PLC / プログラマブルコントローラ

PLCとは、マイクロコンピュータ（CPU：中央演算装置）とメモリ（記憶素子）を内部に持っています。
操作盤や装置に設けられたさまざまな外部入力機器（押しボタンスイッチ、リミットスイッチ）によって動作し、表示灯やソレノイドなどの外部出力機器を自由に制御することができる便利な機器です。
プログラムは、専用のラダープログラム作成ソフトをインストールしたパソコンから、PLCのメモリに書き込みます。

PLCの構造

PLC（プログラマブルコントローラ）のメリット1：リレー回路の代替装置として開発された装置のため、一台で大量のリレー、タイマ、カウンタを置き換えることができます。

PLCと比較し、従来のリレー回路は入力機器、出力機器の台数、制御回路の内容によって、大量のリレーやタイマ、カウンタが必要でした。機器追加によるリレー回路の追加や変更によって、配線作業の修正の手間やコストがかかります。
PLCは、専用のプログラムの追加や修正で回路変更が容易にできるため、大規模な回路設計の場合でも、1台のPLCで対応可能です。

PLC（プログラマブルコントローラ）のメリット2：拡張性に高い回路設計が可能。リレー回路の電子化だけでなく、モータ制御、アナログ制御、温度制御、データ通信制御など、用途に応じてプログラム回路設計が可能。

PLCは用途に応じて、機能拡張ユニットを用意しています。それぞれ専用のプログラム命令語を用意していますので、複雑な制御でもプログラム回路の設計・変更が可能です。

PLC（プログラマブルコントローラ）のメリット3：高い保守性。電子回路で設計されているため、機械部品の劣化や寿命の影響を受けにくく、装置の故障頻度をおさえることができます。

PLCは大量の有接点リレーのみで構築された回路と比較し、実入力/出力部に必要に応じてリレーを使用するため、回路設計における機械部品の点数をおさえることができ、最低限の部品交換で対応できるため保守性を向上させることができます。

PLC / プログラマブルコントローラの業界別導入事例

バラつき防止（溶接装置）

センサの測定と位置決め指令にズレがあり、溶接ムラが発⽣していました。 PLCなら、ユニット間同期で測定値（アナログ⼊⼒ユニット）と位置決め指令（位置決めユニット）のタイミングが揃うためバラつきがなくなり、安定して溶接できます。さらに補正の反映も⾼速化することで、⾼速・⾼精度な制御が実現できます。

測定精度を上げる（形状測定装置）

形状変化をより細かく確認するためには、PLCのサンプリング速度を上げて1秒当たりのサンプリングデータを増やす必要がありました。
PLCのバッファリング機能を使うと、100,000点/秒のサンプリングが可能。取り込んだデータは、PLC内部で波形比較することでインラインでOK/NG判定が可能です。

トレーサビリティシステム構築（加工、組立、検査）

PLCなら、コードリーダで読み取った印字データと各工程での製造情報を合わせて上位PCへCSVファイルで転送できます。
常時PCにアクセスしないため、ネットワークの負荷を削減できます。PLCとコードリーダとはイーサネット通信を使用して、読み取った印字データと一緒にマッチングレベル（読み取りやすさ）までロギングすることで印字品質を常時確認できます。

Q.

PLCのプログラム言語について教えてください。

A.

ラダープログラムと呼ばれるプログラム形式が一般的ですが、テキストで記述するST言語が別途あります。

Q.

PLCのプログラミング言語は各社同じですか？

A.

以前は各社で異なっていましたが、ユーザーの使い勝手を踏まえて国際規格IEC61131-3でプログラミング言語統一化の動きがあります。また、弊社PLC「KVシリーズ」は前述の規格に準拠しています。

Q.

拡張ユニットの接続方法について教えてください。

A.

PLCメーカーやシリーズにより異なりますが、KVシリーズではベースなしでユニット同士を直接接続することで使用できます。

Q.

PLCの制御プログラムのデバッグ時間を短縮するには、どのような方法がありますか？

A.

プログラム作成と動作確認を効率化する統合開発環境（IDE）の活用が有効です。キーエンスのKVシリーズで使用するラダープログラム開発ソフト「KV STUDIO」では、3Dシミュレータやユニットモニタなどの機能により、PLC実機やワークがない状況でも動作検証ができます。ステップ実行やリアルタイムチャートモニタといったデバッグ機能を活用することで、不具合箇所の特定にかかる時間を短縮できます。

Q.

既存PLCシステムからのリプレースにおけるTCO（総所有コスト）を試算する際のポイントは何ですか？

A.

TCOは初期導入費用に加え、保守費用、生産ロスのリスク、ソフトウェア資産の継承可否、教育コストなど運用全体で算定します。キーエンスでは、各種PLCからKVシリーズへのリプレース事例集や、ラダープログラムのコンバート支援ツールを提供しており、移行コストの試算と削減に役立てることができます。詳細はキーエンスの担当者にお問い合わせいただくと、現場に合わせた試算が可能です。

Q.

制御盤の省スペース化に有効なPLCの最新トレンドを教えてください。

A.

I/O一体型のコンパクトPLCや、分散I/O（リモートI/O）の活用が代表的な手法です。キーエンスのKV-Nano、KV Nano-EP1（EtherNet/IP対応）などは、必要な点数のみを構成できるビルディングブロック式で、盤内スペースを最小化できます。EtherCATやEtherNet/IPなどの産業用ネットワークを使った分散I/O構成も、配線削減と省スペース化に有効です。

Q.

EtherCATやPROFINETなどの産業用ネットワークは、自動車部品工場でどのように活用されていますか？

A.

高速・同期性能が求められるサーボ制御にはEtherCAT、メーカー横断のフィールド機器接続にはPROFINETやEtherNet/IPがよく採用されています。キーエンスのKVシリーズは複数のオープンネットワーク（EtherCAT、EtherNet/IP、CC-Link IE Field Basicなど）に対応し、自動車部品工場でのトレーサビリティや生産管理システムとの連携事例があります。詳細な事例は、キーエンス公式サイトの導入事例ページをご参照ください。

Q.

設備のアラーム履歴を自動で記録・分析し、予防保全に活用するにはどうすればよいですか？

A.

PLCとデータ収集器、表示器（HMI）を組み合わせ、アラーム発生時の時刻・要因・前後の運転データを自動でログ化する仕組みが有効です。キーエンスのKVシリーズではメモリカードへの自動ロギング、VTシリーズ（タッチパネル）のアラーム履歴機能、データ収集器NRシリーズによる稼働データの長期記録などが活用できます。これらを組み合わせることで、傾向分析による予防保全が可能になります。

Q.

制御システム開発の期間を短縮するには、どのような設計ツールやシミュレーションを活用すればよいですか？

A.

実機なしでプログラム検証ができるシミュレータと、ライブラリ化された再利用可能なプログラム部品の活用が効果的です。キーエンスの「KV STUDIO」には、PLCの動作だけでなく機械の動きまで確認できる3Dシミュレータ機能や、ユニット動作確認機能、関数化（FB化）機能があり、設計段階で動作検証を完結させることで開発期間の短縮に貢献します。

Q.

生産設備の稼働状況を簡単に「見える化」する方法はありますか？

A.

PLCの信号を取り出し、データ収集器やIoTゲートウェイ経由でダッシュボード化する方法が代表的です。キーエンスでは、PLC「KVシリーズ」とデータ収集器「NRシリーズ」、IoTデータ活用プラットフォーム「KI シリーズ」を組み合わせることで、配線や追加センサを最小限に抑えた稼働見える化が可能です。既存設備の信号を活用するため、比較的小規模な投資から始められます。

Q.

PLC分野で今後注目される技術トレンドにはどのようなものがありますか？

A.

代表的なトレンドとして、エッジでのデータ前処理、AIによる異常検知、上位ITシステム（MES/ERP）との連携強化、セキュリティ対応の強化、産業用イーサネット化が挙げられます。キーエンスのKVシリーズではOPC UAサーバ機能や、IoTゲートウェイ機能を内蔵した機種を展開しており、エッジでのデータ活用や上位系連携を実現するソリューションを提供しています。