非エンジニアが使うことを前提に設計されているため、PLCがいかに重要なアプリケーションであり、現場に多くのメリットをもたらすかを理解するには、ほんの少しの努力で十分です。
キーポイント
PLC = 入力 + 出力 + CPU
ほとんどのPLCがラダーロジック（LD）を採用
PLCはアナログ信号よりディスクリート信号の方が処理しやすい
プログラマブルロジックコントローラー（PLC）とは何ですか？
プログラマブル・ロジック・コントローラーは、ユーザー・プログラマブル・メモリーを備えたソリッド・ステート・ドライブ（活発に動く部品がないことを意味する）制御システムである。 PLCは、工場で重要な通信や操作の機能を実現するものです：
入出力制御（I/O）
論理と算術のルール
タイミングとカウント
3モードPID制御
データ・ファイル処理
PLCには、携帯できるほど小さなものもあれば、別の制御室に収めなければならないほど大きなものもあります。 これはもちろん、目の前の産業事業の規模によります。
プログラマブルロジックコントローラーには、2つの選択肢があります：固定式I/Oとモジュール式
固定I/O PLCは、統合型PLCやコンパクトPLCとも呼ばれることがあります。 このタイプは、機械が生み出すあなたの入力と出力が、内部のマイクロコントローラーに完全に統合されている場合です。 つまり、このPLCは内部を一切いじれない不可侵のハードウェアユニットなのです。
モジュラーPLCは、他のモジュールと組み合わせて、入出力プロセッサの組み合わせを作ることができます。 これは、ダウンタイムの減少、故障検出の容易さ、メモリ容量の拡張、カスタマイズされた産業用ソリューションの実現を意味するため、現在では有用なものです。 モジュール式PLCの中には、突発的に1台または複数台の交換が必要になった場合に備えて、バックアップとして保有するものもあります。
PLCの仕組みは？
PLCは、データと人間の両方の入力を受けます。 データ入力には、センサー、エンコーダー、ディテクターから自動的に送られる情報が含まれます。 一方、ヒューマンインプットとは、人間が操作システムと対話するためのボタン、スイッチ、キーボード、タッチスクリーン、リモコン、カードリーダーなどを指します。
PLCはこの入力データを受け取り、物理的または視覚的な出力に変換する。 例えば、モーターの始動、バルブの排水、プリントアウトの送信、遠隔地の機器のGPS位置の監視などが挙げられます。 また、出力データは、HMI（Human-Machine Interface）を用いた視覚的な表示の形態とすることも可能です。
しかし、PLCは受け取った入力をどのように読み取っているのだろうか。
プログラマブルロジックコントローラは、信号による入力を読み取り、データを出力に変換する。 信号には、ディスクリートとアナログの2種類があります。
ディスクリート信号のオン／オフ
例：ライトの点灯・消灯のどちらか一方、あるいは機械の刃が所定の位置に下がっているかどうか。 中間的な選択肢はない。
アナログ信号とは、レンジまたは測定値
例）内部温度が80～100度の範囲にあることを記録し、30～45秒の冷却期間を経て次の自動動作を開始した時点で動作ステップを終了するものとする。
初期のプログラマブルロジックコントローラーは、ラダーダイアグラム（LD）言語とも呼ばれるラダーロジックでプログラムされていました。 非エンジニアが読むことを前提に設計されているため、電気回路図がはしご状に描かれ、操作がラングとして描かれていることから、この名がついた。
これは、すべての工程を視覚的に表現することで、作業者がどのような順序で作業を行うかをすぐに理解できるようにするものです。 コマンドの論理的な処理に変更や停止が生じた場合、プログラミングの適切なセクションに迅速かつ効率的にアクセスすることができ、ダウンタイムをできるだけ短くすることができます。
2015年、IECがPLCのプログラミング言語の規格を義務化した。 ほとんどのPLCがラダーロジックを使っていましたが、今ではこんな言語も簡単に使えるようになりました：
構造化テキスト（ST）
シーケンシャルファンクションチャート(SFC)
ファンクションブロック図（FBD）
インストラクションリスト（IL）
もちろん、ラダーダイアグラム（LD）はプログラマブルロジックコントローラの定義ロジックです。 これは、PLCが制御する大量かつシンプルなオペレーションは、あまり複雑化しない方がうまくいくからです。 むしろ、あまりに複雑なシステムを使うと、故障が頻発し、どの “はしご “で故障しているのかがわからなくなる。
機器の複雑な工程を後回しにすることで、情報の流れがスムーズになり、初期ロジックに必要なエネルギー消費も少なくなります。
PLCはどんなことに使えるの？
プログラマブルロジックコントローラーは、SCADA（監視制御・データ収集）などの制御システムアーキテクチャの重要な部分であり、HMI（ヒューマンマシンインターフェース）技術と容易にコミュニケーションすることで、作業者の理解を深めることができる。
また、PLCは、制御システム内の適切な通信や内部診断チェックなどのハウスキーピング活動を継続的に行っています。
安全PLCは、この責任をさらに一歩進め、多くの冗長性を持たせてプログラムされているので、万が一の事態に備え、システムエラーをキャッチするフェイルセーフ機能を多く備えています。
今日、完全に最適化されたIIoT産業システムの一部では、作業員がウェブ、SQLデータベース、あるいはスマートファクトリーアプリケーション用のクラウドを介してPLCにデータを通信することができます。
PLCのメリット
PLCはシンプルな入出力のために作られたものですが、工場に極めて最適化されたものでもあります。 ホコリや汚れ、気温の変化にも対応できるよう、耐久性に優れた構造になっています。 プログラマブルロジックコントローラーは構成部品が少ないので、万が一のトラブルシューティングが容易です。
PLCは、故障が多発する昔のリレー式制御システムに比べ、耐久性に優れています。 現在では、モジュール式のPLCを一緒に構成したり、性能向上のために入れ替えたりすることができます。
全体的に電力消費が少なく、効率的で、プログラミングが容易で、使い方がシンプルなため、工業生産に欠かせない技術となっています。 産業界の多くは、PLC技術によって実現されたI/O組織に大きく依存しています。
PLCのデメリット
PLCの技術は、分散型制御システム（DCS）の機能の一歩手前と考えるのが妥当でしょう。 複雑なアナログ入力を合成するには、プログラマブルロジックコントローラーだけでは不十分で、もう少しアクセスしやすいメモリやオーバーライドオプションが必要です。
例えば、PLCはC++でデータを理解し、複雑なデータを十分な詳細さでユーザーに表示し返すことに苦労することになります。
また、PLCは電磁干渉（EMI）にも弱い場合があります。 電気的なシャットダウンを避けるために、オペレータは PLC の温度耐性、CPU スピード、RAM スペース、他のシステムハードウェアや電源との潜在的な互換性を認識する必要があります。
産業用PLCの事例と動向
さて、PLCについて説明されましたが、私がよく耳にするPACというのは何でしょうか？
PAC（プログラマブル・オートメーション・コントローラー）は、PLCとほぼ同じもので、より高度な自動化出力を備えています。 PACという言葉は、2000年代初頭に、当時登場し始めた、少し複雑な自動化に依存する最新のPLCを指すために導入されました。
最近のPACは、ラダー図言語だけでなく、BASICやC言語を使ってプログラミングができるので助かりますね。
インダストリー4.0の台頭で産業用モノのインターネットが進む中、ネットワークの末端にあるエッジコンピューティングでPLCの必要性が高まっています。 これは、PLCがサイクリック・ポーリング・レスポンス方式で通信するためです。 つまり、常にデータを送り続け、次のステップに進むために、他の自動運転システムからの信号を受信するために、インターネットに接続されている必要があるのです。
プログラマブルロジックリレー（PLR）は、ディスクリート出力オプションをほとんど必要としない小規模なオペレーション向けに特別に設計された、PLCテクノロジーのもう一つの形態です。 これらのPLRシステムは、HMIを備えたシンプルなオールインワンI/Oコンピュータで、設置や使用が簡単です。 モジュール式や拡張式ではありませんが、モジュール式のPLCやPACシステムよりも安価で効率的なのは間違いありません。 そのため、より小さなOSに最適なものとなっています。
