電気技師が知っておきたいPLC選定の8つのステップ

システム設計のレベルは、制御システムの性能と機器の信頼性に直接影響します。 その中でもPLCの選定は非常に重要です。 さまざまな制御要件に応じて適切な PLC を選択し、安定性、信頼性、安全性、実用性、デバッグに便利で保守が容易な制御システムを設計するにはどうすればよいでしょうか? PLC システム設計では、まずシステム方式を決定し、次のステップは PLC の設計と選択です。 PLC の選択は主に、PLC のメーカーと PLC の特定のモデルを決定することです。 システム方式としては、分散システムやリモートI/Oシステムが必要であり、ネットワーク通信の要件も考慮する必要があります。 PLCの選び方は？ 著者は次のような側面があるべきだと考えています。 1、 PLC メーカーの選択は、主に機器ユーザーの要件、さまざまなメーカーの PLC に対する設計者の慣れと設計習慣、サポート製品の一貫性、技術サービス、およびその他の要素を考慮する必要があります。 PLC自体の信頼性を考えると、海外の大手企業の製品であれば原則として信頼性が低いという問題は発生しないはずです。 筆者個人としては、一般的に独立した機器や単純な制御システムを制御する場合には、日本製PLC製品に対応した方がコストパフォーマンスの面で一定のメリットがあると考えています。 システム規模が大きくネットワーク通信機能への要求が高い分散制御システムやリモートI/Oシステムにおいては、欧米製PLCの方がネットワーク通信機能において有利です。 さらに、一部の特殊産業 (冶金、タバコなど) については、関連産業での動作実績を持つ成熟した信頼性の高い PLC システムを選択する必要があります。 2、入出力(I/0)点数の見積り PLCの入出力点数はPLCの基本パラメータの一つです。 I/O 点数の決定は、制御機器が必要とするすべての入出力点の合計に基づいて決定されます。 一般に、PLC の I/O ポイントには適切なマージンが必要です。 一般的には、統計的な入出力点数に基づいて入出力点数を見積もり、10%～20%の拡張可能マージンを加算します。 実際の発注時にはメーカーPLCの製品特性に合わせて入出力点を調整させていただきます。 3、PLCメモリ容量の見積り メモリ容量とは、プログラマブル コントローラ自体が提供するハードウェア記憶装置のサイズを指します。 各種PLCのメモリ容量はPLCの基本パラメータテーブルで確認できます。 たとえば、Siemens S7-314 PLC のユーザー プログラムの保存容量は 64KB、S7-315-2DP PLC のユーザー プログラムの保存容量は 128KB です。 プログラム容量は、メモリ内でユーザー プログラムが使用する記憶単位のサイズであるため、メモリ容量はプログラム容量より大きくする必要があります。 設計段階ではユーザーアプリケーションが準備されていないため、プログラム容量を見積もる必要があります。 プログラムの容量を見積もるにはどうすればよいですか? さまざまな公式が多くの文献資料で示されています。 一般的にメモリの総ワード数（16ビットが1ワード）として、デジタル入出力点数の10～15倍、アナログ入出力点数の100倍が使用されます。 さらに、この数値の 25% がマージンとして考慮されます。 4、PLC通信機能の選択 現在、PLCの通信機能はますます強力になっています。 多くの PLC は、さまざまな通信プロトコルをサポートしています (一部の PLC には、対応する通信モジュールを装備する必要があります)。 選択するときは、実際のニーズに応じて適切な通信モードを選択する必要があります。 PLC システムの通信ネットワークの主な形態は次のとおりです。 (1) PC が親局となり、同一機種の複数の PLC が子局となり、簡易 PLC ネットワークを形成します。 (2) 1 台の PLC がマスタ局、同じ機種の他の PLC がスレーブ局となり、マスタ/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 の通信タスクを軽減するには、ネットワーク構成の実際のニーズに応じて、さまざまな通信機能 (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。 5、PLC機種の選択 PLCの種類: PLCは構造により一体型とモジュール型に分けられます。 一体型 PLC は I/O ポイントが少なく、比較的固定されているため、ユーザーの選択肢は少なくなります。 通常、小規模な制御システムで使用されます。 このタイプのPLCは、シーメンスのS7-200シリーズ、三菱のFXシリーズ、オムロンのCPM1Aシリーズなどに代表されます。 モジュラー PLC は、PLC ベース プレートに接続できるさまざまな I/O モジュールを提供するため、ユーザーはニーズに応じて制御システムの I/O ポイントを合理的に選択して構成できます。 したがって、モジュール式 PLC の構成は柔軟であり、一般的に大規模および中規模の制御システムで使用されます。 例えば、シーメンスのS7-300シリーズやS7-400シリーズ、三菱のQシリーズ、オムロンのCVM1シリーズなどです。 6、 I/Oモジュールの選択 （1） デジタル入出力モジュールの選択： デジタル入出力モジュールの選択では、アプリケーション要件を考慮する必要があります。 たとえば、入力モジュールの場合、入力信号レベルや伝送距離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。 出力モジュールもリレー接点出力タイプ、AC120V/23V双方向サイリスタ出力タイプ、DC24Vトランジスタ駆動タイプ、DC48Vトランジスタ駆動タイプなど豊富に取り揃えております。 一般にリレー出力モジュールは低価格で電圧範囲が広いという利点がありますが、寿命が短く、応答時間が長く、誘導負荷に使用する場合はサージ吸収回路の追加が必要となるため、 双方向サイリスタ出力モジュールは応答時間が速いため、頻繁なスイッチングや誘導性の低力率負荷に適していますが、高価で過負荷耐量も劣ります。 また、I/OモジュールはI/O点数に応じて8点、16点、32点などの仕様に分けることができ、実際のニーズに合わせて合理的に装備する必要があります。 （2） アナログ入出力モジュールの選択：アナログ入力モジュールは、アナログ量の入力信号の種類に応じて、電流入力タイプ、電圧入力タイプ、熱電対入力タイプなどに分類できます。 電流入力タイプの信号グレードは通常 4 ～ 20mA または 0 ～ 20mA です。 電圧タイプの入力モジュールは、通常、0～10V、-5V～+5Vなどの信号レベルを持っています。一部のアナログ入力モジュールは、電圧または電流入力信号と互換性があります。 アナログ出力モジュールも電圧型出力モジュールと電流型出力モジュールに分かれます。 電流出力信号は通常 0 ～ 20mA および 4 ～ 20mA です。 電圧タイプの出力信号には、通常 0 ～ 10V、-10V ～ +10V などが含まれます。 アナログ入出力モジュールは、入出力チャンネル数に応じて、2チャンネル、4チャンネル、8チャンネルなどの仕様に分けることができます。 7、機能モジュール 機能モジュールには、通信モジュール、位置決めモジュール、パルス出力モジュール、高速計数モジュール、PID制御モジュール、温度制御モジュールなどが含まれます。PLCを選択する際は、機能モジュールの適合可能性を考慮する必要があります。 機能モジュールの選択には、ハードウェアとソフトウェアの両方が関係します。 ハードウェアに関しては、まず機能モジュールを PLC に簡単に接続できることを考慮する必要があり、PLC には関連する接続、設置場所とインターフェイス、接続ケーブルやその他の付属品が必要です。 ソフトウェアに関しては、PLC は機能モジュールのプログラミングを容易にする対応する制御機能を備えている必要があります。 たとえば、三菱の FX シリーズ PLC は、「FROM」および「TO」コマンドを通じて、対応する機能モジュールを簡単に制御できます。 8、 一般原則 PLC のモデルと仕様が大まかに決定された後、制御要件に応じて PLC の各コンポーネントの基本仕様とパラメータを 1 つずつ決定し、各コンポーネント モジュールのモデルを選択できます。 モジュール モデルを選択するときは、次の原則に従う必要があります。 （1） 利便性：一般的にPLCには、制御要件を満たすモジュールの種類が豊富にあります。 選択は、回路設計を簡素化し、使用を容易にし、外部コントローラーの数を最小限に抑えるという原則に基づいて行う必要があります。 例えば、入力モジュールについては、インターフェース回路の使用を避けるため、外部の検出素子と直接接続できる入力形式が望ましいと考えられます。 出力モジュールは負荷を直接駆動できる出力モジュールを優先し、中間リレーなどの部品は最小限に抑えます。 （2） 汎用性：モデルを選択する際には、モジュールの種類が多すぎないように、PLC モジュールの統一性と汎用性を考慮してください。 これは、スペアパーツの調達と削減に役立つだけでなく、システムのさまざまなコンポーネントの互換性を高め、設計、試運転、メンテナンスの利便性を提供します。 （3） 互換性：PLC システムの各構成モジュールを選択する際には、互換性を十分に考慮する必要があります。 互換性が悪いという問題を回避するには、PLC システムの主要コンポーネントのメーカーが多すぎないようにします。 可能であれば、同じメーカーの製品を選択するようにしてください。