自動化は、製造業の工場生産量を増やし、コストを削減するための重要な要素の1つです。リレー、PLC、産業用PC（IPC）などの技術の進歩は、機械と人間の労働の相互作用のあり方を変える産業用オートメーションを推進しています。本ブログでは、産業用オートメーションで広く使用されている2つの制御システムハードウェアであるPLCと産業用PCについて説明します。また、アプリケーションのニーズに基づき、最適な制御システムのタイプについても考察します。
PLCとは？
まず、プログラマブルロジックコントローラー（PLC）が製造工場の自動化プロセスに広く利用されるようになった経緯について説明します。1970年代には、PLCは自動化システムに大きな変革をもたらしました。PLCは、リレーパネルやスイッチボックスを置き換えるために設計されました。時代とともに、PLCはより堅牢な設計、スケーラブルな機能、プログラマブルシステムでアップグレードされてきました。さらに、ラダーロジックとして知られるPLCのプログラミング言語は、PLCの機械自動化に対する高度なカスタマイズを可能にします。この堅牢性と多様性により、PLCは古いリレーやスイッチボックスの置き換えとして人気のある選択肢となりました。
産業用PCとは？
半導体チップの飛躍的な進歩とともに、パーソナルコンピューター（PC）の開発も進んでいます。コンピューターチップがより強力、小型、安価になるにつれて、産業用PCは自動化業界で注目を集めています。産業用PCは、PLCが提供する監視制御をカバーできるだけでなく、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処理できます。産業用PCがこれらのワークロードの統合を実行できるのは、GPU、TPU、VPU、NVMe SSDなどのパフォーマンスアクセラレータがあるためです。ワークロードを統合できることで、工場フロアでのハードウェアフットプリントを削減できます。以下で、産業用PCとPLCの類似点と相違点についてさらに詳しく説明します。
IPCとPCの違いとは？
通常のPCと産業用PCは、CPU、RAM、SSD、GPUなどの基本コンポーネントは非常に似ています。しかし、産業用PCは、極端な温度から衝撃や振動への曝露まで、過酷な環境条件に耐えるように設計・製造されています。通常のPCは、そのような過酷な環境に遭遇するとすぐに故障してしまいます。産業用PCを非常に頑丈にしている設計と材料の一部は、ファンレス設計、一体型シャーシ、および産業グレードの材料です。さらに、産業用PCは多用途です。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、工場自動化で一般的に見られるレガシーテクノロジーもサポートしており、これにより製造自動化における産業用PCの採用が急速に増加しています。
産業用PCとPLCの違いとは？ 7つの相違点
1. 動作
PLCはリアルタイムオペレーティングシステムを搭載しており、接続されたデバイスからの入力を常時監視し、プログラムに従って決定コマンドを実行します。さらに、PLCのオペレーティングシステム（OS）は、制御関連のタスクを実行するために特別に設計されています。そのため、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、動作中の処理スループットが向上します。
産業用PCはPLCと同じタスクを実行できますが、PLCでは利用できない様々なアプリケーションやプログラムを実行できるオペレーティングシステムを備えています。これらの機能により、IPCは制御目的だけでなく、より多くの機能を提供します。産業用PCはワークロードを統合できるため、ハードウェアのフットプリントを削減できます。ただし、WindowsやLinuxなどのIPCのオペレーティングシステムはサイバー攻撃を受けやすいですが、現在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、プログラムがどのように開発され、実行されるかです。PLCは一般的に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ソフトウェアです。例えば、PLCソフトウェアロジックは、ラダーロジックやその他の独自のベンダー言語のようなIEC 61131-2規格で指定されています。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、よく知られているWindowsまたはLinuxオペレーティングシステム上で機能します。そのため、産業用PCは開発者の間で人気があるため、プログラミングがはるかに簡単です。また、習得に特別な訓練が必要なラダーロジックと比較して、C++のような普遍的なプログラミング言語のおかげで、より多くの機械やデバイスとのインターフェースが可能になります。
3. セキュリティ
セキュリティは、真剣に取り組まなければ何百万ドルもの損失を被る可能性がある製造自動化において、決定的な要因の1つです。産業システムが対処すべきセキュリティの基本は2つあります。1つ目は、許可されていない外部アクセスからの攻撃を阻止することです。2つ目は、ユーザーの権限や職務に応じてアクセスを制限することです。過去には、PLCはマルウェア攻撃に対して安全であると知られていました。しかし、StuxnetがSiemens PLCに侵入されたように、一部の攻撃者はPLCを標的としたマルウェアを開発し始めました。それにもかかわらず、産業用PCもマルウェア攻撃に対して脆弱であり、ソフトウェアのウイルス対策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は、マザーボードに埋め込まれたTPM（Trusted Platform Module）2.0を利用してデータを暗号化し、オンラインおよびオフラインの脅威から安全に保っています。
4. ビルド品質
ビルド品質については、PLCと産業用PCはどちらも極限環境で動作するように設計されています。産業用PCは通常のデスクトップコンピュータやワークステーションとは異なるため、非常に頑丈です。以下に、産業用PCの産業用機能の一部を示します。
- ファンレス設計
- 広い動作温度範囲
- 衝撃・振動耐性
- 高いIP評価
- 拡張モジュール
- レガシーテクノロジーをサポートする豊富なI/O
ビルド品質に関しては、PLCと産業用PCはかなり互角です。しかし、コンパクトなサイズという点では産業用PCが勝っています。PLCは多くの場合かさばり、取り付けオプションが限られています。また、放熱が妨げられると、取り付け時に過熱するPLCもあります。対照的に、産業用PCは比較的小型で、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あります。さらに、一部の産業用PCは電源点火管理機能を備えており、車載アプリケーションに展開できます。
5. 拡張性
PLCと産業用PCはどちらも、制御、監視、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と産業用PCはどちらも、レガシーテクノロジーを含む複数のCOMポートやその他のI/O機能を備えています。一般的な産業用通信プロトコルには、CANbus、Modbus、Profibus、EtherCAT、EtherNET/IPなどがあります。どちらもこれらのテクノロジーをサポートできますが、ほとんどのPLCはこれらのテクノロジーを内蔵しています。一方、産業用PCは汎用性を高めるために拡張スロットを備えています。したがって、産業用PCは処理できるI/Oの量に関してより高い閾値を持っています。さらに、産業用PCは、さまざまなCOMポート、LAN、USB、HDMIポートも備えています。これらの機能により、産業用PCはPLCだけでなく、さまざまなハードウェアからのワークロードを統合できます。例えば、産業用PCはHMIアプリケーションを単独で実行できますが、PLCはディスプレイパネルに何かを表示する前に別のHMIアプリケーションが必要です。産業用PCをさらに特別なものにしているのは、ワイヤレスカード、5Gモジュール、SSDストレージからGPUアクセラレーターまで、数多くの拡張をサポートできることです。
6. 処理能力とストレージ
PLCのマイクロプロセッサは専用機能のために特別に設計されているため、PLCはオートメーション制御のための強力なコントローラです。PLCは高速I/Oを管理でき、小規模なオートメーションアプリケーションにも問題なく対応できます。しかし、オートメーションプロジェクトはより高度になり、計算負荷が高まっています。ここで産業用PCが登場します。産業用PCは、ワークステーションコンピュータと同様に、より多くのストレージと完全なプロセッサを利用し、計算負荷の高いアプリケーションやストレージ負荷の高いアプリケーションを実行できます。さらに、GPU、TPU、CPU、VPUなどのパフォーマンスアクセラレータの助けを借りて、産業用コンピュータは、マシンビジョンアプリケーションと連携するインテリジェントな組立ラインのように、インテリジェントな計算を実行できます。
7. コスト
要するに、PLCと産業用PCのコスト比較は、小規模なアプリケーションではPLCのコストが低く、産業用PCの初期コストが高いということです。しかし、アプリケーションがより複雑で計算負荷が高くなるにつれて、PLCの累積コストは産業用PCを超える可能性があります。PLCの初期コストは安価ですが、追加のコンピューティングパワーや周辺機器が必要になると、価格は指数関数的に上昇します。対照的に、産業用PCは初期コストは高いですが、コンピューティングパワーや拡張性のアップグレードが必要な場合ははるかに安価になります。
まとめ – 産業用PCとPLC
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ぶ際、PLCと産業用PCはそれぞれ独自の役割を持っています。PLCは、厳密な機能セットを持つ小規模なオートメーションシステムを実行するのに適しています。さらに、PLCは頑丈で費用対効果が高く、産業展開において高いセキュリティを誇ります。一方、産業用PCは、コンピューティングとストレージに高い需要があるソリューションに最適です。産業用PCは、コントローラに汎用性が求められる複雑なタスクに対して、総所有コスト（TCO）が低くなります。PLCはワイヤレス接続がないため安全ですが、産業用PCも今日のサイバーセキュリティソフトウェアのおかげで安全であり、産業標準の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の両方を運用で使用して、それぞれのコストと利点のバランスをとることができます。結局のところ、製造プロセスでどのような機能が実装されるかによって異なります。
産業用PCの入手先
Premioは、産業用オートメーションアプリケーションに特化してカスタマイズできるさまざまなタイプの産業用PCを提供しています。Premioでは、当社のエンジニアが米国で30年以上にわたり産業用コンピュータシステムを設計および製造してきました。さらに、Premioの産業用コンピュータは、最も過酷な産業展開向けに専用に構築され、テストされ、検証されています。その結果、米国を代表するメーカーの1つから、最も信頼性の高い産業グレードのコンピュータを入手できます。お問い合わせで、産業用コンピュータと入手方法について詳しく知ることができます！
