08 ｜システム制御

1.モーションコントロール
モーションコントロールは複数のモータを制御する技術である。複数台のサーボモータを組み合わせた装置を製作する際にはモーション
コントロールの知識が必須となる。モーションコントロール技術の高いシステムインテグレータは高い技術力を持ったシステムインテグレー
タであるということができるほど重要な技術である。

モーションコントロールとはモーションコントロールとは、その名の通りモーション（動作）をコントロール（制御）することである。

FA分野におけるモーションコントロー

それらを緻密にコントロールするためにもモーションコントローラが必要となる。

モーションコントローラは、精密加工、ロボット、巻線機、半導体製造機などを製作する際、必ず必要となる。

ルとは、主としてサーボ動作の制御を行

モーションコントローラができること

理を行うデ バイスをモーションコント

● 位置決めコントローラではできない

うことを指し、この制御に関する演算処
ローラという。

あらゆる機械は、電気を与えると電気を 運 動 エ ネ ル ギ ー に 変 換し動 作 するモータで動いている。モーションコント

ロールとは、つまりそのモータ（電動機）を制御することである。モータにはモー

タ本体を制御するモータドライバがあ● 正確な多軸制御
輪郭制御● トルク制御● 作業ヘッド（ハンドなど）
と機構の同
調、同期

などがあげられる。

モーションコントローラは、自社で複数台のサーボモータを組み合わせた装置を製作する時などに必要となる（下図参照）。

例えば、複数のサーボモータを連携させた搬送装置などである。こういった精

密な搬送装置は複数のロボットを連携させたソリューションにおいては必須となるため、自動的に大規模なロボットソリューションを製作する時にはモーショ
ンコントローラを活用する必要がある。

モーションコントローラの種類と特徴
モーションコントローラは、基本的にサーボモータを販売しているメーカが提り、そのドライバに対しパルス信号（一実際どういった場面で使用する？

制御するモータコントロールボードがあ

基本的にロボットコントローラに内蔵さスあたりの回転率などが異なるため、自モーションコントローラなのである。

ントローラを別途購入する必要はない。

ラを提供しているのである。

定の幅を持った電気信号の波）を出力しる。それらを全てコントロールするのが、なぜモーションコントローラが必要？
産 業 用 ロ ボットは 様々な 動 作 を ±ロボットのモーションコントローラはれているため、PLCに取り付けるようなコ供している場合がほとんどである。サーボモータはそれぞれのモータ毎に1パル

社のサーボモータに対応したコントロー

複数のサーボモータを使用した装置例
シーリング

X-Yテーブル

ピロー包装機

搬送装置

0.1mm以下の精度で制御することができる。それを可能にしているのがモーションコントローラである。

例えばロボットに円を描くような動作をさせる場合、複数のサーボモータを1

パルス単位の非常に繊細な精度で同調制御する必要がある。一見簡単に動作しているように見えるものでも実際は非常に複雑な演算処理を実施しているのである。そういった演算処理が必要なロ
ボット含め、複数のサーボモータの同調制御や位置決め制御などの複雑な演算処理をPLCの代わりに演算処理してくれるのがモーションコントローラである。

また、モーションコントローラは、通常

サーボモータに付帯する機器であるが、他にもコンベアの制御、多軸ロボットの軸制御、位置決め制御、工場内に様々な制御設定が散在しているような装置など、
66

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

三菱電気サイト（www.mitsubishielectric.co.jp）などを参考に作成

そうしたメーカが提供するモーション

01
組織体制

コントローラの中にもいくつか種類が存

モーションコントロール概略図

在し、スペックによってできることが異なる場合が多い。

各製品のわかりやすい違いとしては、

上位コンピュータ

処理にかかる時間が短くなるため、モーアプリケーションソフトウェア

る。CPUが高性能なものになれば演算
ション制御が高速で実施できる様にな

02
生産技術

演算処理用CPUの性能などがあげられる。

また、処理できる量も増えるため、高プログラム

性能なモーションコントローラは一つのコントローラで制御できるサーボモータ

03
安全／品質対応の数が多い。一般的に2軸〜32軸の範囲で制御できる軸数が異なる。

また、メーカ毎に制御ソフトを作成すモーションコントローラ

るためのソフトが異なるが、基本的にはラダ ー や SFC言 語、ST言 語 などの FA系
プログラミング言語で開発を行うことが

04

できる。

機械設計

コントローラボード
パルス
信号

モーションコントロール技術とは？
モーションコントロールの技術力は実

動作情報

05
電気設計

際に数台のサーボモータの制御から始まり、複数台のサーボモータを制御する中で培われていくものである。

サーボ制御は電気だけでなく、機械的

モータドライバ（アンプ）な事柄への理解も必要となるため、モーションコントロール技術の高いSIerは高06

特にサーボモータとロボットを連動さ電流変換

せる場合、異なるコントローラ同士で動ロボット制御い技術力を持ったSIerであるといえる。

エンコーダ
信号

作を連携させる必要が出てくるため、高い技術力を有しているSIerでなければ実07

モーション制御技術は自動化技術の根幹に位置する技術の一つである。

モータ
ステッピング・
サーボモータリニアモータなど（

エンコーダ
サーボモータの場合、回転 速 度 を 回 転 検 出 器＝エンコーダで検出する。

画像処理

施は困難となる。

）

08
システム制御ステッピングモータ

リニアモータ09

動作原理は、永久磁石から発生する磁束とコイルに流れる電流との作用（フレミングの左手の法則）により推力が発生する。
磁石

電気配線

産業用ロボットで幅広く使用されている。垂直多関節ロボット、
水平多関節ロボット、直交ロボット、溶接ロボットなど。

コイル

N N S S N N
シャフト

可動子

日本パルスモーター（http://www.pulsemotor.com）
より

10
機械組立

シャフト輪は磁石をN極・S極を接合した構造で、コイルに電流が流れると磁界が発生し推力を生みます。

コイル
磁石

日本パルスモーター（http://www.pulsemotor.com）シャフトモータ特集より作成

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

67

08 ｜システム制御

2.タッチパネル画面作成
以前は産業機器と人間のやり取りにはスイッチやランプ、ブザーなどが活用されていた。現在では、モニタにより装置の状態を表示することができ、運転、停止などの命令をタッチ操作でPLCなどに直接送ることができるタッチパネルが多く利用されるようになってきている。
タッチパネルを上手に活用することで現場のユーザビリティを大きく向上させることが可能である。

レータにとって必須の能力となっている。

FAにおけるタッチパネルとはスマートフォンの 利用が 一般化した

ヒューマンマシンインターフェース

現代においてはタッチパネルは非常に馴染みのあるインターフェースデバイスで人間が機械を操作する場合、スイッチも省スペースかつ省配線で同様の機能を実現できることはタッチパネルの大きな利点である。中でも最大のメリットは、
ボタン、表示機などの数量、位置の変更が容易に可能であるという点である。

ある。

やボタン、ダイヤル、マイク、マウス、キー

常に重宝されている。装置の状態を表示

逆に機械からの情報を受け取る場合、液あったが、タッチパネルではそれらの変などを介して情報を受けることになる。こことができるのである。

ヒューマンマシンインターフェース（MHI）に組み込むこともできるため、画面作成

タッチパネルはFA業界においても非ボードなどのデバイスを用いて操作する。

できるモニタ機能に加えて、運転、停止

晶モニタやメーター、スピーカー、ランプ

接送ることができるからである。

のような 人と機 械をつ なぐ機 器 の 事をなどの命令をタッチ操作でPLCなどに直タッチパネルが活用される前の産業機器は複数のスイッチやランプ、ブザーなと呼ぶ。FA用タッチパネルは様々なHMI機なっていた。未だに単機能機器であればチパネル自体をHMIと呼ぶこともある。

どを活用して人間と機械がやり取りをおこ能を有するデバイスであるため、FA用タッ

そういった機器構成で製作する場合もあるが、現代においてはほとんどの産業機

バイスであり、タッチパネルの画面をうまく作 成できる能 力 はシステムインテグ

タッチパネルのメリット
タッチパネルは一つの画面の中に複数のボタンを設置することができる。複数のスイッチを制御盤に取り付けるよりボタン、温度計、ブザー

操作盤

装置をどのように動かすかを提示するもの
操作部
ディジタルスイッチ

制御盤

装置の状態を判断し指示を与えるもの
シーケンサCPU

加するためには配線を変更する必要が更をソフトウェアの変更のみで実施する
また、操作説明などのタッチパネル上能力が高ければ非常にユーザフレンド

リーなインターフェースである。

タッチパネルのデメリット

器にタッチパネルが取り付けられている。

それほどまでにタッチパネルは優秀なデ従来であれば、インターフェースを追タッチパネルのデメリットとしては、

粉塵環境などでは画面が見にくくなった

り、スイッチに比べて信頼性と、押しやすさがやや劣るという点がある。

タッチパネルのみ

機械装置

装置の状態を検出したり動かすもの
検出部（装置の状態を検出）

入力

各種スイッチ

近接スイッチ リミットスイッチ

表示部
ディジタル表示器

出力

駆動部（装置を動かす）各種スイッチ
タッチパネル
操作盤機能の電子化

図1：タッチパネル68

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

図2：様々なHMI機能を有するFAタッチパネル（イメージ）

そのため、非常ボタンスイッチのようタッチパネル選定概要

で実装するのではなく、別途非常ボタン

スイッチを設置するのが一般的である。

タッチパネルの不得意とする部分を他の部品で補うことがタッチパネルを活用する上では重要となる。

主要なメーカのPLCとタッチパネルは違うメーカの機器であっても接続できることが多いが、タッチパネルを選定する

は画面のサイズの選定も影響する。

時には、接続先のPLCとタッチパネルがタッチパネル選定基準の詳細ある。また、PLC⇄タッチパネル間を接かの要素がある。スペック項目の中でも対応しているかどうかを確認する必要が信などいくつかの接続方法があるため、タッチパネルの製品スペックはいくつ

02
生産技術

続するケーブルもEthernetやシリアル通01

い。画面という要素を持つタッチパネル

組織体制な重要な機能はタッチパネル上のボタン

それらも同時に検討しなければならな

重要な箇所を抜粋し、下記の表に簡易的にまとめる。

03

画面サイズ

タッチパネルの画面サイズの事。
ディ
スプレイと同じようにインチサイズで表現される。大規模な装置で複数の表示機器が必要であれば大きな物を選定することになる。

15型

画面上のドット数のこと。解像度が高いほど画面の粒度が高くなり、見やす
い画面となる。

WXGA 1280×800

解像度

RAM 64MB／ROM 64MB

04

総画素数1,024,000ピクセルの画面。
タブレット端末などと同程度

05

フルカラーであることを指す。
モノ
クロタイプは明るさは調整できる
ため、32階調のような表現のこともある。
その他にはSDメモリーカードに対応しているかどうかなどの項目
がある。

06

動 作 メ モリ、保 存 メ モリ共 に64MBということ。
どのぐらいのデータが保存できるかはデータに
よる。

07
画像処理

メモリ

格納用メモリ（ROM）と、動作用メモリ（RAM）の二種類があり、ROMはログなどの記録、RAMは動作時の一時保存を行う。

RS-232 ○Ethernet ×15インチサイズのタッチパネルであることを指す。15型はタッチパネルの中では大型。
7インチワイド
サイズのものが最も多く使用されている。

ロボット制御インターフェース

RS-232、RS422／485、Ethernet、USBなどの接続インターフェース対応
しているかどうかを示した項目。

65536色

仕様解説

電気設計

カラー

タッチパネルはフルカラーのものもあ
れば、モノクロタイプのものも存在する。
モノクロタイプのものは廉価なタッチパネルである。

仕様例

機械設計

要素概要

安全／品質対応

要素項目

08
システム制御09
電気配線

タッチパネル

工場内では設備の動作状況確認や動作指示をするため、古くからスイッチやランプ等の操作盤が用いられていた。設備が高機能化するにつれ操作盤は大型化し、ラインの稼働状況のモニタリングや現場作業者への指示の制御用途としてタッチパネルが使われるようになった。当初の産業用タッチパネルは操作
盤の置き換えといった使用目的から導入されるケースが多かったが、グラフィック性能や機能が進化するにつれ、画像センサを接続しワークの検査状況をモニタリングしたり、バーコードリーダーを接続し入力端末として使用したり、複数のPLCを繋げてライン全体をグラフィカルに表示するなどパソコンを代替することも可能になった。近年、IoTを導入する製造現場が増加しており、データベースやブラウザと連携できる製品や、動画再生機能、セキュリティ機能、プ
ログラム言語も搭載し、製造現場のスマート化を実現していくにあたり、より一層採用用途の広いツールとなっている。産業用タッチパネルは設備の監視・制
御のみならず、設備の情報を自動的に上位と連携するIoT機器としてシステムインテグレータは今後様々な用途でタッチパネルを提案していただきたい。

機械組立

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

1069

08 ｜システム制御

3.FAにおけるネットワーク
機器と機器を接続する場合にはネットワークの知識が必要となる。工場内での通信に対応するために製作されたシステム制御用のネットワークを一般的にフィールドネットワークと呼ぶが、下位のセンサレベルと上位の工場管理レベルでは必要とされる通信特性が異なるた
め、接続するデバイスの特性毎にネットワークレベルという概念が存在している。それぞれのレベルを意識した理解が必要である。

システム制御系（FA）ネットワーク
インダストリー4.0や、コネクテットイン

ネットワークレベル
フィールドネットワークには、接続する

ダストリーズといった次世代の生産コンセ

デバイスの特性毎にネットワークレベルとワーク技術はより重要となってきている。

フィールドネットワークが存在し、FAネットのオフィスなどで使用するものとはそのせたネットワークの選定が必要となる。

プトが叫ばれる近年、FAにおけるネット
FA分野におけるネットワークは、通常目的や特性が異なる。オフィスではネッ

トワークに接続するデバイスはPCやタブレットなどがほとんどであり、ウェブへのアクセスを主体としている。

それに対して、工場内にはPLC、センク。制御装置、下位デバイス間及び上位

ワークを利用する際には各レベルに合わ

報をリアルタイムで把握し、コントロー

シリアル通信とEthernet通信
現在フィールドネットワークには、大きく分けてシリアル通信で通信を行う

フィールドバスネットワークと、イーサウェア間での通信が想定される。

イーサネット（RTE）の二種類がある。

こうした工場内での通信に対応するために製作されたシステム制御用のネット

ワークは一般的にフィールドネットワー

クと呼ばれている。

フィールドネットワークとは工場内のネットワークでは、上位サーバーから、末端のセンサまでシームレス

特にセンサなど瞬間的な反応を求めラグが発生してしまう。加えて、オフィスいるため多くの接続で使用されている。

Ethernetベースネットワークは基本的

RTEはイーサネットに準拠したケーブ

ルを使用した通信方式でシリアル通信と応するデバイスを使用する必要があるの通信も可能とした次世代の通信方式

ストリー4.0などの次世代生産方式の拡拡大していくことが予想されている。

70

イーサネット

情報系ネットワークレベル
情報レベルとは、EPR（生産管理シス

通信などを行うためLANなどのイーサ

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

ため、その点には注意が必要である。

センサレベルネットワーク
セン サ やアクチュエ ータなどのコンクがセンサレベルネットワークである。
RS-232守、運用面で非常に便利になる。

必要となるのである。

PLCと各種フィールド機器の接続は対ポーネントとの通信に特化したネットワー

プリケーション通信レ ベ ル のことを指それらの工場特有の通信ニーズを実が多いが中にはフィールドレベルにも対である。現状、フィールドバスの方が多ドライバ、センサなどの異種デバイスを現するためにフィールドネットワークがにコントロールレベルで利用されるもの
応可能なものも存在する。

テ ム） や MES（ 生 産 実 行システ ム）、同様のネットワーク上で制御できれば保の接続、サーボアンプとPLCの接続など）。

同等の通信速度を実現しながら、上位ととは違い、工場内では異なるハードウェ
アが多数存在する。PLC、カメラ、モータ

コントローラとインテリジェントな各種

トワーク（例：ロボットコントローラとPLC

めの速度や信頼性が優先される。

られる通信では、通常のデータ通信ではて装置を制御することができる。

ルを介して機器間で通信を行う通信方式

で、リアルタイム通信に優位性を持って間で必要な情報を相互にやり取りするた

トワークがフィールドネットワークである。

の接続に利用することが可能。上位との接続がない場合でも工場用PCと連携し機器を接続する用途で主に利用されるネッ

大に合わせて、イーサネットのシェアがこういった特性の違いに対応したネッPC ⇄ PLC、PLC ⇄ PLC、PLC ⇄ T/P など

シリアル通信はRS-232などのケーブの瞬間的なビット情報しか扱わないが、逆にコントローラレベルではPLCやPC

ル す ること が で きる。 具 体 的 に はフィールドレベルネットワーク

くのシェアを持っているが、今後インダ

高速でリアルタイムの通信を求められる。

情報レベルとの情報交換を行い、生産情

ネット通信をベースにしたリアルタイム

で接続できる事が求められる。

下位のセンサレベルでは、オンかオフ

情報ネットワークとフィールドネット

ワークの中間に位置する制御ネットワー

いう概念が存在する。レベル毎に対応した

サ、モータ、スイッチなど大小様々なハードウェアが存在しており、異なるハード

コントロールレベルネットワーク

SCADA（監視システム）などの上位のア
す。PCやDBとの接続、コントローラとのネットベースで の 接続を行う。場合 に

よっては通信プロトコルを製作する必要があるため、プログラミング言語に関する知識を有している必要がある。

非常に応答性が高く、設備の制御に悪影響を及ぼす事が無いようになっている。デジタル（オン／オフ）だけでなく、アナログ（温度、電流など）データもシリアル通信を介して送信できるため設備周りの省配線化にも貢献することができる。

オープンフィールドネットワーク
器メーカが自社独自のものを使用している。それぞれの特徴を理解し、適切に利上で通信できることはシステムインテグ

ム構築に大いに役立てることができる。

が単一のオープンフィールドネットワーク

レータやエンドユーザにとって大きなメ

リットとなる上に、メーカも個別に専用のに使用できるオープンフィールドネット

るため、メーカ、ユーザ双方にメリットがイスは様々なオープンフィールドネット

ワークはオープンフィールドネットワーク

ネットワーク上であれば異なるメーカのンフィールドネットワークは対応する通信できるというメリットがある。

の通信を利用する場所（レベル）が異な公開され、どのメーカ、ユーザでも自由ワークが主流となっている。近年のデバワークに対応しており、同様 の 仕様 の機器であったとしても通信を行うことが

CAN

管理団体

主要な
オープンフィールドネットワーク

ある。こうした理由から現在のFAネット

オープンフィー ルドネットワークはが主流となっている。それぞれのオープ

形態（トポロジー）や、通信速度、それら

対応レベル

DeviceNet

ODVA（略称）

フィールド

CompoNetODVA（略称）

センサ

EtherNet／IP

ODVA（略称）

コントロール

ModbusModbusOrganization

コントロールフィールド

AS-i

AS-International

センサ

CC-Link
CC-Link LT

CC-Link協会

フィールド
センサ（LT）

CC-Link／IE

CC-Link協会

コントロール
フィールド
フィールド

PROFINET

プロフィバス協会

コントロール

EtherCAT

EtherCATⓇ
technology Group

コントロールフィールド

FL-net

日本電機工業会
JEMA

コントロールMechatrolink-III

Mechatrolink協会

コントロールフィールド

ネットワークと連携し様々な機器と接続可能
通信速度が遅いが歴史があり、実績が多い。Ethernet版も存在

アナログデータのシリアル通信
上位と接続するゲートウェイ有PLCとの連携が容易、高速。
国産規格

PLCとの連携が容易、超高速通信。
Ethernet対応
高速シリアル通信
欧州で大きなシェア

高速。PROFIBUS連携可（ただし、別のプロトコル）

複数のトポロジーに対応。CANベース、信頼性が高い30μm伝送の超高速通信
国内自動車ユーザ提案規格
国内での使用が多い

モーション制御に特化ロボットと容易に連携。国産規格

し、合わせてその特徴を簡単に記載する。

（下表参照）

03

5線ケーブル

50k〜1M

5線ケーブル500k

04

4線ケーブル

4M

Ethernetベース

10M／100M

RS-232C
RS-48519.2k

並行2線専用ケーブル

2.5M

独自規格

10M

Ethernetベース

1G

4線ケーブル光ファイバ

12M

Ethernetベース

10M／100M

Ethernetベース

1G

Ethernetベース

100M

Ethernetベース

100M

ケーブル

最大通信速度（bps）

05

06

07
画像処理

プロフィバス協会

センサやアクチュエータとのデータリンクに特化から代表的なものを運営団体別に記載

ロボット制御PROFIBUS

配線の自由度が高いCANベース、信頼性が高いる。それらのフィールドネットワークの中

電気設計

センサ

様々な企業、団体によって運営されてい

機械設計

CAN in Automation（Controller Area Network）

特徴
自動車製造業を中心に利用信頼性が非常に高い

02

安全／品質対応

名称

通信プロトコルを開発する必要がなくな生産技術た。しかし、近年はその技術仕様などが01用することができれば次世代のFAシステ

組織体制

フィールドネットワークは当初、各機異なるメーカのPLCとセンサ、モータ類

08
システム制御資格情報についてネットワークエンジニアには以下資格がある。
ネットワークスペシャリスト… 平成28年度の合格率が15.4%と難易度の高い国家資格。ネットワークスペシャリストの資格を持つことで、業界内から高く評価を受ける。転職・キャリア・スキルとすべてのアップが見込める。エンジニアとして応用的な知識やスキルを有することを証明し、ネットワークスペシャリス
トの資格を持つことで、最適な情報システムの開発や運用、保守、要件定義などで中心的な役割や技術支援を行える技能があることを示すことができる。
情報セキュリティスペシャリスト…ネットワークエンジニア業界で評価の高い資格。国家資格であり平成28年度で合格率14.9%と難易度は高い。情報セキュ
リティスペシャリストの資格を取得することで、サイバーセキュリティ対策の分析や調査、評価を行ったり、安全な情報システムの開発、設計、企画、運用などの支援や助言が行えるようになる。

09
電気配線

シスコ技術者認定 … シスコ技術者認定は、世界最大手のネットワーク機器メーカであるCiscoSystems社が認定する業界内での認知度も高い資格。R&S、Security、SP、Wireless、Data Center、Collaborationの6つの認定分野と、エントリー、アソシエイト、プロフェッショナル、エキスパートのレベルに分かれており、エントリーレベルのCCENTや、基礎レベルであるアソシエイトのCCNA、上位資格となるプロフェッショナルのCCNP、最上位資格のエキスパー
トのCCIEがある。1番取得が望ましい最上位のエキスパートのCCIEは、シスコ技術者認定の最上位資格者として、国際的に一流のネットワークエンジニアとして、多くの企業から評価を得られる可能性がある。

10
機械組立

基本情報技術者…基本情報技術者の資格は、ネットワークエンジニアだけでなく、ITエンジニアの基礎的な知識を身に付けていることを証明する資格で、国家資格。情報技術に関する基礎的な知識、技能は身に付けていることを証明する。
LPIC …Linux技術者認定機関が実施する世界共通のLinux技術者認定のIT資格。LPICの資格を取得することで、国内に多くあるLinuxOSを利用している企業から高い評価を得られる可能性があり、転職やキャリアアップに有効。

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

71

08 ｜システム制御

4.PLCプログラミング
工場内のモータ、センサ、コンベア、ロボットなどの大小様々な機械装置は、PLCというコントローラで一括して制御されていることが多い。PLCは制御機器の制御デバイスとして非常に優れた特性を持っているためである。システムインテグレータにとってPLCのプログラミ
ング能力は最重要項目であるといっても過言ではない。

PLCとは

PLCはそれ一台で複雑な制御と柔軟な対応力を持っているため、一品一様の

ラダー言語（ラダーダイアグラム）

優れているのである。

日本におけるPLCソフトウェア開発におPLCとは工場の環境に対応した特殊な産業機器の制御デバイスとして非常にジックコントローラの略称であり、従来の※逆に量産性のある産業機器には組み込みボードが使用さコンピュータである。プログラマブルロ
リレー回路を用いた電気制御をデジタル的に代替するために開発された制御デバ

イスで、シーケンサと呼ばれることもある。
PLC一台で複数のモータ、センサ、コ

ンベア、ロボットなどの大小様々なデバ

イスを同時に制御することが可能である。

（ただし、高負荷のデバイスの場合は中間にリレーなどが必要となる場合がある）

言語はラダー言語と呼ばれるものである。

PLCの種類

電気回路を図示する手法をもとに開発さ

PLCは大きく分けて、ブロックタイプとパッケージタイプの二種類が存在する。

ブロックタイプPLCは必要な機能に応じてユニットを追加するタイプのPLCで、パッケージタイプは基本的な機能を統合

工場内で使用されている装置の多くしたタイプのPLCである。基本的にパッムインテグレータにとってPLCのプログ

が、拡張性と性能ではブロックタイプのがPLCを用いて制御されており、システ

ラミング能力は最重要項目であるといっても過言ではない。

いて最も使用されているプログラミングれることが多い。

ラダー言語は、シーケンス図法というれた言語である。そのため、電気回路に関 する知識を有 する技 術 者 にとってラダー回路は直感的に理解しやすいものとなっている。PLCを利用する電気系技術者
は元々C言語などの英文を利用した開発

環境に慣れていなかったため、ラダー言

ケージタイプの方が安価なことが多い

語がPLC開発環境におけるスタンダード

方が優れている。

PLCはそのほとんどがラダー言語での開PLCは国内外で30社前後のメーカがになったといわれている。国内の主要な発が可能なので、ラダー言語さえ理解し存在する。ハードウェアスペックのメーていれば、ある程度どのメーカのPLCでもなぜ産業機器はPLCを使用するのか？

よる差はある）、それぞれのメーカによっンテグレータによって得意なPLCというも電気機器の制御を実施することが可

部デバイスの対応、相性などが異なる。

な部分はどのメーカも共通だが実行コマ

能な他のデバイスとして組み込みボード（マイコンボード）がある。しかしながら、工場向け産業機器はその多くがPLCによって制御されている。

カによる違いはそれほどないが（価格にてプログラミング用のソフトウェアや、外PLCの選定を実施する際は、PLCだけで考えるのではなく、PLCに接続する機器との相性なども考慮する必要がある。

利用することができる。だが、システムイのが必ず存在する。ラダー言語の基本的

ンド名や接続方法が異なるためである。
R

S
R3

なぜなら、PLCが制御機器の制御デバイスとして非常に優れた特性を持ってい

MC3

R9

重要視されることは、耐環境性、堅牢性、保守容易性、処理速度、信頼性、応答確

MC2

R10

るからである。産業機器の制御において実性、プログラミングの容易さなどが挙R7パッケージタイプPLCげられる。PLCはそれらの産業用機器に

図1：シーケンス図

必要な機能に特化した制御デバイスである。特に堅牢性、信頼性、保守性が非常に高いのが特徴である。

組み込みボードはPLCに比べて部品としてのコストは安価で、信頼性も高く、省スペースでの搭載が可能だが、保守

X003

Y002
X008

組み込みボードは基本的にユーザにEND

よるプログラムや回路の変更などができ

図2：ラダー図ない様になっているがPLCはユーザ側でえなどが容易に実施できる。
72

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

Y001

X009

ブロックタイプPLC性という点でPLCに劣る部分がある。

も制御プログラムの変更、回路の組み換

X007

組み込みボード（マイコンボード）

しているのであればそれに合わせてPLCを

PLC選定概要

際 にそ れらの 要 素 を 考 慮 する必 要 がある。PLCスペック項目の中でも重要な

辺機器から選ぶかで大きく異なる。

デバイスも決まっていない場合は、装置める。

非常に重要であるため、工場によっては社の得意とするメーカPLCを利用したり、PLCの選定方法はPLCから選ぶか、周前記したように、産業機器は保守性が使用するPLCを一つのメーカで統一してメーカのPLCの中から適切なスペックのPLCを決定することになる。

逆に、使用するロボットやカメラ、ネッ

トワークに合わせてPLCを選定する場合も中間の技術商社が取り扱っているPLCを

02

利用するということになる。

PLC選定基準の詳細
PLCの製品スペックはいくつかの要素がある。適切スペックのPLCを選定する

仕様例

03

仕様解説

入出力点数

PLCに備わっているI/O点数のこと。セン
サなどを接続できる数に影響するため、非常に重要。
ユニットなどで拡張することができる。

入力（X）16点
出力（Y）16点

直接的な電気信号を入力する端子が16点、出力する端子が16点搭載されていることを指す。拡張できる点数にも上限がある。

電源

PLCを動作させるために必要となる電源のこと。入出力電源とは異なる場合があるため注意が必要。

AC100V電源
DC24V入力

CPU用の電源は交流100Vだが、I/O入力
は直流24Vで入力が必要であるということを指す。

端子台タイプ

I/O端子台のタイプを指す。ネジ式端子台、コネクタ式端子台、バネ式端子台な
どのタイプが存在する。

ネジ式端子台タイプ
コネクタタイプ

日本ではネジ式端子台が主流だが、欧州などではバネ式が主流。
ブロックタイプ
PLCはコネクタであることが多い。

04

05
電気設計

要素概要

機械設計

要素項目

安全／品質対応ある。先に使用したい外部デバイスが決定を製作するシステムインテグレータが自箇所を抜粋し、下記の表に簡易的にまと生産技術いる場合もある。こういった場合はその納入先のメーカ指定もなく、使用する

01
組織体制

決定するというわけである。

06

プログラム容量

PLCのメモリ上で設定できる内部デバイスの点数を示した項目。内部リレーや、タ
イマ、
カウンタなど様々な内部デバイスが存在する。

内部リレー R
タイマ T
カウンタC

PLCに搭載されている接続ポートなどを示した項目。EthernetやRS-232Cなどの接続ポート。
ユニットなどで拡張することができる。

内蔵Ethernetポート1点

時計データなどの永続的に保持しておきたいデータを停電状態で保持できる時間。

保持方法：コンデンサ
保持時間：10日（25℃）

8,000点
200点
200点

08

それぞれの内部デバイスの利用可能数を示している。
内部のタイマが200点まで利用できるという意味。

09

PLCに予めEthernetをつなぐ為のポートが一つ用意されていることを指す。
アナロ
グ入出力などを搭載していることもある。

10
機械組立

停電保持

64kステップ

最大64,000工程の処理を行えることを指す。
実際は簡易な装置であれば数百ス
テップほどで制御可能。

07

電気配線

搭載ポート

ラダーダイアグラム、
ストラクチャーテキスト

ラダー言語、
ST言語を使って開発できるということを指す。
メーカによって表現が異なる場合がある。

システム制御デバイス点数

一つのPLC内で作製できる処理ステップの数を示した項目。

入力は直流24VであればNPN、PNPどち
らも入力でき、
出力はNPNトランジスタ出力方式であることを指す。

画像処理

プログラム言語

対応している開発言語。
ラダー以外には
ST言語、FBD言語、SFC言語、IL言語などがある。

入力:DC24Vシンク／ソース
出力:シンク／トランジスタ

ロボット制御入出力方式

出力はトランジスタ出力かリレー出力か、
入出力はNPN方式（シンクロジック）か
P N P 方 式（ソースロジック）かを示 す
項目。

周辺温度25℃の条件であれば、通電がない状態でも10日間のデータ保持が可能であることを指す。

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

73

08 ｜システム制御

5.ミドルウェア・情報連携（IoT）
近年、機器と機器の通信や、機器とインターネットとの接続の重要性が増している。
しかしながら、生産ラインにはロボットやコントローラ（PLC、画像処理など）や汎用センサなど、様々なベンダによるデバイスが混在しており多様な通信仕様が存在する。また、上位系のアプ
リケーションにもさまざまな規格が登場し、都度対応すると膨大な開発工数が必要となる。
これらの問題を解決するために有用と考えられるのがミドルウェアの活用である。

情報連携（IoT）とは基盤をWAN環境へ

IoTとは、Internet of Things（ モノのIoTやミドルウェアの実装により、統合

インターネット）の略称であり、インター所を問わず工場内のリアルタイム情報

へアクセスすることが可能となるため、遠隔操作による保全管理体制を整えるこ

基盤が実現する。メーカにとらわれず、とができる。

味する。非常に広い意味で使われている

可能となる。

理画面からリアルタイムで確認でき、ま生産設備をネットワークに接続し、それは、あらゆるところでその効果効率を上できるため、ワイヤレス接続されたウェ

ネットにハード機器を接続することを意言葉であるが、FA現場におけるIoTとは、らの情報を利活用することを指す。

IoTをビッグデータや機械学習などと組み合わせた次世代生産方式であるイ

ンダストリー4.0やコネクテッドインダス

トリーズとして語られることもある。

IoTにおけるミドルウェアの必要性

柔軟でかつ効率的な生産設備の設計が整備されている統合基盤ネットワーク

設備の稼働状況をタブレットなどの管た遠隔工場間でのデータ連携することがげる。

アラブルカメラなどを活用することで、合することにより、WAN環境に繋ぎ込む

ピッキング作業の効果測定や、効率化もイーサネットプロトコル（TCP/IP）で統ことができる。もちろん安全な通信を確保しなければならない検討事項もでてくるが、利点も多い。

まず、統合基盤システムへ時間や場

工場内での点検作業や物流倉庫内での図れるようになる。

加工機の遠隔診断を可能にし、故障の予知・予測なども可能となり、稼働停

止時間の低減も可能となる。

今日の工場は、生産設備の稼働率や品質の向上を図り、多種・多世代・量変動などに対応できる設備作りが必要とされている。しかし、生産ラインではロボッ

トやコントローラ（PLC、画像処理など）
や汎用センサなど、様々なベンダによるデバイスが混在している。また上位系のアプリケーションを開発する場合、情報を取得すべきデバイスに対してのインタ

フェースの開発も必要となる。機器ごとにインタフェースを開発した場合、開発費用（およそ高額になる）への費用対効
果のバランスが崩れてしまう。

そういった場合に活用されるのがミド

ルウェアである。ミドルウェアを実装する

ことにより、各機器間の通信を統一化し、統一化されたデータ表現の提供が可能となるためPLCと上位系アプリケーション（工程管理システムなど）との接続・連携

ドイツフランフォーファーIESE「Basys 4.0」
プロジェクトの考えるミドルウェアなども可能となり、より最適化されたファクトリーオートメーション、または多種多様な情報連携（IoT）が可能となる。

ミドルウェアとは
ミドルウェアとはOSとアプリケーション

間の中間処理を行うソフトのことである。
FA分野で言えば、PLCのデータをPCで活用する際にPLCデータをPCで利用できる形式にしてくれるミドルウェアなどが存在する。
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ロボットシステムインテグレータのスキル読本

ミドルウェア

FA業界における従来のミドルウェアといえば、OPCサーバといったPLCと接続する通信ミドル
ウェアやDBMS（Oracle、MySQL）などのOSのラッパーとして動作するものを指していた。
工場のIoT化が進むにあたり、PLCのみならずロボット、CNC、画像機器などの様々な機器を、パソコンのみならずクラウドにも接続する必要性がでてきており、システムインテグレータは開発工数を削減するためのミドルウェアを選択する重要性が増している。
近年ROSに代表されるロボット用ミドルウェア、ロボット用オープンプラットフォームORiN、
セキュリティを搭載し組み込み機器でも使用可能なOPC UA、クラウドに接続可能とするゲート
ウェイ機器などがそれにあたる。
従来はWindows環境下での接続性、拡張性を重視していたが、今後はOSプラットフォーム、
相互接続性、セキュリティといったキーワードも選択肢として追加されるため、システムインテグレー
タは慎重に検討していただきたい。

ミドルウェアの種類と特徴
る。

①ORiN（オライン）

ORiNとは、工場内の各種装置に対しや、アカデミックユースとして世界のデネントと呼ぶ、RTミドルウェアにおけるファクトスタンダードとなっている。

下RTC）、RTCを組み合わせてシステム③ROS

である（ソフトウェアプラットフォームと略である。OSというより、ロボット開発用ミソフトウェアモジュールの基本単位。以

ROS は、RobotOperatingSystem の構築できるソフトウェアプラットフォーム
は：ソフトウェアが動作する基盤）。

ドルウェアに近い。オープンソース形式でなアクセス手段と表現方法を提供する通でき、主要OS（Linux/Unix、Windows、

援するライブラリツールとして提供されて議会により制定された工場情報システム

RTM-aist自体、OS非 依 存 性、言 語 非 依

信インタフェースである。また、ORiN協

RTCはC++、Python、Java言語で開発

Mac OS X）をサ ポートしている。Openいる。ロボット掃除機「ルンバ」や、ソニーのエンターテインメントロボット「AIBO」のための標準ミドルウェア仕様であり、存性を重視し、CORBAのミドルウェアをなどもROSである。

ず、その他のFA機器、データベース、ロー間で用いる共通プロトコルIIOPなどで通などの膨大なライブラリ群の利用機能うことができ、FA全体に効果がある。

に依存しないミドルウェア）。

コミュニティも充実している。汎用開発

おり、パソコンから各種FA機器のコント

ス配布も可能。そのため、バグや脆弱性

デファクトスタンダードとなっている。

ることが可能となり、ソフトウェア開発のることができる。メンテナンスがしやす

カルファイルなど、幅広いリソースを扱

汎用言語（C＃、C++など）に対応して信を行う、特定OSやプログラミング言語
なお、オープンソース形式でライセンも発見されやすく、いち早く修正対応す工数削減やソフトウェアの再利用性、さく、技術者の工数を削減できる。

②OpenRTM-aist

共通化されているため、モジュールの再らに保守性の向上が期待できる。

を機械要素ごとにプログラミング作成し03や、開発者会議・各地での講演会などの環境、アカデミックユースとして世界の

04

異なるOSや異なる言語で記述された

RTC同士も連携でき、インタフェースが05

利用も容易に可能である。

電気設計

OpenRTM-aist は、ロボットシステム

ROSの特徴として、移動・操作・認識

機械設計

ローラを制御したり、情報収集したりす用いて実装される（CORBA：異なる製品

安全／品質対応

そのアーキテクチャはロボットのみなら

02

あり、ロボット・アプリケーション作成を支

生産技術て、メーカ・機種の違いを超え、統一的

01
組織体制

代表的なミドルウェアを以下３つ挙げ（機械要素：RobotTechnorogyコンポー

ロボット開発会社での汎用開発環境① ORiN（オライン）

③ ROS

06
ロボット制御開発ツール

アプリケーション向け
インタフェース

07
画像処理

デバイス向けインタフェース
FA機器

08
システム制御② OpenRTM-aist

多種多様なROSのライブラリ

アプリ
ケーション
ソフト
モジュール間で通信

電気配線

ロボット用
ミドルウェア（Orin）

09

アプリ
ケーション
ソフト
ロボット用
ミドルウェア（ROS）

リアルタイムOS「Windows NT Embedded」

OS「Linux」

ロボットコントローラ（ハードウェア）別のコンピュータ（ハードウェア）

10
機械組立

ROS 対応部
ロボット本体（アクチュエータ、センサ）

ロボット側

ROS対応部事例

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