「PLC」カテゴリーアーカイブ

GX Works2によるPLCラダー・プログラミング

(シーケンサーのラダー図プログラミング)

シーケンサー(PLC)を学ぶのに必要な準備など

まず、GX Works2を起動します。

GX Works2を起動したところ

そして、「プロジェクト」から「新規プロジェクト」を選択します。

新規プロジェクトをクリックすると出る画面

必要な設定をします。

  • シリーズ(FXCPU)
  • 機種(FX1S)
  • プロジェクト種別:シンプルプロジェクト
  • プログラム言語:ラダー

すると次のような画面になります。

GX Worksの新規プロジェクト画面

画面(ウインドウ)の構成は、上から、

  • プロジェクト名
  • 基本操作アイコン
  • ラダー図アイコン
  • プロジェクトのプロパティ/ラダー編集領域

右の白い領域にラダー図を入力します。

ラダー図アイコンをクリックまたはファンクションキーを押すと、

接点番号入力ダイヤログ

左に接点の種類、右に接点番号を入力する領域が表示されます。

ここに接点番号を入力します。

 GX Worksでは、入力がXで出力がYになりますので、その1文字と番号を入力します。

接点番号の入力

接点番号を入力して「OK」をクリックまたはEnterキーを押すと、

ラダー入力中画面

ラダーが入力されて表示されます。

次々とラダーを入力すると、直列(AND)回路になります。

 並列(OR)回路を入力するには、「編集」「行挿入」の順にクリックし、出来た空白行にラダーを入力します。

F9キーを押して横線を入力する
すると、2個分の横線が入力されますので、
縦線を入力したい上の位置にポインター(青い長方形)をクリックして移動し、
Shiftキーを押しながらF9キーを押すと、
縦線を入力してOR回路を完成させたところ

そして、このラダーを出力するための「コイル」をF7キーを押して入力します。

最後に「変換コンパイル」すると、ラダー図が変換され、シーケンサーに書き込める状態になります。

「変換」アイコンをクリックするかF4キーを押して「ラダー図を変換」する。
すると変換済のラダーが白くなり、変換コンパイルが終了して書き込みの準備ができます。

プログラム・ロジック・コントローラー(PLC)を学ぶのに必要なもの

プログラム・ロジック・コントローラーを学ぶと良い理由

三菱電機|はじめてのシーケンサ入門編|PDF

メカトロニクスの構成

 メカトロニクスは、メカニカルとエレクトロニクスを合成した和製英語で、センサーから得た信号を、コントローラーで計算したり判断したりして、アクチュエーターでメカニズムを動かすという仕組みになっていて、基本的に電気で動きます。

メカトロニクス機器の例

メカトロニクスと人間を比較すると

 メカトロニクスは、直訳すれば「電子機械」ですから、その究極の目的は人間の代わり、つまり「自動化」です。人間の代わりですから、その構成は人間に例えられます。

メカトロニクスを人間に例えると

 人間は、五感(視覚,聴覚,嗅覚,味覚,触覚)で情報を得て、その情報を脳で過去の記憶や本能で判断し、筋肉を動かして行動します。

 つまり、五感=センサー、脳=コントローラー、筋肉=アクチュエーターと、メカトロニクスの基本構成と同じになります。

 そう考えると、人間は非常に優秀で、高性能なセンサー、高性能なコントローラー、高性能なアクチュエーターを備えています。それぞれ見てみると、

  • 5億7600万画素の視覚センサー
  • 20~2万ヘルツの1000万倍の強度の音を捉える聴覚センサー
  • 他の哺乳類に劣らない嗅覚センサー(犬よりもチョコレートの匂いに敏感)
  • 他の肉食動物と比較にならない1万近くの味覚センサー(草食動物は多い)
  • 13ナノメートルの凸凹を感知できる触覚センサー(スマホの1万倍)
  • スーパーコンピューター「京」の2400倍の処理能力を持つ知能
  • 1ペタバイト(約1125兆バイト)の記憶容量を持つ脳(HD動画数十年分)
  • モーターよりずっと小型軽量でエネルギー効率の良い筋肉

メカトロニクスは極めて性能の悪い自動化方法

 そう考えると、メカトロニクスで実現されるロボットは人間とは比較にならない低性能なものになりますが、人間には実現できない利点がいくつかあります。

  • 人間には不可能な大きさや重量のものを扱える
  • 計算そのものは超高速で間違いもない
  • 百万分の一以下の時間で簡単な判断が可能
  • 24時間365日働ける
  • 食事が必要ない
  • トイレに行く必要がない
  • 文句を言わない
  • 生体ウイルスに感染しない(コンピューターウイルスは感染の可能性あり)
  • 仕事内容によっては人間よりお金がかからない
  • お金を出せば確実に雇える(中小企業にはココ重要!)

メカトロニクスの要素

コントローラー(制御回路)

 メカトロニクスで使われるコントローラーで一番多いのは、リレー回路の置き換え用として開発された「プログラム・ロジック・コントローラー」略してPLCです。プログラムロジックコントローラーはシーケンサーやプログラムコントローラーとも呼ばれ、様々なメーカーが販売しています。

リレーを使ったコントローラー

 リレーを使ったコントローラーは1970年代まで良く使われましたが、近年では大きなモーターを制御するとかの場合を除いて使われていません。リレーには、つぎのような特徴があります。

  • 寿命が短い(定期的に交換しないと故障する)
  • 消費電力が大きい
  • 動作速度が遅い
  • 発熱量が大きい
  • 動作音が大きい
  • 動きが目でわかるので修理しやすい
  • 機能が単純なので設計が簡単
リレーの例

トランジスターを使ったコントローラー

 トランジスターを使ったコントローラーやコンピューターはリレーの次に良く使われていましたが、近年ではマイクロコンピューターに置き換えられ、やはりモーターなどを最終的にオンオフするくらいしか使われません。トランジスターの特徴は次の通りです。

  • 価格が安い
  • 小型軽量
  • 消費電力が少ない
  • 速度が比較的早い
  • 寿命が半永久的で故障が少ない
  • 作動音がしない
  • 発熱量が少ない
  • 動きが見た目でわからない(修理にはテスターなどが必要)
トランジスターの例

ICを使ったコントローラー

 IC(集積回路)を使ったコントローラーは、1980年代にトランジスターに置き換えが急速に進み、現在使われているマイクロコンピューターと構造的には同じものなので、現在でもICが使われているといえるが、この時代のICは、「汎用デジタルIC」と呼ばれるICを組み合わせてリレー回路のように使われていたので、機能を変えるには作り直さなければならないかわりにソフトウェア(プログラム)は不要で電子回路の知識があれば手軽に使えました。ICの特徴は次の通りです。

  • トランジスターを組み合わせて使うより値段が安い
  • トランジスターを組み合わせて使うより更に小型軽量
  • トランジスターを組み合わせて使うより動作速度が速い
  • 寿命が半永久的で故障が少ない
  • 消費電力が極めて少ない
  • 小さくなって組立しにくい
汎用(はんよう)デジタルICの例

マイクロコンピューター(マイコン)を使ったコントローラー

 1980年代後半からマイクロコンピューター(マイコン)を使ったコントローラーが一気に増えてきました。マイクロコンピューターはプログラムを変えるだけで改良や機能追加が可能になったり、大量生産が楽になったり、制御回路の共通化が可能になってコスト削減や在庫の削減に貢献しました。

 しかし、プログラムを作らないと動かないため、アセンブリ言語やC言語などのプログラム作るための知識がないと使えなくなりました。マイクロコンピューターを使ったコントローラーの特徴は次の通りです。

  • 非常に安価
  • 大量生産が楽
  • 超小型超軽量
  • 超低消費電力(のものもある)
  • 寿命が半永久的
  • 故障した際の安全性が高い
  • プログラムを作らないと動かない(ソフトウェアの知識が必要)
マイコンピューター(マイコン)の例

プログラム・ロジック・コントローラー(PLC)シーケンサーを使った例

 マイクロコンピューターを使ったコントローラーでは、ソフトウェアを作るためのアセンブリ言語やC言語などの知識が不可欠でしたが、プログラマーや電子技術者ならともかく、メカトロニクス技術者や電気技術者には簡単に使えるようなものではありませんでした。

 そこで、メーカーがマイクロコンピューターとプログラムをあらかじめ内蔵して、リレー回路のように簡単に使えるコントローラーを発売しました。

 それがプログラム・ロジック・コントローラー(PLC)、プログラム・コントローラー、シーケンサーなどと呼ばれるコントローラーです。

 このコントローラーは、電気技術者や機械技術者でも割と簡単に使えるため、メカトロニクス機器のコントローラーといえば、数値制御(NC)や人工知能(AI)などを除いて、ほとんどがこのPLCを使うようになりました。

 ただ、割と大きいのと価格が高いので、家電製品や持ち運ぶ電子機器、おもちゃなどにはマイクロコンピューターが使われます。プログラム・ロジック・コントローラーの特徴は次の通りです。

  • 割と簡単に使える
  • 割と大きくて少し重い
  • 値段が高い(数万円~数十万円)
  • 故障しにくい(リレー出力のものを除く)
  • 高価なプログラム作成用ソフトウェアが必要なものが多い
プログラム・ロジック・コントローラー(PLC)シーケンサーの例

PLCのプログラムについてはこちら

5時間でシーケンサーを学ぶ

 そんなのウソだろう! と思われたアナタ。なかなか良いセンスをお持ちです。「最短」5時間でシーケンサーを学ぶとするべきでした。

 でも、これはリレー回路の知識のない私の教え子に5時間教えて、実際に使えるようになってしまった人も居るので事実です。

 リレー回路の知識がある人であれば、ほんの1~2時間でシーケンサーを使えるようになってしまった夜間の学生も居ました。

 専門学校の講師を20年以上させていただいている経験から、シーケンサー(プログラム・ロジック・コントローラー:PLC)を自習する方法について書いてみます。

シーケンサーを学ぶのに必要なもの

シーケンサー本体

学習に最適なシーケンサー(PLC)本体

 そんなことは誰でもわかるじゃないか! と思っておられるでしょう? ごもっともです。なんで、わざわざこんなことを書くかというと、シーケンサー選びで、あなたのこの先の人生が決まってしまうかも知れないからです。

 実はシーケンサー(プログラム・ロジック・コントローラー)は、メーカー間の互換性がなく、あとから別のメーカーに変えようと思うと、使い方が違うばかりか、10万円以上もするパソコン・ソフトウェアやケーブルなどを買い替えたり、新しいメーカーのシーケンサーになれるまで、何か月も仕事にならなかったりするからです。

 そして、意外と盲点なのは、日本の会社には財閥の系列があって、あそこと取引するならウチは取引しないなどと言われたりすることです。良く聞く話ですと、自動車メーカーに車で行くと、そのメーカーの車でないと遠くの駐車場に停めさせたりします。

 そういった意味からも、最初のシーケンサーのメーカー選びは非常に重要です。ここで紹介しているのは、「三菱電機」のFX-1Sシリーズです。現行機種だとFX-3シリーズなのですが、そのシリーズは入出力端子が上の写真のようにネジ式でなく、勉強に使うには不便で値段も高いため、あえてここでは中古で1万円程度で買えるFX-1Sシリーズを紹介しています。

 とはいえ、生産終了品ですので、これから実際に機械に組み込んで使う予定のかたは、FX-3シリーズなどの現行機種を選んでください。

 他のメーカーを選んでも良いのですが、特にメーカーにこだわりがないのであれば、一番使われている「三菱電機」をお勧めします。その理由は、人に聞くにも就職するにも一番多く使われているものが有利だからです。

パソコン・ソフトウェア

 シーケンサーのプログラムを作るためには、専用のパソコン用ソフトウェアが必要です。このソフトウェアは結構高価で、10万円程度しますが、プログラム・ロジック・コントローラーのメーカーによっては無料のものや、使用回数や作れるプログラムのサイズに制限があるものの無料で使えるメーカーもあります。

 ここでは、三菱電機のGX-Works3を紹介します。GX-Works3では、上で紹介したFX-1Sシリーズのほか、FX-0シリーズ、FX-2シリーズ、FX-3シリーズのプログラムを作ることができます。

三菱電機のシーケンサーに必要なGX-Works3ソフトウェア

接続ケーブル

 機種によっては市販のUSBケーブルが使えるものもありますが、FX-1Sシリーズの場合は専用のケーブルが必要になりますので、一緒に手配します。

三菱電機FX-1用接続ケーブル

実験回路

 シーケンサーの入出力信号はシーケンサー本体に付いているLEDでモニターできますが、プログラムの開発をするためには少なくともセンサーなどの入力が必要で、実際に何かを動かすには、アクチュエーターと呼ばれる動力装置が必要ですが、勉強段階で何万円とか何十万円とかするアクチュエーターを接続するのはお勧めしません。

 プログラムを間違えると高価なアクチュエーターを壊してしまったり、ロボットなどに殴られて大ケガしたりする可能性もありますので、勉強段階では、いくつかのスイッチとランプでプログラムを作ることをお勧めします。

 ちなみに私の教え子は最初は下の写真のような実験装置で勉強しています。

間違えても安全なシーケンサー実験装置

プログラム・ロジック・コントローラーのプログラムを作る

 ここまで準備できれば、あとはソフトウェアをパソコンにインストールして、プログラムを書いてコンパイルしてダウンロードするだけです。

プログラム・ロジック・コントローラー(PLC)のプログラム作成中の画面

プログラム・ロジック・コントローラー(PLC)にダウンロードする

PLCにプログラムをダウンロードする

 プログラム・ファイルの「チェックボックス」をチェックして、右下の「実行」ボタンをクリックすればラダー図プログラムのダウンロードを開始します。

ダウンロード中の画面

 ダウンロードが完了したら「閉じる」をクリックして、プログラム・ロジック・コントローラーをRUNすれば(FX-1Sでは遠隔実行できる)ダウンロードしたラダープログラムが実行されて動作します。

プログラム・ロジック・コントローラー(PLC)シーケンサーの動画

プログラム・ロジック・コントローラー(PLC)シーケンサーの動画

ラダー図プログラムを入力する前に知っておくべきこと

シーケンサー(PLC)をGX Worksでプログラムする手順

昇給や就職に有利なシーケンサー

シーケンサーを使った自動化装置(メカトロニクス機器)

シーケンサー(プログラム・ロジック・コントローラー:略してPLC)が使えると給料が大幅に上がったり、就職や転職に有利だったりします。また、使いこなせる人が少ないので非常に大切にされます。

 そんなプログラム・ロジック・コントローラー(PLC)ですが、とっても難しくて無理だと思っていませんか? 確かに誰でも習得できるわけではありません。他のパソコンやスマートフォンのアプリ(プログラム)と同じく、論理的思考が必要とされますが、パソコンやスマートフォンのアプリケーションを作るよりは、ずっと簡単に作ることができます。

 パソコンやスマートフォンのアプリケーションを作るには、C言語などのプログラム言語の知識が必要で、一人前に作れるようになるまでに1年とか2年の期間が必要ですが、シーケンサーは、基本的にはリレー回路の置き換えなので、パソコンの画面で、直列、並列、斜線入りの3つの図形とリレーのコイルを意味する図形を置いて線でつなぐだけでできます。

 リレー回路の知識があれば1~2時間で、リレー回路の知識がなくても最短5時間程度で習得できてしまいます。実際の手順としては、次のようなものです。

  • パソコン画面上で図形(アイコン)を配置して線で結ぶ
  • その回路を変換(コンパイル)して装置に書き込み(ダウンロード)する

 たったこれだけで使えてしまいます。問題があるとすれば、図形と線をどのように組み合わせるか? ですが、とりあえず操作できるだけで採用されたり転属できたりする可能性も高いです。

 何しろ、出来る人の人数が圧倒的に少ないですから、どこの会社でものどから手が出るほど欲しいです。具体的に、どんな会社や業種が必要としているかというと、次のような感じになります。

  • 自動化やロボットの導入をしてる工場(ほとんどのメーカー)
  • 自動仕訳機などを導入している倉庫や物流
  • 研究所や試験場

 逆に言うと、手作業や人海戦術で何かを生産している以外の工場や倉庫では、ほとんど使われていると思っても差し支えありません。

 そして、シーケンサーを使いこなせる人は、基本的に工場の中でも「全体を見渡せる1段高いところにあるガラスで仕切られた空調が整っている部屋に居ます。これはなぜかというと、シーケンサーを使うのに必要になるパソコンなどの精密機器が高温多湿やホコリや空気中のチリを極端に嫌うからです。

 まあ、従業員のためというより、機械のためですけど、結果的にパソコンなどが性能を発揮できる部屋は人間にとっても居心地の良い部屋になります。

 別室に区切られている理由は、シーケンサーのプログラムは門外不出のもので、産業スパイに盗まれたりすると、見た目で機械のメカニズムをコピーし、誰でも買える(買えない国もありますが)シーケンサーを買って、盗んだプログラムを書き込めば、簡単に生産ラインなどの機械を作れてしまうからです。

 また、シーケンサーのプログラムを削除してしまえば、その工場や倉庫は数か月は操業できないほどのダメージを負います。以前、イラnの核兵器に使われる核物質の濃縮に使われる機械のシーケンサーを狙ったコンピューター・ウイルスを誰かがばらまいたなんて話もあります。

5時間でシーケンサー(プログラム・ロジック・コントローラー)を学ぶ