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導入
01
これは8部構成のシリーズの最初のエピソードです。
02
このシリーズは、プログラマブルロジックコントローラー（PLC）についてです。一般的にPLCと呼ばれるものです。
PLCとは何でしょうか？
要するに、汎用的なプログラマブル産業制御装置です。
彼らは工場、公共事業、産業機械の制御が必要な場所など、産業界全体で使用されています。
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彼らは、自動工業機械のために特に設計された、ハードウェア、ソフトウェア、開発環境の完全に統合されたシステムです。
彼らを説明するには、まずそれらに先立って何があったのかという歴史的背景を述べるのが最も簡単だろう。
０４ 自動化の初期の日々
あなたはおそらく、19世紀初頭のジャカード織機とそのパンチカードの使用について聞いたことがあるでしょう。これはコンピューティングにつながった技術の一つでした。
しかし、ここでの私たちの目的からは、それは工場内の機械を制御していたため、初期型の産業自動化制御システムであったという点で重要です。
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他のタイプの機械については、複雑な機械の様々な部品を調整された方法で動かすための一般的な純機械的な手段は、シャフトとカムを使用することであった。
ギアで接続されたシャフトやそのセットに取り付けられた複数のカメラは、機械の部品を動かし、バルブを開閉したり、機械の部品を全体的に調整したりすることができます。
２０世紀初頭、工場での電気利用の普及に伴い、新しい電気技術を用いて制御や自動化機能を実行することが可能になりました。
６ リレー論理の背景
このテキストでは、電気機械用語をいくつか説明する必要があります。PLCを理解するためには、これらの用語とその背後にある概念を理解することが不可欠だからです。PLCは先代の進化形であり、同じ用語を使用しています。
PLCの前身は、一般的に「リレー論理」と呼ばれるものでした。
7 リレーとは何か
リレーは、電流の流れに応答し制御する電気機械装置です。
リレーには、「コイル」と呼ばれるものが装備されています。名前から分かるように、これは導電性のワイヤーのコイルです。
コイルに電流を流すと、それは電磁石を形成します。
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この電磁石は、アーマチュアを引き寄せます。
アームチュールは、後者がエネルギー化されたときにコイルに引き寄せられる動く金属部品です。
リレーが作動するときは「クローズ」と呼ばれます。
非活性化は開くことと呼ばれます。
これらの州には、「プルイン」と「ドロップアウト」という代替の呼び名があります。
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アームチュールは、1つまたは複数のコンタクトに付着しています。
コンタクトをスイッチのように考えることができます。
スイッチが一方に回されたとき、電気経路が閉じられ、電流が流れることができます。
裏返すと、電気経路が切断され、電流の流れが遮断されます。
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コンタクトは通常、開いた状態にすることができ、その場合、パスは閉じられ、リレーがオンになったときに電流が流れます。
代替的に、それらは通常閉じられることができ、その場合、リレーがオフになると経路が閉じられ、電流が流れます。
リレーは、通常は通常開閉を含む複数の接点を持つことができます。
これらの用語を覚えておいてください: コイル、接点、通常開、通常閉。
11 ロックリレーとは？
ロックリレーと呼ばれる特別なリレーがあります。
これはリレー制御回路で時折使用されていましたが、PLCについて話すようになると、その背後にある概念がより重要になります。
ロックリレーは2つのコイルを持っています。
1つのコイルはリレーをオンまたは「セット」するために使用されます。
他のコイルは、リレーをオフまたは「リセット」するために使用されます。
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リレーには、機械的なロック機構または磁石があり、コイルがデエネルギー化されてもリレーをセット（つまり閉じた）状態に保つように使用されます。
リレーをリセットまたは「開く」ために、リセットコイルをエネルギー化する必要があります。
ロックリレーは、機械の電源がオフになっても最後の状態を保持するメモリの「ビット」の等価物を提供します。
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ロックリレーは、リレー論理回路が最後の状態を記憶することが重要なアプリケーションで使用されました。
リレー制御回路では、コストと複雑さが高いことから頻繁に使用されていませんが、PLCプログラムでより広く使用されるように、セットとリセットの指示が提供され、ソフトウェアで同様の機能を実行し、コストに関する懸念はありません。
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したがって、PLCプログラムでは、実際のリレーよりもセットとリセットがはるかに頻繁に使用されることになります。
これらの用語を覚えるリストに追加してください - ロック、アンロック、セット、リセット。
コンタクターとは何ですか？
ここで別の用語を述べておきます。後で出るかもしれません。
これは「コンタクター」です。
コンタクターは基本的には大きなリレーです。
通常はモーターやヒーターなどの大きな電気負荷を制御するために使用されます。
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小さなリレーは通常「リレー」と呼ばれ、時には「制御リレー」とも呼ばれます。
これらは論理回路を作成するために使用され、または照明や空圧または油圧バルブなどの小さな電気負荷を制御します。
これは多くの専門用語のように思えるかもしれませんが、適宜コンピュータのアナロジーを説明します。
入力と出力デバイス 17個
役に立つ仕事をしたいなら、I/Oが必要です。
典型的な入力デバイスには次のようなものがあります。
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プッシュボタン
これらは、オペレーターが機械に何かをさせるために押すボタンです。
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選択スイッチ
これらは、通常回転してオンまたはオフになり、その位置を維持するスイッチです。
これらのスイッチは複数の位置を持ち、それぞれが別個の入力を活性化できます。
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パイロットライト。これらは、オペレーターにフィードバックを提供するために使用されるライトです。
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リミットスイッチ。
これらは、機械の部品が活性化するものであり、オペレーターが活性化するものではありません。
これは、機械のさまざまな部品がどの位置にあるかを、任意の時点で決定するために使用できます。
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近接センサー。
これらは、基本的には固体状態のリミットスイッチであり、機械的なスイッチよりも信頼性が高いので、摩耗や劣化が少ないです。
これらは、しばしば「プロキシ」と俗に略されます。
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ソレノイドバルブ。
これらは電磁コイルが活性化されるという点でリレーに似ています。
しかし、別の電気コンタクトを活性化するのではなく、空圧または油圧バルブを活性化します。
このバルブは通常、空気または油圧流体によってシリンダー内のピストンを動かし、その結果機械の一部を動かします。
典型的な機械には、プロキシミティセンサーとソレノイドバルブがたくさんあります。
24リレー論理
これらの入力と出力は、調整するために論理を必要とします。
これが制御リレーの役割です。
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電気デバイスの出力が別の電気デバイスを制御できるというのはトランジスタのようですが、リレーは電子トランジスタのアナログです。
しかし、トランジスタは20世紀中頃の発明である一方で、リレーは19世紀中頃からのものです。
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トランジスタと同様に、リレーのネットワークに論理をエンコードすることが可能です。これは、スイッチやその他の入力デバイスからの入力と共に接続されます。
センサーとリレーを適切な順序で配線することで、機械の自動制御のために比較的複雑な動作シーケンスを作成することが可能です。
27 リレーのブール論理
リレーのコンタクトを直列に配線することで、「および」条件が作成されます。
平行に配線することで、「または」条件が作成されます。
通常閉じのリレーコンタクトを使用することで、「否」条件が作成されます。
リレー自身のコンタクトをそのコイルにつながる回路にフィードバックすることで、リレー自体がその状態を記憶することが可能です。
したがって、各リレーはブール論理回路内の論理の1ビットとして考えることができます。
28個のタイマーとカウンター
特殊なタイミングリレーは、リレーが作動したり停止したりし、接点が閉じたり開いたりするまでの時間遅延を作出するために使用できます。
エネルギーが供給された後に遅延を課すタイミングリレーは、「オン遅延タイマー」です。
エネルギーが供給された後に遅延を課すタイミングリレーは、「オフ遅延タイマー」です。
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タイミングリレーはしばしば空気式でした。
彼らは小さなゴムベロが、調整可能な開口部から空気をゆっくりと漏らしました。
ベロスは、十分な空気が漏れ出るまでリレーが閉じたり開いたりすることを防ぎます。
より正確さや長い時間遅延のために、モーター駆動のクロックタイマーが使用できます。
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特定の回数入力をオンまたはオフに要求するために、特別なカウンターリレーが使用できます。
カウンターは通常、事前に設定された数値に達するまでカウントアップするためにラッチ機構を使用します。
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後のタイミングとカウントリレーは電子タイマーとカウンターを使用しましたが、これらはリレー論理が衰退していた時期に比較的遅く登場しました。
32 電気パネル
大量のリレーが大型電気封入パネルにマウントされ、その間に配線され、またリミットスイッチ、バルブ、機械にマウントされたその他の装置にも配線されます。
33 ロジック回路の設計
ロジックまたはプログラムは、デバイスの選択とそれらの間に走る配線によってエンコードされます。
設計とこの論理の文書化のために、設計者は電気図面を作成します。
これらの図面は、交流電力の場合は熱と中性、直流電力の場合は正と負の2つの異なるスタイルのいずれかに従います。
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あるスタイルでは、2本の電力線、交流電力の場合は熱と中性、直流電力の場合は正と負、がページの左右に垂直線として描かれます。
これらの垂直線は「レール」と呼ばれます。
その後、ページの左右に水平に線を引き、プッシュボタン、スイッチ、リレーコンタクト間の接続を示します。
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リレーコイルとリレーコンタクトの物理的な接続は通常図面には示されませんが、プッシュボタンや複数のコンタクトを持つセレクタースイッチの場合には示されることがあります。
代わりに、ラベルや名前に頼って、どの接触がどのリレーコイル、リミッツスイッチ、またはプッシュボタンに関連しているか確認します。
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デバイスの標準的な命名規則はありますが、ここでは詳しく説明しません。
しかし、これはリレーコイルが図面セットの1ページに配置され、コンタクトは図面セットの他の場所に配置される可能性があることを意味します。
慣例として、リレーコイルの横にクロスリファレンスを書き、そのコンタクトが図面でどのように使用されているかをリストしていました。
37段の階段
実質的に、これは論理図が多くの独立した水平の配線とコンタクトのセットを取り、階段の段のように見えることを意味しました。
したがって、これらの図面は「階段図」または「階段図面」として知られるようになりました。
水平要素は「段」として知られていました。
38標準記号
各デバイスには標準記号があり、一目でそれが何であるかを確認できます。
例えば、リレーコイルは円形でした。
通常開回路のコンタクトは、ワイヤ回路の断絶を区切る2本の短い垂直線でした。
通常閉回路のコンタクトは、通常開回路のコンタクトに斜め線を引き、それを閉じた状態にしました。
39 ロジックフロー
慣例として、図面は上から下、左から右に読み取られます。
実際の操作では、並列に操作が発生することがあり、2つの並列操作の完了順に依存する「リレーレース」を導入しないように注意する必要がありました。
リレーレースは、操作の完了順に依存して予測不可能な結果をもたらす可能性があり、したがって避ける必要があります。
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技術者、技師、電気技師は、これらのラダー図を読み取り、理解する能力を習得することが期待され、それによって機器の設計とトラブルシューティングを行うことができました。
経験豊富な人にとって、これらの図を読み解き理解することは、自然なことになります。
41 DIN図面
図には2つのスタイルがあることを述べました。
もう一つのスタイルは、ドイツ標準協会（Deutsches Institut für Normung、DIN）と呼ばれます。
これは基本的には、横に倒れた階段図で、レールが左から右に水平に、段が上から下へと垂直に走っています。
ここではDIN図面について完全性を保つために言及しましたが、配線書類にDINスタイル図面を使用している国でも、ラダー論理が電子化されると、垂直階段が使われます。
42 電子論理ゲートとの比較
電子式AND、OR、NAND、NORゲートに慣れているなら、上記の概念はあなたにとって馴染み深いものになるでしょう。
概念の中には確かに類似点があります。
しかし、これらの電気機械的な慣習は固体状態の出現以前に遡ります。
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図面も全く異なる原則に従っています。
固体状態の論理ゲート図面は、複雑な接続とともに、単一のデバイス上で入力と出力をグループ化して表示しますが、電気ラダー図面はそれらを分離し、これがいくつかの非常に重要な結果をもたらします。
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まず、接続図の作成を大幅に簡素化します。
2つ目に、入力と出力を物理的なパッケージではなく、機能ごとにグループ化することが可能になります。
3つ目に、複数の小さな標準サイズのシートに図面を広げることができ、これにより、関連するラダーを単一の視野で確認することが可能になります。
これらの3つの要因は、物理的なリレーがソフトウェアに置き換えられた際に大きな意味を持ちました。
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歴史的起源と発展 45
起源
誰もが、産業用リレー論理が最初に導入された時期や場所を知っているようには見えない。
最も妥当な推測では、20世紀初頭の工場の広範な電化の後、ある時期に導入されたようだ。
蒸気力の時代には、自動化は主にシャフトに取り付けられた機械的なカムプロファイルによって、機械の動作をタイミング付けることに依存していたようだ。
ほとんどの情報源は、リレー論理が1940年代または50年代までに広く普及していたことに確信を持っている。
固体状態 46
トランジスタの導入は、制御目的でリレーを即座に代替しなかった。
リレーは直接大きな電力の処理が可能で、入力と出力に直接インターフェースすることができました。
トランジスタでも、それでもリレーを介在させる必要があり、コンポーネントの数を増やし、システムを複雑にしました。ほとんどメリットはありませんでした。
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リレーの制御論理を代替するために、特にリレーを代替するために固体状態の論理モジュールが開発されましたが、これらは広く使用されませんでした。
これらの固体状態の論理モジュールは、それらの間に配線接続を必要とし、電気機械式リレーに対する利点を制限しました。
複数の企業が複数の電気機械式制御リレーのファミリーを開発し、これらは非常に頑丈で信頼性が高く、ただしかなり高価でした。
48 結論
このエピソードでは、以下のことを取り上げました。
リレーとは何か。
一般的な入力と出力デバイス。
リレーがブール論理システムを作成するためにどのように使用されるか。
リレー論理システムの設計と、それらを文書化するために使用される電気図面。
リレー論理システムの簡単な歴史。
覚えておくべき49の用語。
覚えておきたいいくつかの用語。
プログラマブル論理コントローラー、通称「PLC」。
制御リレー。
巻き (makuri)
接触 (sokumu)
通常開 (tsūjō kai)
通常閉 (tsūjō shi)
50
ロック (rokku)
アンロック (anroku)
設定 (settingu)
リセット (risetto)
51
遅延タイマー
非遅延タイマー
カウンタ
プッシュボタン
パイロットライト
リミットスイッチ
近接スイッチ、または「プロキシ」
ラダー図
ラダーレール
ラダー段
次回は52話。
次の回では、以下の内容について議論します。
PLCの起源
それらはリレー論理からどのように進化しましたか。
物理的なリレーや配線がソフトウェア上の仮想リレーになった方法と理由。
53
視覚的またはグラフィカルなプログラミングが新しいものだと思っていましたか？
次のエピソードを聞いて、50年前に人々が工場でそれをしていたことを知ってください。あなたがまだメインフレームに最初のFortranプログラムを動かすことを試みていた頃です。
54
これは8部構成シリーズの最初のエピソードでした。
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