自動化は、生産性を高め、生産コストを削減するための鍵の 1 つです。リレー、PLC、産業用 PC (IPC) などの技術の進歩が産業オートメーションを推進しており、機械と人の相互作用の方法が変化しています。この記事では、産業用オートメーション、PLC、および産業用 PC で広く使用されている二次制御システム ハードウェアについて説明します。また、アプリケーションのニーズに応じて、どのタイプのデュアル制御システムが最も適切であるかについても説明します。
PLCとは
プログラマブル ロジック コントローラ (PLC) は、製造工場のプロセスを自動化するために広く使用されています。 1970 年代、PLC はオートメーション システムのゲーム チェンジャーでした。 PLC は、電気パネルとジャンクション ボックスを置き換えるように設計されています。時間が経つにつれて、PLC はより堅牢な設計、スケーラブルな機能、およびプログラム可能なシステムにアップグレードされてきました。さらに、PLC 用のプログラミング言語 (ラダー ロジックと呼ばれる) を使用すると、機械の自動化のために PLC を柔軟にカスタマイズできます。この信頼性と汎用性により、PLC は古いリレーやジャンクション ボックスを置き換えるための一般的な選択肢となっています。
産業用コンピュータとは
半導体マイクロ回路の指数関数的な発展の過程で、パーソナルコンピュータ (PC) の発展もありました。コンピューター チップがより強力に、より小さく、より安価になるにつれて、産業用コンピューターはオートメーション業界での地位を獲得しています。産業用 PC は PLC 監視制御を提供できますが、HMI、ゲートウェイ、AI アプリケーションなどのより多くのワークロードを伴います。産業用 PC は、GPU、TPU、VPU、NVMe SSD などのパフォーマンス アクセラレータでこれらのワークロードを統合できます。ワークロードを統合する機能により、工場内のハードウェア スペースが削減されます。従来のコンピュータと産業用コンピュータは、CPU、RAM、SSD、GPU など、非常によく似た基本コンポーネントを備えています。ただし、産業用 PC は、極端な温度から衝撃や振動まで、極端な環境条件に耐えるように構築および設計されています。通常の PC は、過酷な環境にさらされるとすぐに故障します。産業用 PC を非常に耐久性のあるものにする設計および構造材料には、ファンレス設計、一体型ケース、および産業グレードの材料があります。さらに、産業用コンピュータが広く使用されています。最新のテクノロジーをサポートするだけでなく、シリアル ポート、COM、M12 コネクタ、DIO、GPIO など、ファクトリー オートメーションで一般的に使用される従来のテクノロジーもサポートしており、ファクトリー オートメーションにおける産業用 PC の急速な成長につながっています。
産業用コンピュータと PLC の違いは何ですか?
1.操作
PLC には、接続されたデバイスからの入力を常に監視し、そのプログラムに従って意思決定コマンドを実行するリアルタイム オペレーティング システムが付属しています。さらに、PLC のオペレーティング システム (OS) は、制御タスクを実行するように特別に設計されています。したがって、PLC は通常、ウイルス対策プログラムやレジストリ クリーナーを必要とせず、動作中の処理パフォーマンスが向上します。
産業用 PC は PLC と同じタスクを実行できますが、そのオペレーティング システムにより、PLC では実行できないさまざまなアプリケーションやプログラムを実行できます。これらの機能により、IPC は管理目的以外にも使用されます。産業用 PC はワークロードを統合して、ハードウェアの負担を軽減できます。ただし、Windows や Linux などの IPC オペレーティング システムはサイバー攻撃に対して脆弱ですが、既存のウイルス対策ソフトウェアとファイアウォールはこのリスクを軽減するのに十分なほど高度です。
2.プログラミング
産業用 PC と PLC の次の違いは、プログラムの開発方法と実行方法です。通常、PLC はスキャンベースのプログラム実行を実装しますが、産業用 PC は通常、イベント駆動型のソフトウェアです。たとえば、PLC ソフトウェア ロジックは、IEC 61131-2 規格で指定されています (ラダー ロジックやその他のベンダー固有の言語など)。対照的に、産業用 PC は、C/C++/.NET などのプログラミング言語を使用して、よく知られた Windows または Linux オペレーティング システムで実行されます。その結果、産業用 PC は開発者の間で人気があるため、プログラミングが容易です。また、システムは、C++ などの汎用プログラミング言語のおかげで、学習に特別なトレーニングが必要なラダー ロジックよりも多くのマシンやデバイスと通信できます。
3. セキュリティ
安全性はファクトリー オートメーションの欠点の 1 つであり、真剣に取り組まなければ、企業は多くの損失を被ります。産業用システムでは、2 つの基本的な安全原則を考慮する必要があります。まず、不正な外部アクセスからの攻撃をブロックします。第 2 に、ユーザーの権利または割り当てに従って、ユーザーのアクセスが制限されます。これまで、PLC はマルウェア攻撃の影響を受けないことが知られていました。しかし、一部の攻撃者は、Siemens PLC が侵害されたときに Stuxnet で発生したように、PLC マルウェアの開発を開始しています。ただし、産業用 PC もマルウェアに対して脆弱であり、ウイルス対策ソフトウェアまたはハードウェア モジュールによる包括的な保護が必要です。一部の産業用コンピューターは、マザーボードに組み込まれた TPM (Trusted Platform Module) 2.0 を使用してデータを暗号化します。
4.品質
ビルドの品質に関しては、PLC と産業用 PC の両方が極端な条件で動作するように設計されています。産業用 PC は従来のデスクトップやワークステーションとは異なるため、産業用 PC は非常に堅牢で耐久性があります。以下は、産業用 PC の産業上の特徴の一部です。
ファンレス設計
広い温度範囲
耐衝撃性と耐振動性
高い IP 定格
拡張可能なモジュール
レガシーテクノロジーをサポートする高度な I/O
ビルドの品質という点では、PLC と産業用 PC は相性が良いです。ただし、産業用 PC はそのコンパクトなサイズの恩恵を受けます。多くの場合、PLC はかさばり、設置オプションが限られています。一部の PLC は、放熱が不十分なため、インストール中に過熱することもあります。比較すると、産業用 PC は比較的小さく、VESA マウント、ラック マウント、DIN レール オプションなど、さまざまな取り付けオプションが用意されています。また、一部の産業用 PC にはイグニッション制御システムが搭載されており、車両で使用できます。
5.拡張性
PLC と産業用 PC の両方が、制御、監視、および通信のためにさまざまなデバイスを制御する必要があります。そのため、PLC や産業用 PC には、従来の技術を含め、複数の COM ポートやその他の I/O 機能が装備されています。一般的な産業用通信プロトコルには、CANbus、Modbus、Profibus、EtherCAT、EhterNET/IP などがあります。これらのテクノロジは、ほとんどの PLC に組み込まれていますが、どちらもサポートできます。一方、産業用 PC には、汎用性を高めるために拡張スロットが組み込まれています。したがって、産業用 PC では、処理できる I/O 操作の数のしきい値が高くなります。さらに、産業用 PC には、さまざまな COM、LAN、USB、および HDMI ポートが装備されています。これらの機能により、産業用 PC は PLC だけでなく、さまざまな機器からのワークロードを統合できます。たとえば、産業用 PC は単独で HMI アプリケーションを実行できますが、PLC はディスプレイ パネルに何かを表示するために別の HMI アプリケーションを必要とします。産業用 PC をさらに特別なものにしているのは、ワイヤレス ネットワーク カード、5G モジュール、SSD ドライブから GPU アクセラレータまで、無数の拡張をサポートできる能力です。
6. コンピューティング能力とストレージ
PLC のマイクロプロセッサは特定の機能を実行するように設計されているため、PLC は制御を自動化するための強力なコントローラです。 PLC は、高速 I/O および小規模な自動化アプリケーションを簡単に処理できます。ただし、自動化プロジェクトはより高度になり、より多くのコンピューティング リソースが必要になります。ここで産業用 PC が役に立ちます。産業用 PC は、より多くのストレージ スペースと、計算集約型およびストレージ集約型のアプリケーションを実行できるワークステーション コンピューターなどの本格的なプロセッサを使用します。さらに、GPU、TPU、CPU、VPU などのパフォーマンス アクセラレータを使用すると、産業用コンピューターは、マシン ビジョン アプリケーションと連携して、インテリジェントな組み立てラインにいるかのようにインテリジェントな計算を実行できます。
7. 費用
In short, comparing the cost of a PLC and an IPC shows that a PLC is cheaper for smaller applications, while an IPC has a higher initial cost. However, as applications become more complex and require more computing resources, the total cost of a PLC can exceed that of an industrial PC. Although the initial cost of a PLC is lower, when additional processing power or peripherals are required, the price increases exponentially. In contrast, Industrial PCs have higher upfront costs, but are much cheaper when processing power upgrades and scalability are required.
産業用PCとPLCの選び方
産業用オートメーション システム用のプログラマブル コントローラを選択する場合、PLC と産業用 PC の両方が適切な位置にある必要があります。 PLC は、厳密な機能を備えた小規模な自動化システムの実行に適しています。さらに、PLC は信頼性が高く、経済的であり、産業用の展開において高い信頼性を備えています。一方、産業用 PC は、コンピューティング リソースとストレージに対する要求が高いソリューションに適しています。コントローラの汎用性を必要とする複雑なアプリケーションの場合、産業用 PC の総所有コスト (TCO) は低くなります。 PLC はワイヤレス接続がないため安全です。産業用 PC も最先端のサイバーセキュリティ ソフトウェアにより安全であり、標準ハードウェアは非常に信頼性があります。一部のアプリケーションでは、PLC と産業用 PC の両方を使用して、コストとメリットを相互にバランスさせる場合があります。最終的には、生産プロセスにどの機能が実装されているかによって異なります。
