PC vs PLC：産業オートメーションに最適な制御システムの選び方

1970年代にPLC（プログラマブルロジックコントローラー）が登場し、産業環境におけるオートメーションの実現方法を永遠に変えました。堅牢な設計と拡張性のある実装で知られ、PLCはすべての主要メーカーに採用され、今日まで産業オートメーションの標準となっています。アレンブラッドリー、オムロン、シーメンス、AEG等がPLC製造のリーダーとなり、やがてコントローラーはコンピューター並みの処理能力を持ちながら、過酷な産業条件に耐えるようになりました。

1990年代になって、パーソナルコンピューターへの関心が再燃し始めました。主な理由は、プロセッサー速度の向上、サイズの縮小、コストの下降傾向でした。産業界も、PLCを含む他の機器に対するスーパーバイザリー制御のレベルが高いため、PCをプラントに導入し始めました。

しかし今日、PLCとPCの両方が同様の機能を開発したため、制御エンジニアがどちらの製品を使用すべきか判断するのが非常に難しくなっています。両製品のコア機能を見てみましょう。

PLC

PLCは、リレーパネルとスイッチボックスよりも合理的で、削減され、高度に柔軟かつ堅牢な代替手段として設計されました。一般的に特定のタスクが割り当てられ、事前にプログラミングされて実行されました。しかし、カスタマイズもPLCに求められる要素だったため、すべてのプログラミング活動に独自の言語と構造が選択されました。「ラダーロジック」として知られるこれは、状況に応じたコードの迅速なカスタマイズを可能にしました。これらすべてに加え、PLCは電磁放射、振動、汚染の直撃も受け止めなければなりませんでした。時間の経過とともに、PLCも発展する技術に追従する必要がありました。やがて、Ethernet接続、PIDプロセス制御、統合安全機能がPLCの長い機能リストに加わりました。

PC

PCは最終的に、機能面でPLCと同等の機能を開発しました。さらに、カードスロットとポートの可用性により、堅牢性とカスタマイズ性も維持しました。PCの処理能力は、リアルタイムカーネルを含むため、PLCより高いことが多く、タイムクリティカルなタスクの実行と制御アルゴリズムの実装を可能にしました。

最終目標は、産業資産に対する堅牢で効率的かつ信頼性の高い制御であり、したがってPLCとPCのあらゆる資格を正面から比較し、より良い理解と論理的結論を得る必要があります。

動作

標準的なPLCには、専用プロセッサーを使用して制御操作中の高い信頼性を確保するリアルタイムOSが組み込まれています。PLCのOSは制御関連タスク専用に設計されており、ウイルス対策プログラムやレジストリークリーナーなどのユーティリティは不要です。これにより、システムの処理スループットが向上し、より多くの処理サイクルが重要パラメータの監視に利用されます。

PCもリアルタイムカーネルと関連OSで設計されており、処理能力の面ではPLCと互角です。PCの信頼性は、以前はシステムクラッシュが頻発したため問題視されていました。しかし、この制約は産業用に特別に構築されたよりシンプルなOSにより、すぐに解消されました。

したがって、PLCとPCは現在、動作の面では同レベルにあります。

ハードウェア統合

今日の産業要件は、20年前の要件とは異なります。PLCもPCも、通信、監視、制御のために多数のデバイスを制御する必要があり、十分な拡張能力が求められます。よく知られた産業用通信プロトコルには、Profibus、CANbus、Modbus、EtherCAT、EtherNet/IPなどがあります。

PLCとPCの両方がこれらのフィールドバスオプションを提供していますが、PLCはこれらすべての機能をデフォルトで内蔵しています。対照的に、PCは特定プロトコル対応のために拡張カードを必要とする場合があります。しかし、PCのより多くの拡張スロットにより、より多くのカスタマイズが可能で、多様なインターフェースを運用に利用できます。

これは、高解像度イメージングなどの高度なタスクや、予期せぬ複数の処理要件を持つタスクの処理において、PCがPLCを上回ることを意味します。さらに、メモリを大量に消費するタスクをPLCで実現するには、動的パラメータと接続に対応するために補助的な産業用PLCを設置する必要があります。

セキュリティ

デバイス間の接続性増大により、サイバー諜報活動は常に増加しています。産業セキュリティは、継続的な稼働と最大生産性を確保する上で最重要です。PLC/PCが関わるべきセキュリティの2つの基本次元があります：

• 外部攻撃からの不正アクセス遮断
• ユーザーアクセスを権限/役職に応じて制限

従来、PLCはマルウェア攻撃に免疫があると考えられてきましたが、これはある程度真実です。PLCは専用OSと限定機能を持つため、PCより攻撃リスクが低いです。しかし、「Stuxnet」のような、シーメンスPLCを標的としたマルウェアの最近の事例は、PLCの「ウイルス免疫」という評判に傷をつけました。それでも、そのような攻撃の記録された事例は極めて限定的です。対照的に、PCはマルウェア攻撃に極めて脆弱で、最高レベルのウイルス対策保護と監視を必要とします。

プログラミング

プログラミング環境と言語は、PLCであれPCであれ、最適な効率を得る上で極めて重要です。PLCとPCの主要な違いの一つは、プログラムの開発と実行の方法です。PLCは通常スキャンベースのプログラム実行に従いますが、PCソフトウェアは通常イベント駆動型です。異なる実行スタイルは、異なるプログラミング哲学に直結します。

PLCはIEC 61131-3規格で指定された言語、すなわちラダーロジックやベンダー独自言語でプログラミングされます。対照的に、PCベースプログラムはC/C++/.NETなどの言語を使用します。どの言語も他より優れているとは言えません。プログラマーの専門知識にのみ依存します。しかし、PCベースソリューションとコースの増加傾向により、プログラマーはラダーロジックよりC/C++/.NETの方が柔軟だと感じる可能性が高いです。

コスト議論

これが最後の議論トピックかもしれませんが、最も重要なものの一つです。今日のオートメーションと制御問題は多次元的で、複数の方法で解決できます。PCベースまたはPLCベースのソリューションの両方が一部のアプリケーションで適格ですが、決定的な制約となるのはこれらのソリューションに関連するコストです。

• 性能 vs コスト

PCベースソリューションの初期コストはPLCより高いかもしれませんが、要求の厳しい計算と複雑なネットワーク負荷を処理する必要があるとき、PCベースプログラムの方がコスト効率が良いです。対照的に、PLCは初期コストは安いかもしれませんが、処理能力が増大するにつれて、コストは指数関数的な傾向をたどります。

• 拡張性 vs コスト

外部周辺機器を追加する必要がない場合、PCはPLCより高コストです。PLCは通常標準産業機器をサポートするためです。しかし、ソリューションが多数の外部制御を必要とする場合、PCベースソリューションの方がPLCベースよりはるかに適しています。

• 堅牢性 vs コスト

PLCは堅牢性とシールドを高めるための過剰な保護機器を必要としません。対照的に、PCは過酷な環境影響からシールドし、最大稼働時間を保証するためにかなりの投資を必要とする場合があります。

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