工場の制御盤に並ぶPLCは、決まった周期でプログラムを繰り返し実行しています。 センサーが反応しようがしまいが、一定のスキャンタイムで入力を読み取り、出力を書き換える。この「周期処理」は産業界の標準であり、多くの技術者にとって馴染み深い動作モ…

モーターの回転速度を自在に変えたい、LEDの明るさを滑らかに調整したい。 こうした「出力を連続的に制御したい」というニーズに応える技術が、PWM制御です。 PWMとはPulse Width Modulationの略で、日本語では「パルス幅変調」と呼ばれます。電圧のON/OFFを…

工場の生産ラインや自動機を動かしている「頭脳」が何なのか、考えたことはあるでしょうか。 かつて産業機械の制御は、無数のリレーを配線で組み合わせた巨大な制御盤で行われていました。 しかし、仕様変更のたびに配線をやり直す手間とコストは膨大で、製…

工場の温調計やインバータ、各種センサをつないでいくと、必ず出会うのがRS-485という通信規格です。1本のバスに多数の機器をぶら下げ、長い距離でもノイズに強く通信できることから、FA（工場自動化）の現場で広く使われています。 一方で、「RS-232Cと何が…

複数のタスクが同時に同じメモリやファイルへアクセスしたとき、データは本当に正しく保たれるのでしょうか。 たとえば 2 つのタスクがカウンターに同時に 1 を加算すると、結果が 1 しか増えない「競合状態」が起こり得ます。 このような不整合を防ぐ仕組み…

「温度センサの電圧をマイコンで読みたい」と考えたとき、最初にぶつかるのがA/D変換です。 センサは温度、圧力、明るさ、電流、位置などを電圧や電流の変化として出力します。 しかし、マイコンやPLCの内部で扱えるのは、0と1で表されるデジタル値です。 こ…

「入力と出力を確認してください」と言われたとき、何を見ればよいでしょうか。 ITの画面操作であれば、キーボードやマウスから入る情報と、画面やファイルとして出る結果を思い浮かべるかもしれません。 一方で、PLCやマイコンの現場では、センサー、スイッ…

「設備データをクラウドに集めたいが、通信遅延や回線負荷が気になる」。 IoTやスマート工場を検討すると、この悩みはかなり早い段階で出てきます。 センサー値、カメラ画像、振動波形、PLCの稼働情報、アラーム履歴などをすべてクラウドへ送れば、データは…

「UART、SPI、I2C、RS232C、USBは何が違うのか」と聞かれたとき、すぐに整理できるでしょうか。 どれもデータを1本または少数の信号線で順番に送る通信方式として扱われますが、実務では接続距離、通信速度、配線本数、ノイズ耐性、同時通信の可否が大きく異…

「三菱PLCを使うならCC-Linkでよいのか」「CC-Link IE FieldとCC-Link IE TSNは何が違うのか」「ケーブルや終端抵抗は何を選べばよいのか」と迷ったことはないでしょうか。 産業用ネットワークでは、センサー、リモートI/O、インバータ、サーボ、表示器、ロ…

設備立ち上げでPLC、リモートI/O、インバータ、サーボ、HMIをつないだとき、「LANケーブルでつながっているのに、なぜ普通のEthernetと同じ感覚で扱えないのか」と迷うことがあります。 PROFINETは、まさにその疑問に関わる産業用ネットワークです。 見た目…

「EtherNet/IPは普通のイーサネットと何が違うのか」「三菱PLCでも使えるのか」と迷ったことはないでしょうか。 産業用ネットワークでは、同じLANケーブルを使っていても、事務所のパソコン通信とは求められる役割が大きく異なります。 生産設備では、リモー…

「PLCは正常なのに、なぜか一部のセンサー値だけ更新されない」。 設備立ち上げや保全の現場では、このような通信トラブルに何度も遭遇します。 配線ミス、終端抵抗、通信速度、局番設定、プロトコルの不一致など、原因はさまざまです。 しかし根本をたどる…

「工場内のセンサー値をクラウドに送りたいが、HTTPで毎秒アクセスさせると通信量もサーバ負荷も気になる」。 IoTや設備監視の設計では、このような悩みがよく出てきます。 温度、電流、振動、稼働状態、アラーム履歴など、現場で発生するデータは小さくても…

「PLCのデータを上位システムへ集めたいが、メーカーごとに通信仕様が違って扱いにくい」。 設備データ活用を進めようとすると、この問題に必ず近いところでぶつかります。 温度、圧力、電流値、稼働状態、アラーム履歴、品種情報など、現場には有用なデータ…

「CPUの処理能力を上げたのに、なぜかデータ転送で処理が詰まる」。 組込み開発では、このような現象がよく起こります。センサー値の取り込み、通信データの受信、AD変換結果の保存、画像や音声データの転送など、CPUが本来の計算ではなく「データを右から左…

「同じアドレスなのに、ある場所を読むとRAMの値が返り、別の場所を読むとスイッチの状態が返る」 組込み開発を学び始めると、このような説明に戸惑うことがあります。 パソコンの感覚では、メモリはデータを保存する場所に見えます。しかしマイコンでは、GP…

マイコンやRaspberry PiでLEDを点灯させたり、スイッチの状態を読み取ったりするとき、必ず登場するのがGPIOです。 一見すると単なる端子の名前に見えますが、GPIOを正しく理解していないと、入力と出力の設定ミス、電圧違い、過電流、チャタリング、ノイズ…

電源ボタンを押すと、パソコンやスマートフォンは数十秒でOSを起動します。 しかし、CPUは電源投入直後からWindowsやLinuxを直接読み込めるわけではありません。メモリも初期化されておらず、ストレージ上のOSをどこから読めばよいかもまだ分からない状態で…

「OSを入れずに制御する」と聞くと、古い技術のように感じるかもしれません。 しかし、マイコンでLEDを点滅させる処理、モータを決まった周期で回す処理、電源投入直後に機器を立ち上げる処理など、組込み開発の根元には今でもベアメタルの考え方があります…

「組込みOSは、普通のOSを小さくしたもの」と考えていないでしょうか。 この理解だけでは、RTOS、組込みLinux、トロン、ベアメタルの使い分けで迷いやすくなります。 組込みOSとは、家電、自動車、産業機器、通信機器などの専用機器の中で、CPU、メモリ、入…

電源を入れた瞬間に家電が起動し、センサーの値を読み取り、モーターを決められた順番で動かす。 普段は画面に表示されない裏側で、機械を静かに動かしているのがファームウェアです。 ファームウェアは、単なるアプリケーションソフトではありません。ハー…

「モーターを止める信号を出したのに、数十ミリ秒だけ遅れて反応した」。 パソコンやスマートフォンであれば、この程度の遅れはほとんど気になりません。画面表示が一瞬遅れても、メール送信が少し待たされても、多くの場合は大きな問題にはなりません。 し…

家電の電源ボタンを押すと、すぐにモーターが回り、温度を測り、表示ランプが点灯します。 このような動きは、パソコンのように人が画面を見ながら自由に操作しているわけではありません。製品の中に組み込まれた小さなコンピュータが、あらかじめ決められた…

工場設備の立ち上げで、温調器やインバータ、電力計をPLCにつなごうとしたとき、「Modbus対応」と書かれていて戸惑った経験はないでしょうか。 Modbusは産業機器で広く使われる通信プロトコルですが、実務では「RTUとTCPの違い」「RS-485の配線」「レジスタ…

「小さな基板にCPUもメモリも入っている」と聞くと、パソコンを小型化したものを想像するかもしれません。 しかし、家電、自動車、産業機器、センサ機器の中で使われているマイコンは、パソコンとは役割も設計思想も大きく異なります。 マイコンとは、CPU・…

「ボタンを押したらモーターが回り、センサーが反応したら自動で止まる」。 工場では当たり前のように見える動きですが、この裏側には、機械を決められた順番で安全に動かすための制御が働いています。 その代表がシーケンス制御です。 製造設備、搬送装置、…

マイコンでスイッチ入力を監視しているはずなのに、押した瞬間を取りこぼしてしまう。 モータ制御中にセンサ異常を検出したいのに、通常処理が長くて反応が遅れる。 このような「今すぐ対応したい出来事」に対して、CPUの処理を一時的に中断して優先処理へ切…

私たちの身の回りにある多くのシステムでは、「誰を先に処理するか」という順番決めが重要なテーマになります。 特に複数のタスクが同時にリソース（CPUやネットワークなど）を要求する状況では、効率性と公平性の両立が求められます。 そんな中で、公平性を…

制御システムは理想的には設計値通りに出力を維持しますが、現実の環境では様々な要因によって出力が変動します。 これら予期せぬ影響を与える外部要因を「外乱」（disturbance）と呼びます。 外乱を理解し、適切に対応することで、制御系の精度や安定性、信…