こんな方におすすめ
- PLCの構成を知りたい方
- PLCに興味がある方
今回の記事ではPLCの「構成」を、三菱電機製のPLCを使って“役割”で整理します。
「PLCとは何？」かについては、以下の記事で説明しています。
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工場の設備に使用されるPLCとは？用途や仕組みを徹底解説！
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ちなみにPLCには、ユニットを自由に組み合わせるタイプと、1台にまとまったタイプがあります。
今回は ユニットを組み合わせるタイプ（iQ-R／Qシリーズ） を使って説明します。
YouTubeでも動画で説明しています。
目次
PLCの構成
PLCの構成は大きく「電源／CPU／I/O／通信」、そして（機種によって）「ベース」で成り立ちます。
見た目や型番は機種で違っても、役割はだいたい共通です。
下画像は三菱電機のIQ-RシリーズとQシリーズです。
電源ユニット
役割はシンプルで、外部から来た電源を受けて、PLC内部で使う電源を安定して作ります。
電源ユニットには、型式によって AC100〜240Vで受けるもの や DC24Vで受けるもの があります。
また、電源にも容量（供給できる電力）の違いがあり、接続するユニット数や消費電力に合わせて選びます。
電源ユニットが不安定だと、CPUもI/Oも全部が不安定になります。
CPUユニット
CPUユニットはPLCの“頭脳”で、プログラムを実行し、入力信号を読み取り、出力を制御します。
CPUには処理能力やメモリ容量の違いがあり、基本的に高性能・大容量になるほど価格も上がります。
CPUを見ると、RUNとかERRみたいな表示があったり、通信ポートが付いていたりします。
CPUユニットに専用のソフトウェアを用いてプログラムを書き込みます。
「どのユニットが中心か？」と聞かれたら、基本はCPUです。
I/Oユニット（入力・出力）
I/Oユニットは PLCと設備をつなぐ“手足”です。
入力＝設備の状態を読む、出力＝設備を動かす、この2つです。
入力ユニット
入力には、設備に設置されている押しボタンや各種センサーの信号が入ってきます。
例えば、押しボタンスイッチを押したらON、製品がセンサーに入ったらON、それ以外はOFF、といった形でPLCに伝わります。
つまり入力は、設備の状態をPLCに取り込むための信号です。
出力ユニット
出力は、PLCが判断した結果に基づいて、設備の機器を動かすための信号を出す側です。
具体的には 表示灯（ランプ）、ブザー、リレー、電磁弁、あとは小型モータなど、ON/OFFで動く機器を制御する場面が多いです。
今日は構成の話なので配線の細かいところまでは触れません。
インテリジェントユニット
設備で見かけるI/Oユニット以外の、数値や特殊な信号を扱うユニットはインテリジェントユニットと呼ばれています。
PLCの世界では、押しボタンやセンサーの信号は基本的に ON/OFF（0か1） で扱うことが多いです。
ただ、温度や圧力のように 数値で扱いたい信号 もあり、そのときに使うのがアナログユニットです。
アナログ入力ユニット
アナログは 0〜10V や 4〜20mA といった信号を受けて、PLCの中では 数値データとして扱えるように変換してくれます。
ですので、アナログ入力ユニットを使うことで、例えば 温度・圧力・流量 などを、PLCに 数値として取り込むことができます。
画像のユニットは取り込む入力専用ですが、出力できるタイプのユニットもあります。
今日は構成の話なので、レンジ設定やスケーリングは触れません。
位置決めユニット・モーションユニット
ちなみに、設備でサーボを使う場合は、PLCの出力をON/OFFするだけではなく、位置や速度などを指令する必要が出てきます。
そのために、サーボを制御する 位置決めユニット や モーション系のユニット を追加することがあります。
インテリジェントユニットは他にもありますが、いま紹介した2つのユニットをまとめると以下になります。
こういったユニットも含めて、PLCは必要に応じて拡張していきます。
注意ポイント
冒頭で紹介した１つにまとまっているiQ-FやFXシリーズなどのパッケージタイプにも増設用のユニットや通信ユニットがありますが、対象外になっていたり、制限があったりして使いにくいところがあります。
そこかわり、iQ-FやFXシリーズは、iQ-RやQシリーズと比較するとコンパクトで低価格です。
その他のインテリジェントユニット
・アナログ出力ユニット
インバータや調節計などへ、電圧・電流のアナログ信号を出すユニットです。
・温度入力ユニット
熱電対や測温抵抗体（RTD）を直接つないで温度を計測するユニットです。
・温度調節ユニット
温度を測るだけでなく、ヒータ制御などの温調用途向けのユニットです。
・高速カウンタ／パルス入出力系ユニット
エンコーダ信号の取り込みや、高速パルス処理に使われます。
通信ユニット
PLCは単体でも動きますが、現場ではタッチパネルやインバータ、上位のPC、他のPLCとつながることがあります。
そのときに通信ユニットが必要になります。
※CPUユニットにはEthernetポートがある機種もあるため、今回は便宜的に通信ユニットの仲間として整理しています。
上画像のようにCPUに内蔵されている場合（左）もあれば、通信ユニット（右）を追加する場合もあります。
下画像はEthernetユニットで、このようにLAN（Ethernet）ケーブルを接続して他の機器と通信します。
まとめ：PLCの構成
最後にPLCの構成をまとめます。
PLCの構成は、
「ベースユニット＝土台」
「電源ユニット＝電気を供給する部分」
「CPUユニット＝頭脳（全体を制御）」
「I/Oユニット（入力・出力ユニット）＝入力・出力を行う手足」
「通信ユニット＝機器同士の情報の通り道」
というイメージです。
そして、ON/OFFだけでなく、さらに機能を追加したいときは、アナログや位置決め、モーションなどのインテリジェントユニットを組み合わせて使用します。
