産業用PLCが可変速ドライブを駆動する

可変速ドライブは、多様な産業アプリケーションに精密でインテリジェントなモーション制御をもたらしました。製造セクターだけでも、材料を回転・搬送し、液体をポンプで移送し、ファンで空気を冷却・加熱し、完成品を梱包・積み重ねる機械に依存しています。これらは、大部分が自動的に展開される相互連結された操作の広がりの一部として機能します。

この環境で機能するため、ドライブは完全にPLC（プログラマブル・ロジック・コントローラ）の制御・調整力に依存しています。ただし、決して新しい技術ではない（最初のモデルはほぼ正確に50年前に作られた）ことを考えると、何がPLCをこの仕事にこれほど適したものにしているのか、という疑問が必然的に生じます。

PLCは、かつて工場機械を制御するために使用されていたハードワイヤードのパワー・リレー・バンクの代わりに、コンピューターの力を利用するために開発されました。これらの古い電気機械式神経中枢の維持とトラブルシューティングの困難さは数多くありました：巨大なエンクロージャの中には、リレー、タイマー、カウンター、ヒューズ、端子が、交差し合ったポイント・ツー・ポイント配線の海の中に壁のように並んでいました。故障したコイルや摩耗した接点の交換でさえ困難で、システム自体の目的を変更するには、全面的な再構築を伴うかもしれません。

マイクロチップの到来が、これらの珍妙なキャビネットをエンジニアリングの歴史の年鑑に押しやるのは必然でした。オド・ストルーガー（1931-1998）、1960年代のアレン・ブラッドリー研究エンジニア、とディック・モーリー（1932-2017）、1968年にゼネラル・モーターズからアイデアを公募された人物の両方が、PLCの父と呼ばれています。彼らは、機械を制御するためにリレー・システムが実行するイベントのシーケンスが、コンピューター・プログラムの形に翻訳・小型化できると見抜きました。

コンピューターなのです。しかし、PLCは非常に特殊なタイプのコンピューターであり、そのように概念化され、今日までそうであり続けています。どの点でそうなのか？

なぜPLCなのか、PCではないのか？

おそらく最も明らかな答えは、見た目からしてもPLCは物理的にタフで、頑丈だということです。これは、その設計のあらゆる側面（部品材料の選択から、温度制御やケース・スタイルのような機能まで）が、粉塵、湿度、振動、温度などの厳しいレベルからデバイスを保護することを意図していることを意味します。

PLCの独自の設計は、メモリ・スティックやプリンターのようなものではなく、重要な入出力配置にも対応しなければなりません。PLCの入力信号リスト（スイッチ、センサー、ブレーカー等から）と出力コマンド（モーター、ライト、バルブ等へ）の長さは、制御する操作の複雑さに比例します。

しかし、PLCとパーソナル・コンピューターの最も根本的な違いは、プログラミング言語です。ラダー・ロジック（またはラダー図）は、電気リレーのスキームを通じた作業の流れを直接モデル化した形で、操作指示を逐次的にエンコードします。これはエンジニア・フレンドリー極まりないものです。そして、ファンクション・ブロック・ダイアグラムなど、少数の他のシンプルな言語とともに、今日でも標準的なプログラミング手法であり続けています。

PLCは、可変速ドライブと直接制御信号で、またはデジタル通信プロトコル（Modbusが長らく最も人気）で、または両方を組み合わせて通信します。これにより、モーターを単純に回転させ、回転方向を指示することから、加速/減速パラメータのリアルタイム調整という極めて重要な機能まで、デバイス・コマンドの全範囲を実行できます。

ドライブがモーターを最適速度で運転する潜在能力は、PLCとリアルタイムの双方向通信をしているときのみ完全に実現されます。PLCがドライブの性能を監視し、例えば目標値と実出力電流の比較から導かれるステータスと故障コードを継続的にチェックします。この出力監視がドライブ・コマンドの性質にどう影響するかが、システムの知能の核心です。

PLCがオートメーション産業に与えた影響

PLCはオートメーション産業に革命的な影響を与え、単一の未特定「故障」が製造プラントの大部分を停止させていた時代から遠く離れ、複雑な機械システムへの洞察と制御を可能にしました。そして、長年にわたる彼らの持続的な成功は、その処理能力のすべてにもかかわらず、本質的なシンプルさに大きく負っています。

しかし、どの技術も進歩から永遠に無傷ではいられません。そしてPLCは、結局のところ、機械とデバイスが構築される方法における重要な発展を反映することになる運命にあります。

継続的な開発

特に小型化、つまり初期の電子活動をリレー・ウォールから回路基板へ転換させたまさにその力が、プロセッサー、コンポーネント・パーツ、回路基板自体をますますコンパクトにし続けています。その結果、PLCはサイズを減らしながら、より強力に（より速く、劇的に改善されたメモリ容量で）なっています。単一のPLCが、先代の複数台分の仕事を容易にこなせるようになりました。この進歩は、複数の通信プロトコルを同時に扱えることや、ソフトウェア開発者が異なるプログラミング言語をミックス・アンド・マッチできることなどに見られます。

ここでの皮肉は、このレベルの能力が、ドライブを含む多くのデバイスの制御には実は必要ないという点です。単純な効率が優先される場面では、複雑な能力は良くて無関係、悪ければ負債となります（例えばサイバーセキュリティの観点から）。この理由で、新世代のマシン・コントローラー（コンパクトなPLC類似デバイス）が進化し、ハイエンドPLCが手に余るようになった仕事の一部を引き受けるようになりました。

メモリと入出力容量の点ではPLCより限定的ですが、可変速ドライブ用のこのタイプのコントローラーは、オンボードで供給され、オーダーメイドでプログラムされ、直感的なグラフィック・インターフェースを備え、比較的安価で、時間を節約し、使いやすい（より大きなネットワークやシステムとの統合も容易）です。

PLCとドライブ、完璧な組み合わせ？

したがって、ドライブとPLCの伝統的な関係は、変化の時を迎えています。これは、旧式のシステム・アーキテクチャだけが生き残れないかもしれない動揺です。プログラミング・パワーでドライブを賢くするという根本原則は、今も完全に充実しています。