生産現場のIoT化を進める現実解としての「ソフトウェアPLC」

最近では生産現場に関する話題の中でIoTやIndustry4.0で“つながる”ことの重要性が叫ばれて久しいが、その実現にはさまざま問題が横たわっている。そこでIoTやIndustry4.0の実現に近づく現実解として注目すべきがソフトウェアPLCによるコントローラーのオープン化だ。

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いまなぜ、ソフトウェアPLCが求められるのか

　昨今、生産現場において「IoT」や「Industry 4.0」といった“つながる”ことを意味する話題は避けて通ることができなくなっている。それは1ラインの制御に特化した旧来の生産システムが、少量多品種やビッグデータ活用といった高い柔軟性を必要とする、新しい時代の生産システムに対応しきれないことを業界全体が認識していることの証であり、生産現場のオープン化はもはや世界的に見ても大きな潮流となっている。

現在、生産現場のシステムはさまざまな通信規格が混在しており、“柔軟さ”の確保は難しい

　しかし、「オープン化によって生産現場に柔軟性をもたらす」と一言でいっても、その実現には大きな困難が待ち受ける。工場や生産現場、屋外など過酷な環境下でシステム同士をつなぐためのバス1つをとっても、CC-LinkやMECHATROLINK、EtherCAT、PROFINET、Modbus、CANopenなど多種多彩な規格が存在・稼働しており、その接続は容易ではない。

　また、バスのつながる先であり機器を制御する役割を持つPLC（Programmable Logic Controller）を見ても状況に大きな変わりはない。元来はリレー回路の代替として開発され、その後の発展によって機械制御に広く使われるようになったPLCだが、極めて高い堅牢性を持つ代わりに柔軟性には乏しい。これではIoTやIndustry 4.0が目指す「接続性」や「柔軟性」の実現は望むべくもない。

　1つのラインを高い堅牢性を持って厳格に運用する“だけ”ならば旧来のシステムでも問題はないが（というか、それらの目的のためにシステムは開発改良されてきた）、接続性と柔軟性を持たせるための現実解として、注目を浴びているのがPLCのソフトウェア化だ。これまでハードウェアとして作り込まれていたPLCを汎用ハードウェア上にソフトウェアとして実装することで高い柔軟性を確保し、あわせてIEC 61131-3など標準規格の対応をも実現しようというアプローチである。

ソフトウェアPLCの導入によって、上位システムと下位システムいずれにも接続性を確保し、生産現場に柔軟性をもたらすことが可能だ

　柔軟性という意味では生産管理システムなど上位システムおよび、センサー／アクチュエータなど下位システムへの接続性も担保されなくてはならないが、上位システムへの接続にはOPC-UA、下位システムへの接続についてはEtherCATなど主要なフィールドバス規格に収れんする傾向が明確化しており、これら対応について主要ソフトウェアPLCは既に対応済みだ。

　加えて注目すべきはIEC 61131-3への対応だ。IEC 61131-3は既に欧米をはじめとして世界的に生産現場標準となっていることから海外展開に欠かせないという意味もあるが、これまでメーカー依存となっていたPLCプログラム言語についても5種類（FBD、LD、ST、IL、SFC）それぞれの標準化がこの規格で定義されており、また、現に全世界の主要なオートメーション企業が参加している、PLCにおける国際標準化団体「PLCopen」でもIEC 61131-3を軸とした標準化作業が進んでおり、国内においても生産現場のオープン化（標準化）という面から見て対応はもはや必須レベルといえよう。

「CODESYS」が実現する“つながる”未来

　こうしたソフトウェアPLCは標準規格対応が進む欧米ではかなりの普及を見せているが、その中で累計300万以上のライセンス販売実績を持つのが独3S-Smart Software Solutionsの「CODESYS」だ。

　CODESYSはプラットフォームに依存せずPLCやMotion、HMIの開発が可能なIEC 61131-3準拠の統合開発環境およびランタイムソフトウェアである。コントローラーメーカーはCODESYSを自社ハードウェアに搭載するだけで、標準化対応による外部接続性の確保や機器選択の自由度を高め、同時にIEC 61131-3対応による海外展開も容易となる。

　現時点で400社を超えるコントローラーメーカーがOEMとしてCODESYSを採用、コントローラーとしてリリースし、ユーザーは700種類を超えるCODESYS搭載コントローラーを市場から自由に選択可能だ。

CODESYS統合開発環境

　PLCプログラムなどを開発する統合開発環境は無償提供されている。統合開発環境にはコンパイラとデバッガはもちろん、IEC 61131-3やMotion制御、HMIなどの各種エディタ、フィールドバス設定ツール、機能安全プログラムエディタまでも内包されており、自動化に必要なあらゆる開発ツールがオールインワンで実現されている。

　下位システムへの接続に必要なフィールドバスについてはEtherCAT 、PROFINETはもちろん、CANopen、EtherNet/IP、DeviceNet、Modbus RTU/TCPなどといった主要スタックに対応している。加えて、Webサイト「CODESYS STORE」を利用すれば追加機能の購入、さらには自社開発ライブラリの販売も行える。こうした柔軟性の高さはソフトウェア製品ならではの利点と言えよう。

　コントローラーメーカー向けにはCODESYSランタイムソフトウェアが有償提供され、マイコンレベルからPCベースまで多種多彩な環境に実装可能だ。ローエンド向けの小型PLCから、PCベースでハイエンド向けにPLC兼Motionコントローラーなど、様々な形態のコントローラーを容易に実現できる。

　ソフトウェア実装ということで安定性やパフォーマンス面に不安を抱く向きもあるかもしれないが、CODESYSの日本国内総代理店であるリンクスは、多く存在する導入事例数や搭載製品数といった“実績”が全てを物語るという。

　「コントローラーのオープン化は欧米が先行しましたが、その中で主流となったソフトウェアPLCがCODESYSです。安定性では400社以上の採用実績、300万ライセンスを超える稼働実績に裏打ちされていますし、パフォーマンス面でも各メーカーがローエンドからハイエンドまで様々なハードウェアに搭載し、全世界700種類以上のコントローラーから最適なものを自由に選択することが可能です。これはソフトウェアならではの大きなメリットとして認識されています。」

　これまでPLCのソフトウェア化について、IoTやIndustry 4.0を実現するための「柔軟性」や国際規格対応による「国際的な潮流への対応」（国内製造業のガラパゴス化阻止）といった側面を取り上げてきたが、CODESYSならばこれらに加え、ソフトウェアならではの柔軟性を生かして、PLCopen準拠FBを使った多軸同時制御やCNC／ロボティクス向けMotion作成、HMI機能の提供、IEC 61508準拠機能安全コントローラー開発など、幅広い用途に活用できる。これはつまり、自動化に関わる制御を一元的に開発できるというコントローラーユーザーにとってのメリットだけではなく、コントローラーメーカーにとっても「自社の強みを生かしてのPLC / Motion / HMI参入」といった新ビジネスの芽ともなり得るのだ。

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　ここ数年、生産現場に関する話題を耳にする際、IoTやIndustry 4.0の言葉を聞かない方が珍しいという状況が続いている。これらの最終目的とは極論すれば「受注と生産の一体化」であり、それは現場レベルでの改善では到達できない次元の話となる。その究極の目的を果たすために柔軟性やオープン性の確保は欠かすことのできない要素であり、第一歩を踏み出すための現実解が、PLCソフトウェアの導入であることに異論の余地はないだろう。