- PLC（プログラマブルロジックコントローラ）の紹介
- PLCの基本機能
- PLCのブロック図
- PLCの種類（プログラマブルロジックコントローラ）
- Arduino vs PLC（プログラマブルロジックコントローラー）
- 1.産業用シールドArduinoPLC
- 2. PLDuino Arduino PLC
- 3. Controllino Arduino PLC
- ArduinoPLCの利点
- ArduinoPLCのデメリット
Arduinoは、初心者や専門家がセンサーやアクチュエーターを使用して環境と相互作用するデバイスを作成するための低コストで簡単な方法を提供することを目的として、2005年に最初に導入されました。
Arduinoが導入される前は、組み込み設計は複雑な主題と見なされていたため、愛好家（またはエンジニア）は問題の実用的なモデルを入手するために専門家を見つける必要がありました。シンプルな3Dプリンターが必要な場合と同様に、互換性のあるIDEを備えたコントローラーは数千あるため、専門家の支援を受ける必要があります。そして、愛好家はすべてのマイクロコントローラーとそのプログラミング方法について学ぶことはできません。この状況は、広く受け入れられているARDUINOが導入されたときに終わりました。これにより、愛好家やエンジニアは専門家の助けを借りずに独自のプロジェクトを設計および開発できます。
そして、それが使いやすいハードウェアとソフトウェアに基づくオープンソースのエレクトロニクスプラットフォームであるため、それが非常に広く受け入れられるようになった理由。 Arduinoボードは、センサーの光、ボタンの指などの入力を読み取り、モーターの起動、LEDのオン、オンラインでの公開などのプログラム可能な出力に変換できます。
何年にもわたってArduinoの人気が高まり、Raspberry PIやPandaなど、同様の目的を持つ多くの高度なボードが開発されています。Arduinoは、日常のオブジェクトから複雑な科学機器まで、何千ものプロジェクトで頭脳として使用されています。世界中の学生、愛好家、アーティスト、プログラマー、専門家がこのオープンソースプラットフォームの周りに集まり、多くのプロジェクトを開発しました。これにより、初心者と専門家の両方に大いに役立つ可能性のある信じられないほどの量の知識が蓄積されます。
蓄積された知識と最近のIoTの導入により、Arduinoの誇大宣伝はさらに前進し、エンジニアや愛好家にとって必要な学習ツールになりました。現在、Arduinoボードは、IoTアプリケーション、ウェアラブル、3D印刷、組み込み環境、最後にPLC（Programmable Logic Controller）などの新しいニーズと課題に適応するために変化し始めました。この記事では、PLCとは何か、およびArduinoをPLCとして使用する方法について学習します。
PLC（プログラマブルロジックコントローラ）の紹介
まず、PLCに進む前に、産業オートメーションという用語を理解しましょう。機械はお金、休日、休憩を必要としないため、産業での作業に機械を使用する方が費用効果が高いことは誰もが知っています。したがって、人間の代わりに機械を使用すれば、産業は問題なく24時間365日製品を生産できます。 。現在、人間を機械またはロボットアームに置き換えるこの設定は、産業オートメーションと呼ばれています。
PLCは、産業オートメーションに使用される機械を操作するために特別に設計されたコントローラユニットです。これらは、過酷な産業環境（極端な温度、湿気、湿気、ほこりの多い条件など）でも信頼できるように設計されています。 PLCの用途は、製造工場の組立ライン、鉱石処理工場、ロボット溶接、CNC彫刻などで見ることができます。この装置は、高効率と過酷な環境向けに設計されているため、設置と修理の両方にコストがかかります。
PLC（プログラマブルロジックコントローラ）には、自宅のパソコンと同様の機能が多数あります。どちらにも、電源ユニット、CPU（中央処理装置）、入出力（I / O）ポート、RAMおよびROMメモリ、および制御ソフトウェアがあります。この2つの最大の違いは、PLCは、PCでは実行できない過酷な環境で離散的および連続的な機能を実行できることです。PLCとマイクロコントローラーの違いを読んで、マイクロコントローラーとの比較の概要を知ることもできます。
市場には、顧客の要求に応じてさまざまな種類のPLCがあります。PLCには多くの種類がありますが、ユーザーが簡単に選択できるように特定の基準に従っています。
PLCの基本機能
基本的なPLCの動作を理解するために、以下に示す簡単な例を想定します。
この設定では、最初の50秒間は電球をオンにし、次の20秒間は電球をオフにする必要があります。その後、回路のスイッチを使用してループを連続的に開閉する必要があります。これは人間にとっては単純ですが非常に面倒な作業であり、この種の問題に対応するタイマーリレーを毎回購入することは費用効果が高くありません。これらすべての場合において、単一のPLCを使用して問題を解決できます。
ここでは、スイッチを閉じたまま、PLCがセットアップのループに接続されていることがわかります。プログラミングを使用して、回路内のPLCのタイマーを設定できます。完了すると、PLCはループを継続的に開閉できるため、人間の介入が不要になります。PLCがプログラムの実行を開始すると、割り込みが発生するまで停止しません。
これは単純なセットアップであり、PLCには、PWM制御、センシングなどのはるかに大規模で複雑なプロセスを制御する機能があります。PLCは通常、顧客がカスタマイズできるように設計されています。アプリケーションとニーズに応じて機能するPLC。
PLCのブロック図
次に、PLCに存在する重要なモジュールを見てみましょう。
電源モジュール：このモジュールは、アダプターのように別個のセットアップとして配置される場合もあれば、メインPCB上に直接設計される場合もあります。モジュールの機能は、PLC（プログラマブルロジックコントローラ）のセットアップ全体に必要な電力を供給することです。このモジュールは、利用可能なAC電力をCPUや他のモジュールが必要とするDC電力に変換するコンバーターです。通常、PLCは12Vおよび24Vの電源レールで動作します。
中央処理装置：このモジュールは、PLC全体の機能の中核であるため、最も保護されています。CPUモジュールは、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ、プログラムメモリ、フラッシュメモリ、RAMSメモリで構成されています。フラッシュメモリまたはROMメモリは、オペレーティングシステム、ドライバ、およびアプリケーションプログラムを格納します。RAMは、マイクロプロセッサがデータや情報にアクセスするために使用します。
CPUの機能は、メモリに格納されているプログラムを実行し、書かれた指示に従って動作することです。したがって、基本的にCPUはセンサーからの入力データを読み取って処理し、最終的にプログラムに基づいて適切な応答を送信します。
入力および出力モジュール：入力モジュールは、CPUへのさまざまなセンサーおよびキーパッド間のリンクを確立するために使用され、出力モジュールは、外界への応答を提供するためにプロセッサーによって使用されます。
プログラミングデバイスモジュール：このモジュールは、PCとPLC間の通信を確立するために使用されます。基本的な機能は、PLCのマイクロプロセッサを再プログラムすることです。
PLCの種類（プログラマブルロジックコントローラ）
PLCは、固定（またはコンパクトPLC）とモジュラーPLCの2つのタイプに分けられます。
1.コンパクトまたは固定PLC：通常、多くの業界で人気のあるローエンドPLCです。CompactPLCには固定数のI / Oモジュールと外部I / Oカードがあり、後で拡張してより複雑なセットアップを行うことはできません。下の図に固定PLCを示します。
2.モジュラーPLC：モジュラーPLCは、「モジュール」を並列にスタックすることにより、複数の拡張を可能にします。モジュラーPLCのI / Oポートは、業界でのより複雑な操作のために増やすことができます。各コンポーネントが互いに独立しているため、モジュラーPLCも使いやすくなっています。このタイプのPLCは多くの業界で人気があります
Arduino vs PLC（プログラマブルロジックコントローラー）
先に述べたように、PLCの重要なモジュールはPC（パーソナルコンピューター）に似ており、Arduinoのようなシングルボードコンピューターにさらに似ています。したがって、内部的には、PLCとArduinoの両方の動作は同じであり、このArduinoを使用してPLC（プログラマブルロジックコントローラー）を設計できます。ArduinoのPLCは、すでに市場に存在していると、従来のPLCに比べて安く利用できます。そのため、Arduino-PLCは最近人気が高まっており、そのアプリケーションは将来さらに増えるでしょう。これらは、Arduino PLCと従来のPLCの特定の違いであり、それらのいくつかを以下に示します。
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Arduino PLC |
PLC（プログラマブルロジックコントローラー） |
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PLCとして機能するために必要な外部コンポーネント |
追加の外付け部品は必要ありません |
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広く受け入れられている |
主に産業で推進 |
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低価格 |
高コスト |
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Arduinoプログラムを書き直すための基本的なプログラミングを学ぶ必要があります |
PLCを再プログラミングするために必要な基本的な操作技術のみ |
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再プログラミングは比較的難しい |
再プログラミングは比較的簡単です |
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満足のいくパフォーマンス |
ハイパフォーマンス |
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過酷な条件では動作しません |
過酷な条件で作業できます |
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コンパクトで小さい |
かさばって重い |
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スタッキングを使用して、ArduinoPLCのPLC操作を促進することはできません |
スタッキングは、通常のPLCのPLC操作を促進するために使用できます |
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その他の通信オプション |
少ないコミュニケーションオプション |
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交換と修理が簡単 |
交換や修理が難しい |
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選択するためのより少ないオプション |
選択するための多くのオプション |
次に、現在市場に出回っている人気のあるArduinoベースのPLCについて簡単に説明 します。
1.産業用シールドArduinoPLC
Industrial Shieldsは、多くの産業用アプリケーションにArduinoベースのPLCシールドを提供する人気のある会社です。一般的に使用されているシールドについて、以下で簡単に説明します。
産業用シールドARDBOX：
ARDBOXは、中小規模の産業用アプリケーション向けに設計されたArduinoベースのPLCです。ARDBOXの写真を以下に示します。
ARDBOXはARDUINOLEONAROをベースに設計されているため、基本的にARDBOXの技術仕様はすべてLEONARO仕様です。ARDBOXの基本機能と技術仕様を以下に示します。
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入力電圧 |
12Vまたは24V |
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定格出力 |
30ワット |
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最大電流 |
1.5A |
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クロック速度 |
16MHz |
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サイズ |
100x45x115 mm |
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プログラミング言語 |
ArduinoIDE。 |
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フラッシュメモリー |
32KBのうち4KBがブートローダーによって使用されます |
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SRAM |
2.5KB |
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EEPROM |
1KB |
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コミュニケーション |
I2C-USB-RS232-RS485-SPI-TTL |
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合計入力ポイント |
10 |
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合計出力ポイント |
10 |
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PWM絶縁出力 |
〜24Vdc 最大I：70 mA ガルバニック絶縁 リレー用に保護されたダイオード 定格電圧：24Vdc |
インダストリアルシールドM-Duino：
M-DUINOは、中小規模の産業用アプリケーション向けに設計されたArduinoベースのPLCです。PLCの写真を以下に示します。
M-DUINOはARDUINOMEGAボードをベースに設計されているため、MEGAボードの技術仕様はすべてM-DUINO仕様です。M-DUINOの基本機能と技術仕様を以下に示します。
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入力電圧 |
12Vまたは24V |
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定格出力 |
40ワット |
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最大出力電流 |
0.5A |
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クロック速度 |
16MHz |
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サイズ |
101x119x70mm |
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プログラミング言語 |
ArduinoIDE。 |
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フラッシュメモリー |
32KBのうち0.5KBがブートローダーによって使用されます |
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SRAM |
2KB |
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EEPROM |
1KB |
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コミュニケーション |
I2C1 –イーサネットポート– USB – RS485 – SPI – （3x）Rx、Tx（Arduinoピン） |
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合計入力ポイント |
13,26,36 |
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合計出力ポイント |
8,16,22 |
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PWM絶縁出力 |
24Vdc（3,6,8） 最大I：70 mA |
2. PLDuino Arduino PLC
PLDuinoは、デジタルロガーのオープンソースArduinoベースのプログラマブルロジックコントローラー（PLC）で、市場で約150ドルで入手できます。このPLCは、Arduino Mega（ATmega2560）とESP8266 Wi-Fiモジュールおよび2.4インチTFTタッチスクリーンを組み合わせて、産業用IoTアプリケーションやその他のファクトリーロボットアプリケーションに適したものにします。
PLDuinoは、シンプルなUSBケーブルを使用して簡単にプログラムできます。また、人気のあるArduino IDEとともに、PLDuinoはLua、GNU、さらにはAVRStudioを使用してプログラムすることもできます。PLDuinoは、初心者がすぐに開発を開始できるように、デモンストレーションコードとライブラリも提供します。上級ユーザー向けに、PLDuinoは、アプリケーションに必要なハードウェアをカスタマイズするために、カバーを開けてPLC内を探索することも可能にしました。完全な回路図とコンポーネントの仕様は、オンラインでも入手できます。PLDuinoの完全な仕様を下の写真に示します
3. Controllino Arduino PLC
Controllinoは工業化されたArduinoに他なりません。Arduinoエコシステムの柔軟性とオープンソースの性質を、産業用グレードのPLCの安全性と信頼性と組み合わせています。
同社は、3つのArduinoボードに基づいて設計された3つのモジュールを提供しています。
Controllino MINI：
ArduinoUnoボードで設計されています。
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入力電圧 |
12Vまたは24V |
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動作温度 |
5ºCから55ºC |
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最大リレー電流 |
6A |
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クロック速度 |
16MHz |
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サイズ |
36x90x60 mm |
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プログラミング言語 |
ArduinoIDE。 |
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フラッシュメモリー |
32KBのうち0.5KBがブートローダーによって使用されます |
|
SRAM |
2KB |
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EEPROM |
1KB |
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コミュニケーション |
I2C1– USB – SPI |
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合計入力ポイント |
8 |
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合計出力ポイント |
8 |
Controllino MAXI：
これはATMEGA2560アトメルマイクロコントローラ上または上に設計されてArduinoのメガボード。
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入力電圧 |
12Vまたは24V |
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動作温度 |
0ºCから55ºC |
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最大出力リレー電流 |
6A |
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クロック速度 |
16MHz |
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サイズ |
72x90x62mm |
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プログラミング言語 |
Arduino IDE |
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フラッシュメモリー |
256KB |
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SRAM |
8KB |
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EEPROM |
4KB |
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コミュニケーション |
I2C1、イーサネットポート、USB、SPI |
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合計入力ポイント |
12 |
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合計出力ポイント |
12、リレー出力-10 |
Controllino Mega：
Mega PLCは、ATMEGA2560AtmelマイクロコントローラーまたはArduinoMegaボード上で設計されています。
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入力電圧 |
12Vまたは24V |
|
動作温度 |
0ºCから55ºC |
|
最大出力リレー電流 |
6A |
|
クロック速度 |
16MHz |
|
サイズ |
107x90x62mm |
|
プログラミング言語 |
Arduino IDE |
|
フラッシュメモリー |
256KB |
|
SRAM |
8KB |
|
EEPROM |
4KB |
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コミュニケーション |
I2C1、イーサネットポート、USB、SPI |
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合計入力ポイント |
21 |
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合計出力ポイント |
24、リレー出力-16 |
ArduinoPLCの利点
- 低価格で購入できます。
- ArduinoIDEソフトウェアを使用してプログラムできます。
- 高い互換性。
- 調整の余地が高い。
- 従来のPLCに比べて交換が簡単です。
ArduinoPLCのデメリット
- 選択できる選択肢はほとんどありません。
- 大規模なアプリケーションには適していません。
- 従来のPLCに比べて敏感です。
- さらにメンテナンスが必要です。
- あまり専門的ではありません。