相互接続性は、現代の製造施設にとってますます重要な要素となっています。製造業者は、産業用IoT、ネットワーク接続された機械、および同様のデジタルツールなどのスマートデバイスへの投資を続けているため、機器と通信し、最小限の人的介入でプロセスを自動化する方法を確立する必要があります。
より伝統的な製造環境では、個々の機械と制御システムは互いに直接接続されています。しかし、このような設定はより複雑で、管理も難しくなります。
現代の製造業は、プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）を設置・活用することで、このハードルを回避しています。各機械や機器を関連する制御システムに直接物理的に配線する代わりに、メーカーは機器をPLCに接続し、より統合された生産プロセス制御を実現します。
この記事では、プログラマブルロジックコントローラが製造現場でどのように使用されているか、どのような利点があるか、そして、Tulip PLCとして使用することで、機械やデジタルツールのプロセス制御を自動化する方法について説明します。
プログラマブルロジックコントローラ（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、特定のルールと入力に基づいて特定のアクションや出力を実行するようにプログラムされた小型コンピューターです。
PLCは、空港、オフィスビル、鉄道、製造施設など、幅広い商業および産業環境で使用されています。この記事では、特に製造の文脈におけるPLCの意味を確認します。
PLC を使用した機器とシステムの接続は、リレー・ロジック・システムを使用する従来のアプローチとは異なります。電気リレーは、PLCと同様に産業プロセスを制御するために機能しますが、設定可能性とメンテナンスの両面で大きな欠点があります。
電気バンクは物理的な配線システムで構成されているため、システムの動作を変更する必要が生じた場合、物理的な接続を完全に配線し直す必要があります。
さらに、システムに障害が発生した場合、担当者がシステム全体を巡回し、問題の原因を特定する必要があります。システムの複雑さにもよりますが、これにはかなりの時間とリソースがかかります。参考までに、電気リレー室の例を示します。
ソリッドステートエレクトロニクスとマイクロチップの導入により、電気リレーで使用されるコマンドロジックはソフトウェアロジックに置き換えられ、PLCの構成と保守が大幅に容易になりました。
さらに、PLC は産業環境でよく見られる過酷な条件にも耐えられるように設計されているため、製造施設に最適です。
プログラマブルロジックコントローラの仕組み
PLCの仕事は、簡単に言えば、ロジックを何度も何度も繰り返し実行することです。そのためには、それぞれが特定のタスクを処理する一握りのモジュールを使用します。PLCが現場で起きていることを読み取り、プログラムを実行し、出力を更新し、そして最初からやり直すループです。
このループは停止しません。ほとんどのシステムでは数ミリ秒しかかかりません。そのため、スイッチが入ったりセンサの状態が変わったりすると、PLCは素早く反応することができます。
CPUとメモリー
CPUは意思決定者です。プログラムが実際に実行される場所であり、システムの他の部分との通信も管理します。内部には通常
スキャンサイクルエンジン（読み取り→実行→書き込み）
コントロール・プログラムとオペレーティング・ソフトウェアの両方のストレージ
内蔵診断機能により、異常が発生したときにすぐにわかります。
スケジューリングまたは時間ベースのロジック用のクロック
メモリは分割されています。一方はプログラム用で、もう一方はタイマーやカウンター、スキャンごとにシフトする変数値などのライブデータ用です。
入出力 (I/O)
I/O モジュールは、PLC とプラントフロアとのリンクです。
センサ、リミットスイッチ、圧力トランスミッタからの信号を入力します。
出力はアクチュエーター、モータースターター、バルブ、その他コマンドを必要とするものを駆動します。
主に2種類の信号が表示されます：
デジタル - 単純なオン/オフ（押しボタン、リレー）
アナログ - 可変範囲（温度、レベル、速度）
ほとんどのシステムは、拡張できるように構築されています。より多くのI/Oが必要な場合は、別のモジュールにスライドさせます。
電源
あまり話題になりませんが、電源は非常に重要です。入力 AC を PLC が必要とする DC 電圧に変換します。バックアップバッテリや冗長性を備えたユニットもあります。
通信
最近では、PLC を単独で使用することはほとんどありません。ヒューマンマシンインタフェース (HMI)、SCADA、他の PLC、または上位システムと通信する必要があります。一般的な産業用プロトコルは Ethernet/IP、Modbus、Profinet です。これらは制御のためだけでなく、診断、ロギング、そして多くのプラントではリモートアクセスを提供します。新しいシステムには、ワイヤレスやクラウドとの統合が組み込まれているものもあります。
これらすべてを組み合わせることで、モジュール式で信頼性の高いシステムができあがります。単一の印刷機であろうと、生産ライン全体であろうと、基本的なアーキテクチャは変わりません：フィールドを読み取り、ロジックを処理し、出力を更新し、それを繰り返すことで、実世界に追いつくのに十分な速度が得られます。
PLC プログラミングと標準
PLCが便利なのはハードウェアだけではありません。プロセスが変わるたびにリレーを配線し直す代わりに、コードを更新するだけです。この柔軟性が、PLCが何十年にもわたって支持されている理由です。
異なるブランドやモデル間の秩序を保つために、ほとんどの PLC は IEC 61131-3 標準に従っています。IEC61131-3規格には5つのプログラミング言語が規定されていますが、実際には、通常は同じ3つのプログラミング言語が使用されています。
ラダーロジック（LD）
これは昔からの定番です。このラダーはリレーの回路図に似せて作られているので、接点やコイルを扱ったことがある人ならなじみがあると思います。
電気技師や技術者が手に取りやすい
モーターの始動、インターロック、安全トリップなどの個別制御に最適
ラングで視覚的にロジックを構築するため、トラブルシューティングの手間が省けます。
構造化テキスト（ST）
構造化テキストは「本物の」プログラミングに近いものです。ラングの代わりにコードの行を考えてください。
数学を多用するロジックや、条件文が多い場合に便利です。
ラダーよりもコンパクトな上級者向けルーティン。
コーディングの経験がないと、とっつきにくい。
ファンクションブロック図（FBD）
ファンクション・ブロックは、フローチャートの配線に近い感覚です。タイマー、カウンター、PIDなどのブロックをドラッグして接続します。
プロセスループや反復シーケンスに最適
コードの行数よりも一目で読みやすい
ブロックは、基本的なものから高度なものまで、お客様のニーズに合わせてお選びいただけます。
どの言語にも適材適所があります。トレードオフは学習曲線です。もしあなたのチームにプログラミングの経験がなければ、ラダーでさえも基本を超えるのは難しいでしょう。
そのため、新しいプラットフォームの中には、こうした伝統的な言語を完全に避けているものもあります。コードを書く代わりに、条件とアクションをドラッグ＆ドロップしてロジックを構築します。エンジニア、監督者、プロセスオーナーでさえ、生のPLCコードに触れることなく変更を加えることができます。
プログラマブルロジックコントローラを使用するメリット
製造施設全体でより多くの機械が普及するにつれて、企業はプロセスを自動化し、生産を合理化する新しい方法を見つけることに頼ってきました。自動化が進んだことで、さまざまな機械、デバイス、センサーなどを接続して制御するために、プログラマブル言語コントローラーが採用されるようになりました。PLC が製造業者にもたらす利点には、次のようなものがあります：
より簡単なプログラミング：前述のように、リレーシステムはメーカーに複雑なロジックシーケンスを扱うことを要求し、試練全体をより困難なものにしています。一方、PLCは基本的なプログラミング言語でプログラムでき、さまざまな産業用アプリケーションを制御できます。
より高い柔軟性：製造工程を調整する必要がある場合、PLCを使用すると簡単に調整できます。これは、接続されたコンピュータを介してロジックプログラムを簡単に編集できるためで、リレー回路全体の配線を外して配線し直す必要があるのとは大きく異なります。このため、トラブルシューティングや長期にわたるメンテナンスが容易になります。
信頼性の向上：PLC中心のオートメーションでは配線要件が少ないため、信頼性の低い物理的接続の可能性が低くなります。そのため、製造プロセスをより確実に進めることができます。
迅速な対応：現代の製造業は、工場内のイベントに即座に対応する必要があります。PLCはリアルタイムで機械を制御し、入力に即座に応答することができます。
例えば、機械の温度が急上昇し始めた場合、PLCはほぼ瞬時に機械をシャットダウンし、より致命的な事態を防ぐことができます。
物理的に堅牢：PLCは頑丈に作られているため、熱、ほこり、ごみなど、工場で起こりうる過酷な条件にも耐性があります。
プログラマブルロジックコントローラの限界と課題
PLCは何十年もの間、その役割を十分に果たしてきました。そのことに疑問を持つ人はいません。しかし、頭痛の種がないわけではありません。工場がより接続され、生産がより速く変化するにつれ、従来の PLC セットアップの亀裂が目立ち始めます。
以下は、メーカーが直面する一般的な課題の内訳です：
チャレンジ | なぜ重要なのか |
高い導入コスト | PLCハードウェア、ライセンス、および統合サービスは、特に大規模なシステムやカスタムアプリケーションの場合、すぐに追加されます。 |
ベンダーロックイン | 多くの PLC エコシステムは閉鎖的で、ハードウェアの切り替えやプラットフォーム間でのコードの移行が困難です。 |
限られた柔軟性 | ロジックはプログラムし直すことができても、目まぐるしく変化するプロセスに対応するには、やはり専門的なスキルと時間が必要です。 |
セキュリティの脆弱性 | PLC のネットワーク化が進むにつれ、特に更新頻度が低かったりサポートされていなかったりすると、サイバーセキュリティ上のリスクが生じる可能性があります。 |
複合施設のメンテナンス | ロジックエラーの診断や変更の追跡には、専門的な知識が必要になることが多く、トラブルシューティングが遅くなります。 |
統合の頭痛 | PLCを最新のクラウドシステム、分析ツール、または新しいデバイスに接続するには、多くの場合、カスタムミドルウェアまたはゲートウェイが必要です。 |
いつもの問題をいくつか：
規模を拡大するのは簡単ではありません。ハードウェアが増え、配線が増え、コストがかかります。
最新のシステムにデータを送信するのは面倒なものです。
プログラミングには熟練した人材が必要で、どのサイトにもいるわけではありません。
小さな変更であっても、ダウンタイムや再検証を意味します。
一度業者を決めたら、たいていはそこから抜け出せません。
PLCを選択する際に考慮すべき要素
生産オートメーションのためにプログラマブルロジックコントローラを使用する場合、製造業者は PLC を調達する前にいくつかの重要な要素を考慮する必要があります。
これには以下が含まれます：
システムの互換性：製造業者は、選択したPLCが現在の製造システムと互換性があるかどうかを知る必要があります。さらに、PLC は工場のコンセント電圧にも対応している必要があります。
処理速度：PLC の CPU は、所定の施設内のさまざまなプロセスと機能を処理するのに十分な処理速度を備えている必要があります。
ポート数：PLCが工場の要件をカバーするのに十分な入出力ポートを備えていることを確認するのが賢明です。
アナログI/O機能：PLCの中には、単純なオン／オフプロセス（離散機能）しか扱えないものもあります。しかし、製造作業の中にはアナログプロセスがあり、連続変数を扱えるプログラマブルロジックコントローラが必要な場合もあります。
耐久性：多くのメーカーは、PLC を対象機器の近くに配置します。そのため、高温などの産業環境要因に対応できることを確認することが重要です。
Applications 業界ユースケース
工場で過ごしたことのある人なら、おそらく気づかないうちにPLCに囲まれていることでしょう。PLCは制御盤の中にひっそりと鎮座していますが、機械を正しい順序で正しい時間に稼動させています。その信頼性により、あらゆる場所でPLCを目にすることができます。
組立ライン
ラインではタイミングが重要です。PLC はコンベア、ロボット、センサーを同期させ、各ステーションが順番に作業を行えるようにします。PLCはまた、安全ロジックも処理し、安全が確認されるまで機器が動かないようにします。
パッケージング
パッケージングでは、スピードがすべてです。PLCは、製品が検出され、ラベルが貼られ、シーラーが適切なタイミングで作動するようにします。PLCが正しく機能すれば、そのことに気づくことはありません。そうでない場合は、ジャム、廃棄物、ダウンタイムが発生します。
公益事業とエネルギー
発電所、給水システム、ポンプ場、これらはすべて PLC に依存しています。一旦プログラムされれば、タービン、ポンプ、バルブは昼夜を問わず、あまり注意を払うことなく稼動します。これこそ、重要なインフラストラクチャに求められるものです。
ビルディングシステム
PLCは工場だけのものではありません。大規模な施設では、PLCがHVAC、エレベータ、照明、セキュリティシステムを管理することがよくあります。配線を変更することなく、スケジュールやロジックを調整できるのも魅力です。
マテリアルハンドリング
倉庫や配送センターを考えてみてください。PLCはコンベヤー、ソーター、パレタイザーを指示し、製品が目的の場所に届くようにします。シンプルなアイデアですが、これがなければ大混乱です。
プロセス産業
食品、化学薬品、医薬品など、PLC はバッチ制御、温度調節、投与量の監視に使用されます。また、安全インターロックやコンプライアンスシステムにも使用されます。
これらは古典的な使用例です。しかし、プラントは変化しており、人々は固定されたラダー・ロジックに縛られないシステムを求めています。そこで、すでに機能しているものを取り壊すことなく、エンジニアやオペレータに柔軟性を与えることで、より新しいソフトウェア主導のアプローチが現れ始めています。
ソフトPLCと最新の代替品
今日の製造業は、以前ほど固定的ではありません。段取り替えはより速くなり、製品ミックスは変化し、システムは互いに対話する必要があります。そのため、従来の PLC が常に適切かどうかを疑問視するチームが増えています。
そこでソフトPLCの出番です。ソフトPLCはハードウェアPLCと同じようにロジックを実行し、機械を制御しますが、ソフトウェアで動作します。モジュールのラックの代わりに、ロジックは産業用PCまたはエッジデバイス上で実行されます。ソフトウェアベースなので、アップデートが簡単で、スケーリングが速く、クラウドシステムとの統合が最初から組み込まれています。
Tulips プログラマブルロジックコントローラ
Tulipノーコードロジックビルダを使用すると、ラダー図や構造化テキストに触れることなく、生産ロジックを設計できます。ロジックはTulip アプリ内にあり、オペレータのアクション、センサデータ、または直接のマシン入力によってトリガーされます。エンジニア、監督者、プロセスオーナーがPLCプログラマーを待たずに使用できるほどシンプルなドラッグ・アンド・ドロップ式のエディターでルールを設定します。また、Tulip 現場向けに設計されているため、サイロに格納されることはありません。機械、MES、ERP、IoTに直接接続できます。 IoTデバイスに直接接続します。
ここ数カ月で、Tulip 以下の製品を発売しました。 Edge IOは、運用データを収集するための、wifi対応で実装が簡単な低コストのエッジデバイスです。当社のEdge IO デバイスは、USB接続だけでなく、産業用I/Oポートを備え、さまざまな機械、センサー、PLCからのデータを統合します。
Edge IO使用することで、作業員はTulip アプリからPLCプログラムを変更でき、ハードウェアコストを増やすことなく、Edge IO デバイスをPLCに変換できます。
この文脈でTulip どのように使用されているかは、以下のデモで確認できます：
特徴 | 従来の PLC | Tulip付きソフトPLC |
プログラミング | ラダーロジック、コード | コード不要のロジックビルダー |
ハードウェア依存 | 〇 | 産業用PC/エッジで動作 |
柔軟性 | 中程度 | 高い |
クラウド統合 | 限定/マニュアル | 内蔵 |
更新速度 | マニュアル、スロー | バージョン管理 |
ソフトPLCは万能ではありません。従来のPLCが適切なツールである場合も常にあります。しかし、多くのメーカーにとって、ロジックをソフトウェアに移行することで、オペレーションがより適応しやすくなり、硬直したハードウェア中心のシステムに縛られなくなります。
市場の展望と動向
PLCはなくなりません。プログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）の世界市場規模は、2024年に139億ドル、2032年には221億5,000万ドルに達すると予測されています 。
変化しているのは、人々がそれをどのように使うかです。今日のプラントはよりつながっており、それが制御システムの進化を促しています。
いくつかのトレンドが目立ちます：
IoT 連携。より多くのセンサー、より多くのゲートウェイ、より多くのデータ。PLCは孤立した箱としてではなく、より大きな接続されたシステムの一部として使用されるようになっています。
エッジとクラウド。データと一部の制御ロジックはPLCからエッジデバイスやクラウドに移行しています。これによりスケーリングが容易になり、管理者はサイト全体をリアルタイムで可視化できます。
忍び寄るAI。一部のプラットフォームでは、AIを使って異常をキャッチしたり、障害を予測したり、あるいはその場でロジックを最適化したりし始めています。まだ早いですが、実現しつつあります。
ソフトPLCとオープンセットアップ。チームはロックインにうんざりしています。特に多品種生産では、ベンダーにとらわれず、適応しやすいソフトウェアベースの制御への関心が高まっています。
全体像PLCは依然として信頼できる主力製品ですが、「制御」の定義は変わりつつあります。もはや機械を稼働させるだけではありません。それは適応性、データ、そしてスピードです。
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信頼性が高く、高速で、長持ちするように作られているからです。PLCは過酷な環境でのリアルタイム制御を可能にし、多くの既存システムがPLCに依存しています。しかし、Tulipソフトウェアベースのロジックのような新しいオプションは、オペレーションが迅速に適応する必要がある場合に、より柔軟性を提供します。
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ほとんどの PLC は IEC 61131-3 標準に従っています。よく目にするのは、ラダーロジック、構造化テキスト、ファンクションブロックダイアグラムです。ラダーは電気技術者にとって最も簡単で、構造化テキストはコーディングのように見え、ファンクションブロックはプロセス制御に適しています。
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信頼性と再現性の高い制御が必要な場所なら、どこでも。自動車工場、包装ライン、食品・飲料、製薬、電力、水処理など、そのすべてでPLCが稼動しています。
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通常の PLC は、専用のハードウェアモジュール上でロジックを実行します。ソフトPLCは同じことをソフトウェアで行いますが、通常は産業用PCまたはエッジデバイス上で行います。そのため、更新、スケーリング、他のデジタルシステムへのフックが容易になります。
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しかし、古いシステムは今日のサイバーセキュリティの脅威を念頭に置いて設計されていません。PLC をネットワーク接続している場合は、ファームウェアを最新の状態に保ち、セグメント化されたネットワークを使用し、脆弱性を監視する必要があります。
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そうとは限りません。最近では、かさばるPLCハードウェアを必要とせずに制御ロジックを処理できるソフトウェアプラットフォームがあります。センサー入力への応答、機械のトリガー、ロジックの実行、これらすべてをPCやエッジデバイスから行うことができます。更新や他のシステムとの接続をより簡単にしたい場合、特にフルタイムのPLCプログラマーが手元にいない場合には、最適なオプションです。
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