Arduino Opta を試す:ホビー用ArduinoとPLCの橋渡しになる産業用コントローラ

この動画はDigiKeyの提供でお送りします。こんにちは。実はArduinoからこんな製品が出ていたのを皆さんご存知でしょうか。こちらです。もろに産業機器みたいな見た目をしているこちらは、Arduino OptaというPLC(Programmable Logic Controller)です。Arduino Proシリーズのうちの1製品です。

Arduinoはこんな製品を出しているのかと思うのですが、これはリレーメーカーのFinderとArduinoが共同で出している製品です。一応ホビー用途のArduinoと産業用PLCとの橋渡し的な位置づけの製品かと思うのですが、今回はこれを実際に使ってみて、どんな感じなのかというのをレビューしていきます。その前に今日のスポンサーの紹介です。どうぞ。

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そもそもPLCとは何かについてですが、これは物理的な配線とリレーの組み合わせで実現していた制御を、PLC上のソフトウェアで制御できるように置き換えたものです。昔の工場の自動制御は、リレーを大量に使ってそれらを配線して組み上げる、リレーシーケンス制御が使われていました。

ただ、これはいろいろと問題を抱えていて、制御を変えようと思うと配線のやり直しが必要で手間がかかっていたり、それに加えてリレーは消耗品でメンテナンスも大変、消費電力も意外と多いです。そして、そもそもリレー自体がサイズ的に結構大きいという、いろいろな問題を抱えていました。それでは扱いにくくてメンテナンスも大変ということで、PLCが登場しました。

PLCは、これまでリレーと配線でやっていた制御プログラムを、PLC上のソフトウェアに組み込んでしまうというものです。このようなリレーを使った制御で、ラダー図って聞いたことがあると思いますが、リレーでやっていたラダー図をそのままPLC上のソフトウェアで組んで同じことをします。その信号のオン・オフでリレーの接点を閉じたり開いたりすることで、大電力を制御しています。まとめると、制御などの複雑な部分はPLCが担当して、電力のオン・オフはリレーが担当するということになります。

こちらが実物です。Arduinoとは言っていますが、中身は基本的にはPLCです。ただ、Arduino IDEでスケッチの書き込みをしてArduinoとしても使えますし、この後出てくるPLC IDEという開発環境でラダーを書いて、PLCとして使うこともできます。さらに、ラダーとArduinoのスケッチを組み合わせて、高度な制御などもできるようになっています。ただ、使っていて一番良いポイントは、Arduinoのライブラリが使えるとか、使いやすい環境が最初から用意されているとか、そのような部分です。

簡単に、用意されているポートの仕様も見ていきます。まず左上が電源供給です。こちらのPLCは12V～24V入力対応なので、一般的な産業用PLCと同じように使えます。その右側にデジタル・アナログ兼用の入力ポートです。アナログ入力の場合は最大10V、デジタル入力の場合は24Vです。アナログ入力については電圧入力であって、電流入力には対応していません。電流入力をやりたいのであれば、別売りの拡張モジュールが必要になります。

出力については4チャンネル分のメカニカルリレーがあります。250V AC 10Aなので、モータの突入電流にさえ気をつければ、だいたいの負荷には使えそうです。ただ、PLC自体が結構高価なものですので、メカニカルリレーの寿命を考えると、モータなどの大電力負荷のオン・オフ制御をする場合は、外部にこのようなコンタクタをつけたりしたいです。

このように入出力については、必要最低限の数だけが用意されているといった仕様です。小規模なプロジェクトであれば、これで足りるかとは思います。

Optaには実はいろいろモデルがありまして、今回購入した最上位モデルから一番の入門用のLiteまで含めて、どのモデルも入出力のポートとプログラミング用のUSB、そしてイーサーネットポートがあります。ここから一段グレードを上げると、これに加えてRS485を加えたモデルがあります。もう一段グレードを上げた最上位のモデルでは、WiFi、Bluetoothなどの無線機能を搭載した、WiFiというモデルになります。

今回買ったのはWiFiであり、一番上位のモデルです。ですが、今のところWiFiやBluetoothを使って何かするみたいな予定はないので、とりあえず全部できる最上位のモデルを買っておこうということにしました。予算次第ではありますが、一番安いLiteが税抜き2万5,000円、今回買ったWiFiが税抜き3万3,000円です。WiFi経由でPLCの中の変数を吸い出したりだとか、スケッチを書き込みたいとか、そのような需要がない限り、基本的にはLiteでもだいたいのことができてしまいます。

先ほど少し出てきた拡張モジュールについても少しだけ見ていきます。拡張モジュールについては、こんな感じで連結して使います。連結は5台までできます。基本的に一番左がPLC本体になって、その右側に拡張モジュールをつなぎます。モジュールの違いはこのあたりの番号で見分けるのですが、結構小さくて、どれがどれか分からなくなります。

今見えているこちらのモジュールは、チャンネル数を増やす拡張モジュールであり、16チャンネルのプログラマブル入力と、8チャンネルのメカニカルリレーを追加できます。Opta本体だけではチャンネル数が足りない場合は、この拡張モジュールを使うとよさそうです。

これも同じく16チャンネルのプログラマブル入力、8チャンネル出力ですが、出力部分についてはソリッドステートリレーとなっています。定格は24V 2Aですので、低電圧で高速にスイッチングしたい場合は、この拡張モジュールを使うと良いでしょう。

そして最後のモジュール、こちら。これはアナログ拡張モジュールで、6チャンネルのプログラマブル入力、2チャンネルのプログラマブル出力、4チャンネルのPWMを追加します。入力・出力ともに電圧・電流モードを選べます。これはArduino Opta本体にはない機能です。Opta本体の電圧入出力に対応していないセンサやアクチュエータを使いたい場合は、このモジュールが活躍します。

ここからは実際にOptaを使っていきます。今回はせっかくなので、ファクトリーオートメーション機器らしく、パトライトを使ってイーサーネット経由での通信などもやってみます。こちらにあるように、Opta本体とスイッチングハブ、DC電源とパトライトといった構成です。

一応OptaもArduinoではあるので、とりあえずはArduinoとして使ってみます。Arduino IDEでコードを書いて、それを書き込みます。今回、書き込みはUSB-Cケーブルを使ってやりました。では実際にやってみます。こんな感じですね。一応動いていますね。こんな感じで、ボタンを押している間だけ0.25秒間隔で点滅するというコードを書きました。きちんと動いていそうですね。

結構適当に作ったコードなので、ところどころ動作がおかしいところがありますけれども、動いていそうな感じはしますね。このArduinoのコードの実装でディレイを使っています。それが悪影響をもろにしてそうな感じがします。押すタイミングによっては、なかなか光り始めなかったりだとか、このようにずっと点いたりとか、あと離しても消えないみたいな。このあたりの動作については、PLC的に使った方が良いのかなと思います。

次はPLCとして使ってみます。実際にラダーも書いてみたいですからね。この場合は、Arduino PLC IDEという開発環境が別途必要になってきます。このPLC IDEの機能をフルで使おうとすると、本来であればライセンスが必要ですが、Arduino Optaにはライセンスが内蔵されているので、最初から全部の機能が使えるようになっています。先ほど販売価格の話が出てきたと思いますが、実際にはライセンス込みの価格ということなんですね。

実際に使ってみるとこんな感じです。ラダーの図はこのようになっていて、入力のボタンと出力のコイルを用意します。入力の部分については、プログラマブル入力を割り当てることもできますし、PLC自体に最初から用意されているユーザーボタンを使うこともできます。今回はOpta本体に最初から用意されているユーザーボタンを使うことにしました。コイルの部分には、本体に最初から内蔵されているインジケータLEDを割り当てたり、内蔵メカニカルリレーを割り当てたりすることができます。

今回はさらにタイマーも追加しました。タイマーに1秒以上入力が入り続けると、タイマーから出力されるようにしています。ですので今回の動作としては、ここのボタンを1秒以上押し続けると、インジケータのLEDが光って、内蔵のメカニカルリレーを閉じるという動作にしました。

実際にやってみるとこんな感じです。ここにあるユーザーのボタンを1秒間このように押すと、分かりますか。このように、リレーがカチカチ鳴ったの聞こえますでしょうか。内蔵のインジケータLEDもこのように。良い感じですね。

実際リレーに電流を流しても問題ないか、しっかりと確かめてみます。こんな感じでね、きちんとやると、熱い。これ白熱電球なので結構熱いです。気をつけましょう。こんな感じで、押してから1秒経つとリレーが入力されて、電気がパッと点く感じですね。押して、1秒、離すとすぐ消えると。このように、なかなかPLCみたいな動作をしていると思います。

さらにPLCのラダーとArduinoのスケッチも組み合わせてみます。まずラダーがこちら。入力ポートに押しボタンをつけて、それを押すとin1という変数が1になります。その変数をArduinoのスケッチの方に渡すということをします。これをやる場合、追加で設定が必要であり、ラダーとスケッチの間で共通で使う変数を、Shared variablesとして定義する必要があります。

さらにスケッチ部分についてもコードを書きました。押したボタンに応じて、イーサーネット経由で接続されているパトライトのランプを光らせるということをしています。ここで一つ引っかかったポイントがありまして、それは何かというと、コードの中にコメントで全角文字を使っていると、エラーが出てコンパイルできません。確かコンパイルまでは通ったのですが、書き込みの段階でエラーが出て。実際Optaを使おうと思っている人は気をつけてください。

実際にやってみると、このようになります。ここにボタンがありますけれども、これを押すと、ボタンを押すと同時にパトライトの方も光ります。このパトライトとPLCは、スイッチングハブを通してLANケーブルでつないでいます。結構しっかり動きますね。もちろん同時押しにも対応していますし、こんな感じで適当にポチポチやっても、きちんと動くと。なかなか良いのではないでしょうか。

今回はボタンとパトライトという簡単な構成でやっていますが、例えばPLCの入力にはセンサの出力がつながっていて、センサが閾値を超えたらリレーに制御信号を出して、装置の動作を止めてパトライトを光らせる、そのような応用もできるようになります。スイッチングハブ経由で、他のイーサーネット接続の機器とも通信できるようになるのが結構良いですね。

というわけで、Arduinoから出ている産業向けPLCのArduino Optaを使ってみました。Arduinoですので、もう少し低機能なものかと思ったのですが、意外とかなりしっかりとしている製品です。小規模な制御を組みたい方だとか、学習用途に使いたい場合などは、かなり良い選択肢になると思います。

価格もイーサーネットがついて2.5万円で、無線がついた高機能版は3.3万円なので、コスパ的には結構頑張っている方かと思います。実際、他社のPLCはソフトウェアが有料だったり、そもそも個人では購入しづらかったりするので、このようなPLCへの敷居を下げてくれる製品は貴重な存在です。

というわけで、もしこの動画が役に立ちましたら、高評価・チャンネル登録よろしくお願いします。何か気になることがありましたら、ぜひコメントも残してみてください。それでは、最後まで動画のご視聴ありがとうございました。