若手技術者育成型シーケンス制御教育システムの開発
西川弘太郎
津山工業高等専門学校 教育研究支援センター
１．はじめに
現在，企業では“団塊世代”と呼ばれる人々が一斉に定年退職される時 期を迎え，特に産業界では若手技術者の技術力向上のための教育が急務と されている．世の中の産業製品の約 70％はシーケンス制御が使われてお り，企業では設計職，生産職問わず技術者はシーケンス制御技術の習得が 必要である．現在最新のシーケンス制御の形態は，工数削減や複雑で高度 な制御に対応するため，有接点リレーやタイマー等を用いたリレーシーケ ンス制御からコンピュータでシーケンスプログラムを作成し，制御を実行 するプログラマブルコントローラ（PLC；内蔵のコンピュータで演算処理 をしながら要求する動きを実現する）を用いた制御へ変わりつつある．そ の様な中で最新のシーケンス制御技術を習得する上での教育システムと しては，将来若手技術者となる学生が対象の実務を模擬した教育システム はないのが現状である．
本校では，国立工業高等専門学校機構に対して， （株）オムロンから寄 付金事業により校内各 4 学科にシーケンス制御実験装置が寄贈されてい る．有効に寄付寄贈されたシーケンス制御装置を実験に対応させるため，
毎年，オムロン制御技術セミナー研修がオムロン主催で開催され，各高専
より教職員が受講している．本稿では，筆者が平成 21 年度オムロン制御技術セミナー研修を受講し，得られ た技術・知識を基に，最新のシーケンス制御技術を使った若手技術者育成を観点としたシーケンス制御教育 システムの構築・現状実験装置の改良について報告する．オムロンから寄贈された PLC およびコンベア機材 実験装置を図 1 ,2（写真提供：オムロン）に示す．
２．実験装置の現状
筆者は電子制御工学科実験Ⅱにおいて，プログラマブルコントローラと位置決め制御のテーマを担当して いる．その実験装置をそれぞれ図 3，4 に示す．現状は，複雑なシーケンス制御に不向きなことから，現在で はあまり使用されていないステッププログラム入力方式の PLC にてプログラムを作成し比較的簡単なシーケ ンス制御実験を行っている．前者の制御対象は LED である．トグルスイッチの入力信号に対し，LED の点灯 で動作を確認する．一方，後者の制御対象は，位置決め制御実験装置に付属の各種センサ（フォトインタラ プタ，リードスイッチ，ホール素子）の入力信号に対し，モータの回転運動によってボールねじ上を直線運 動する移動ベンチの位置制御を行う．しかし，企業ではコンピュータと専用ソフトを使用し，シーケンスプ ログラムはリレー回路を記号化したラダー図方式で作成されるのが一般的である．制御対象に関しても現状 の実験のようにトグルスイッチの入力信号で LED のみをシーケンス制御する場合は少なく，実際には押しボ タンスイッチと赤，緑，黄色といったランプ類が制御盤に設置され，各アクチュエータが複雑に制御される．
よって，現状の実験装置のままでは実務と大きく異なるために実践的なシーケンス制御技術の習得が難しい 図 1. PLC
図 2. コンベア機材実験装置
３．実験装置の改良
この実験で，現状の実験装置を活かしつつ，現在主流の PLC を 用いた最新システムへ変更する．現状の実験で使用しているステ ッププログラム入力方式の PLC からラダー図方式の PLC(図 1：オ ムロン CP1L)へ変更する．これにより，企業のようにコンピュー タを使用しシーケンスプログラムがラダー図方式で設計可能にな る．また，プログラムの確認や修正ならびにシミュレーションも コンピュータ上で可能であり，ステッププログラム入力方式 では困難だった比較的複雑なシーケンス制御へも対応出来る
ようになる．そこで，それに応じた演習も取り入れ，学生には複雑なシーケンス制御に慣れてもらう．
制御対象に関しては，LED+トグルスイッチに代わるものとして，オムロンのコンベア機材実験装置（図 2）
を使用する．本体には押しボタンスイッチとランプが付属しているので，それらを制御する（図 5） ．また，
コンベア装置本体にはその名の通り，ベルトコンベアが装備されているので，付属の各種センサ類やランプ 類と組み合わせて複雑なシーケンス制御を行う．一方，位置決め制御に関しては，実務でも行う制御である ため，現状の位置決め制御実験装置を使用し，同様にシーケンスプログラムをラダー図方式にて作成しシー ケンス制御（図 6）を行い，ステッププログラム入力方式と同様の運転モード（図 7）を実現し，ラダー図方 式に慣れてもらう．このように，制御部にラダー図方式の PLC とコンピュータを使用し，押しボタンスイッ チ，ランプ，そして各種センサ類を制御対象として，実務に近いシーケンス制御を実験で行うことで学生の 理解もより深まり，社会で活躍する即戦力を養うことができるものと考えられる．
４．おわりに
本稿では若手技術者育成を観点に現状のシーケンス制御実験を改良し，シーケンス制御教育システムの開 発を行った．今後の展開は，より良い教育システムとするために，制御対象の拡充を図る．
図 3. PLC と LED+トグルスイッチ（現状） 図 4. PLC と位置決め制御実験装置（現状）
図 5. コンベア機材のランプ類（改良）
図 6. PLC+コンピュータと位置決め制御実験装置（改良） 図 7. 移動ベンチの運転モード
若手技術者育成型シーケンス制御教育システムの開発
若手技術者育成型 若手技術者育成型 ｼｰｹﾝｽ制御教育ｼｽﾃﾑの開発 ｼｰｹﾝｽ制御教育ｼｽﾃﾑの開発
津山工業高等専門学校 津山工業高等専門学校 教育研究支援センター
西川 弘太郎
発表内容
1.
はじめに
2.
実験装置の現状
3.実験装置の改良
4.
おわりに
１．はじめに
現在，企業では“団塊世代”と呼ば れる人々が一斉に定年退職される 時期を迎えている．
若手技術者の技術力向上のための教育が急務
設計職，生産職問わず技術者はｼｰｹﾝｽ制御技術の習得が必要 産業製品の約70%はｼｰｹﾝｽ制御
・ シーケンス制御実験装置の寄贈 （本校では校内各4学科分）
・ オムロン制御技術セミナー研修の開催
１．はじめに
（株）オムロン寄付金事業
（株）オムロン寄付金事業
国立高等専門学校機構 国立高等専門学校機構 技術者育成・社会貢献 技術者育成・社会貢献
制御技術 制御ノウハウ
図２．研修の様子 図１．実験装置
１．はじめに
寄贈された制御実験装置 寄贈された制御実験装置
図３．実験装置一式
特にプログラマブルコントローラに着目 特にプログラマブルコントローラに着目
• 複雑で高度な制御に対応
• 工数削減
• シーケンスはラダープログラム
• 省スペース
図４．PLC
★将来若手技術者となる学生が対象★
実務を模擬したシーケンス制御教育システムの開発
（平成21年度校長裁量経費）
２．実験装置の現状
電子制御工学科実験Ⅱ（ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾏﾌﾞﾙｼｰｹﾝｻ）
図５．PLC（現状）とLED
ｽﾃｯﾌﾟﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ入力方式
• 複雑で高度な制御に不向き
• ｺﾝﾄﾛｰﾗとﾌﾟﾛｸﾞﾗﾏで構成
• 高価（20万円/台）
• 現在ではあまり使用されない
LEDの点灯制御
２．実験装置の現状
電子制御工学科実験Ⅱ（位置決め制御）
図６．PLC（現状）と位置決め制御実験装置
移動ﾍﾞﾝﾁの位置決め制御
２．実験装置の現状
実務と大きく異なるため，実践的なｼｰｹﾝｽ制御技 術の習得が困難である．
現状の実験装置では‥
２．実験装置の改良 ２．実験装置の改良
ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾏﾌﾞﾙｼｰｹﾝｻ（PLC ｵﾑﾛﾝCP1L）
• 複雑で高度なｼｰｹﾝｽ制御実験が可能
（ｼｰｹﾝｽ制御技術の向上）
• ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑはﾗﾀﾞｰ方式にて構築 （現在主流のﾗﾀﾞｰ方式の習得）
• 制御用ｺﾝﾋﾟｭｰﾀでのｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ
図７．PLC（現状）とPLC（改良）
図８． 制御用ｺﾝﾋﾟｭｰﾀ
２．実験装置の改良
ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾏﾌﾞﾙｼｰｹﾝｻ（制御対象 ｺﾝﾍﾞｱ機材）
• ｼｰｹﾝｽ制御技術の基本を理解
（広く用いられる押しﾎﾞﾀﾝｽｲｯﾁ，表示灯，各種ｾﾝｻを制御）
• 実践的なｼｰｹﾝｽ制御実験により応用力向上 （制御対象の充実化）
図９．LED+ﾄｸﾞﾙｽｲｯﾁ（現状）
２．実験装置の改良
• 基本から応用まで実務的な実験内容 （並列/直列/新入力優先回路，ｴｽｶﾚｰﾀ，
駐車場表示板，工場ﾗｲﾝ，信号機など）
•電気回路の理解
（PLCから制御対象への配線）
図９-１．PLC+ｺﾝﾍﾞｱ機材実験装置
（改良）
若手技術者育成型シーケンス制御教育システムの開発
２．実験装置の改良
• 視覚的にｼｰｹﾝｽ制御を理解 （導通ﾗｲﾝは緑色→ﾓﾆﾀｰﾓｰﾄﾞで確認）
•時間短縮
（ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑの変更/修正が容易）
図９-２． 制御用ｺﾝﾋﾟｭｰﾀ画面（改良）
[OMRON CX-Programmer]
位置決め制御
２．実験装置の改良
• 実践的なｼｰｹﾝｽ制御実験により応用力向上 （様々な制御対象に慣れる）
• ｲﾝﾀｰﾌｪｰｽ回路への結線
図１０．PLC（現状）と実験装置 図１１．PLC（改良）と実験装置
位置決め制御
２．実験装置の改良
図１３． 移動ﾍﾞﾝﾁの運転ﾓｰﾄﾞ 図１２． 移動ﾍﾞﾝﾁおよびｾﾝｻ
位置決め制御ｼｰｹﾝｽﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ（ｽﾃｯﾌﾟﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ入力方式）
２．実験装置の改良
図１４． ｼｰｹﾝｽﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ（現状）
• 複雑で理解しづらい
• ｼｰｹﾝｽの基本技術の習得が困難
• ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑの入力/修正に時間を要す
２．実験装置の改良
位置決め制御ｼｰｹﾝｽﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ（ﾗﾀﾞｰ方式）
図１５． ｼｰｹﾝｽﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ（改良）
• ｼﾝﾌﾟﾙなｼｰｹﾝｽﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑで理解しやすい
（ｽﾃｯﾌﾟﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ入力方式と比較）
• 自己保持，ｲﾝﾀｰﾛｯｸが理解しやすい （他の実験との関連性）
２．実験装置の改良
図１６． 位置決め制御の実現（ﾗﾀﾞｰ方式）
３．おわりに
若手技術者育成を観点に教育ｼｽﾃﾑを開発
社会で活躍する即戦力を養成
ご静聴いただき，ありがとうございました．
今後について
・ ・ H22H22年度電子制御工学科実験年度電子制御工学科実験ⅡⅡへ適用へ適用
・ 制御対象の拡充化
・ 制御対象の拡充化
・ 個人の技術力アップ（技術ｾﾐﾅｰ等への参加）
・ 個人の技術力アップ（技術ｾﾐﾅｰ等への参加）
コンベア機材実験装置 PLC+コンベア機材実験装置
工場のライン①
スタートスイッチ（０．０１）を押すとコンベア（１００．０３）が起動する。
コンベア起動中にビンがセンサ（０．００）を通過すると、ビンの数をカウントする。
5個に達するとコンベアは停止し、表示灯（１００．０１）が５秒間点灯後自動的に消灯する。
コンベアと表示灯を途中で止める場合は停止スイッチ（０．０２）で停止させる。
