Last Update 2021/10/20
農業や住まいの自動化に!リレーやセンサで動きを作る
ラズパイでPLC ハード&開発環境編
B5判 160ページ
定価2,860円(税込)
JAN9784789859905
2021年11月1日発行
好評発売中！
■見本PDF(3.54MB)PLC(Programmable Logic Controller)は，リレー・スイッチのON/OFFによって，装置A，装置B，デバイスCなどの電源やコントロール信号を入り切りできます．工業生産が盛んな時代には，工作機械や自動搬送機などの生産設備を制御するために盛んに使われてきました．
このPLCを個人で使うには，2つの壁がありました．1つは装置が高価であること，もう1つは開発環境が高価であることです．今回，6,000円程度で購入できるラズベリー・パイと外付け基板，無償のOpenPLCなるツールを利用することで，個人でもPLCが作れるようになりました．
と言っても，従来の主たる用途であった生産設備に使うには，動作速度や信頼性などに不安があります．そこで，コンマ何秒といった速度を求めない農業や家の見守り，学校の課題研究などで活用できそうです．
開発言語はラダー・プログラムです．プログラムができなくても直感的に動作を学び，書くことができるようになります．自宅で個人で習得できるので，学生やビギナにお勧めです．
※本書は月刊誌Interface 2020年9月号〜2021年5月号に掲載された記事を再編集したものです．
このPLCを個人で使うには，2つの壁がありました．1つは装置が高価であること，もう1つは開発環境が高価であることです．今回，6,000円程度で購入できるラズベリー・パイと外付け基板，無償のOpenPLCなるツールを利用することで，個人でもPLCが作れるようになりました．
と言っても，従来の主たる用途であった生産設備に使うには，動作速度や信頼性などに不安があります．そこで，コンマ何秒といった速度を求めない農業や家の見守り，学校の課題研究などで活用できそうです．
開発言語はラダー・プログラムです．プログラムができなくても直感的に動作を学び，書くことができるようになります．自宅で個人で習得できるので，学生やビギナにお勧めです．
※本書は月刊誌Interface 2020年9月号〜2021年5月号に掲載された記事を再編集したものです．
目次
「コンマ何秒で絶対動作せよ」という用途でなければ便利に使える
はじめに ラズパイPLCで装置をコントロールのススメ
プログラムの知識がない人も使えるPLCで水やりバルブを制御
イントロダクション 農業や自宅作業場に向けて作った簡易PLC
ラズパイPLC導入のきっかけ
製作したラズパイPLCのあらまし
ドア/換気扇/水やりバルブ/冷蔵庫/照明/ヒータを自在制御
第1章 PLCで広がる世界
PLCをお勧めする理由
ラダー言語をお勧めする理由
使いどころ1…鉄道模型の自律走行
使いどころ2…自動ドアの開閉制御
使いどころ3…野菜工場の環境制御
PLC応用のためのヒント
Appendix1 PLCの歴史
PLCの歴史
コラム 本気使いの人向け…市販PLC一覧
Appendix2 CPUが無い時代はリレーで自動機械を制御していた
第1部 開発環境を整える
インストールから応用製作まで
第2章 本書の構成
各章のあらまし
用意するもの
コラム PLCの標準言語「ラダー・プログラム」とは
ラダー・プログラムを書くための準備
第3章 開発環境OpenPLC Editorをパソコンにインストール
PCとラズパイに開発環境を整える
パソコンへのインストール
初期設定
リレーによる1ビット記憶回路を例に
第4章 初めてのラダー・プログラム
例題：1ビットを記憶保持する回路
リレーに付ける番号と名前
ラダー・プログラムで用いる記号
リレー・コイルの種類と働き
OpenPLC Editorにラダー・プログラムを入力
コラム1 PLCにおけるラダー・プログラムの実行手順
コラム2 ラズパイからモータや電磁弁を動かすためのキー・デバイス「リレー」
リレーやスイッチの挙動を追える
第5章 デバッグ機能でプログラムの動作を確認
デバッグ1…プログラムのモニタ機能
デバッグ2…変数モニタ機能
プログラムをラズベリー・パイで動かす
第6章 実行環境OpenPLC Runtimeをラズパイにインストール
ラズパイにOSやOpenPLC Runtimeをインストール
OpenPLCサーバの動作確認
ラズパイのWi-Fiルータ化
ラズパイにアクセスして設定を変更する
1ビット記憶保持プログラムをラズパイに転送する
コラム 流体用電磁弁
第2部 ラズパイPLCを実践仕様に育てる
2個のスイッチと3個のLEDをつないで練習開始
第7章 ステップ1…初めてのI/O
軽く動かしてみる
初めてのI/Oの基礎1…レジスタ
初めてのI/Oの基礎2…ファンクション
初めてのI/Oの基礎3…扱うデータの種類
初めてのI/O
AND/OR回路から数値演算やタイマ時間設定まで
第8章 ステップ2…多彩な動きを作るためのロジック回路
組み合わせ回路
順序回路
数値演算
ラズベリー・パイからリレーを駆動しAC100VをON/OFFするために
第9章 ステップ3…DC24VアイソレートI/O基板を作る
DC24Vにした理由
DC24VアイソレートI/O基板の回路
基板を製作する
給電用の配電基板の製作
液体バルブと流量センサを使って一定量の水を供給する
第10章 ステップ4…AC100VのON/OFFにトライ
実験で使うもの
定量吐出システムの全体像
実験用のラダー・プログラム
3W/1WパワーLED 4個の明るさをボリュームで制御
第11章 ステップ5…Arduinoを接続しI/O端子を増やす
リモートI/O基板として利用するArduino Unoのセットアップ
Arduino Unoに接続する3チャネル・アナログ入力基板
ビット・シフト機能をもつラダー・プログラムを作る
パワーLEDの輝度を制御する配電基板の製作
Appendix3 電力のON/OFFに欠かせないリレー
定番リレーあれこれ
リレーをドライブする回路
リレーを使う場合に注意すべきこと
使い方のコツ
第3部 応用のための技術
自動散水システムの製作
第12章 アナログ・センサ値を読み取りバルブを制御
センサ値の読み取り
自動散水システムの構築
温度センサ値に応じてリレーをON/OFFする
第13章 オフセット校正とチャタリング防止
準備
PLC指示値を0℃オフセット校正する
PLCで得られた温度の確認
温度センサ値に応じてリレーをON/OFFするプログラム
ロボット・ハンドの操作をイメージ
第14章 物をつかむ/放す/元の位置に戻るといった順次動作を作る
どんな制御をするのか
本章で作る動作
プログラム
ラダー・プログラムのシミュレーション結果
扇風機/冷蔵庫/照明/カーテンのコントロール
第15章 リレーでAC100Vを制御する「家電コントローラ」
ハードウェア
ソフトウェア
パソコンからPLCをコントロールする
Appendix4 PLCを音声で制御するスマート・スピーカ作り 岩貞 智
オープンソースの音声認識エンジンJulius
しゃべる機能Open JTalkのインストール
メイン・プログラムの作成
Appendix5 電動カーテン・レールの作り方
コラム フォトカプラの役割
アナログ入力が6，アナログ出力が3，2値入力が5，2値出力が4チャネル増える!
第16章 ArduinoアナログI/O基板の使い方
基板の概要
組み立ての注意点
動作確認
使い方
コラム ラズパイPLCは市販品よりも反応が遅い
モータの逆起電力やオーバラン対策
第17章 リミット・スイッチと回生ブレーキを搭載した自動ドアを作る
準備…アナログI/O 付きコンテナを作る
モータ・ドライバの製作
モータの動作テスト
1/8スケール自動ドアを作る
製作したハードウェアの動作確認
自動ドアの動きを作る
ひとまず動くからキチンと動くへレベル・アップ
第18章 人感センサを付けて本格化した自動ドアの安心安全を追求する
人体の検知方法
測距センサを使いこなす
コラム1 ラダー・プログラムでは変数の型はゆるいほうがよい
ハードウェア
測距センサ付き自動ドアのプログラム
コラム2 異常処理の方がメイン・プログラムより長いことも
コラム3 リレーを保持する2つの回路
コラム4 保持回路でエラーを引っ掛ける
より本格的な装置へのセンス磨き
第19章 鉄道模型で磨くモータの加速/減速テクニック
ハードウェア
筆者提供プログラムで動作チェック
ソフトウェア
コラム 図8のブロック(3)〜(5)の動作イメージ
ここまで出来ればあとは実践で腕を磨こう
第20章 鉄道模型を例に…リレーとセンサで装置の動きを作る
ハードウェア
ソフトウェア
コラム いまどきのPLC制御
「コンマ何秒で絶対動作せよ」という用途でなければ便利に使える
はじめに ラズパイPLCで装置をコントロールのススメ
プログラムの知識がない人も使えるPLCで水やりバルブを制御
イントロダクション 農業や自宅作業場に向けて作った簡易PLC
ラズパイPLC導入のきっかけ
製作したラズパイPLCのあらまし
ドア/換気扇/水やりバルブ/冷蔵庫/照明/ヒータを自在制御
第1章 PLCで広がる世界
PLCをお勧めする理由
ラダー言語をお勧めする理由
使いどころ1…鉄道模型の自律走行
使いどころ2…自動ドアの開閉制御
使いどころ3…野菜工場の環境制御
PLC応用のためのヒント
Appendix1 PLCの歴史
PLCの歴史
コラム 本気使いの人向け…市販PLC一覧
Appendix2 CPUが無い時代はリレーで自動機械を制御していた
第1部 開発環境を整える
インストールから応用製作まで
第2章 本書の構成
各章のあらまし
用意するもの
コラム PLCの標準言語「ラダー・プログラム」とは
ラダー・プログラムを書くための準備
第3章 開発環境OpenPLC Editorをパソコンにインストール
PCとラズパイに開発環境を整える
パソコンへのインストール
初期設定
リレーによる1ビット記憶回路を例に
第4章 初めてのラダー・プログラム
例題：1ビットを記憶保持する回路
リレーに付ける番号と名前
ラダー・プログラムで用いる記号
リレー・コイルの種類と働き
OpenPLC Editorにラダー・プログラムを入力
コラム1 PLCにおけるラダー・プログラムの実行手順
コラム2 ラズパイからモータや電磁弁を動かすためのキー・デバイス「リレー」
リレーやスイッチの挙動を追える
第5章 デバッグ機能でプログラムの動作を確認
デバッグ1…プログラムのモニタ機能
デバッグ2…変数モニタ機能
プログラムをラズベリー・パイで動かす
第6章 実行環境OpenPLC Runtimeをラズパイにインストール
ラズパイにOSやOpenPLC Runtimeをインストール
OpenPLCサーバの動作確認
ラズパイのWi-Fiルータ化
ラズパイにアクセスして設定を変更する
1ビット記憶保持プログラムをラズパイに転送する
コラム 流体用電磁弁
第2部 ラズパイPLCを実践仕様に育てる
2個のスイッチと3個のLEDをつないで練習開始
第7章 ステップ1…初めてのI/O
軽く動かしてみる
初めてのI/Oの基礎1…レジスタ
初めてのI/Oの基礎2…ファンクション
初めてのI/Oの基礎3…扱うデータの種類
初めてのI/O
AND/OR回路から数値演算やタイマ時間設定まで
第8章 ステップ2…多彩な動きを作るためのロジック回路
組み合わせ回路
順序回路
数値演算
ラズベリー・パイからリレーを駆動しAC100VをON/OFFするために
第9章 ステップ3…DC24VアイソレートI/O基板を作る
DC24Vにした理由
DC24VアイソレートI/O基板の回路
基板を製作する
給電用の配電基板の製作
液体バルブと流量センサを使って一定量の水を供給する
第10章 ステップ4…AC100VのON/OFFにトライ
実験で使うもの
定量吐出システムの全体像
実験用のラダー・プログラム
3W/1WパワーLED 4個の明るさをボリュームで制御
第11章 ステップ5…Arduinoを接続しI/O端子を増やす
リモートI/O基板として利用するArduino Unoのセットアップ
Arduino Unoに接続する3チャネル・アナログ入力基板
ビット・シフト機能をもつラダー・プログラムを作る
パワーLEDの輝度を制御する配電基板の製作
Appendix3 電力のON/OFFに欠かせないリレー
定番リレーあれこれ
リレーをドライブする回路
リレーを使う場合に注意すべきこと
使い方のコツ
第3部 応用のための技術
自動散水システムの製作
第12章 アナログ・センサ値を読み取りバルブを制御
センサ値の読み取り
自動散水システムの構築
温度センサ値に応じてリレーをON/OFFする
第13章 オフセット校正とチャタリング防止
準備
PLC指示値を0℃オフセット校正する
PLCで得られた温度の確認
温度センサ値に応じてリレーをON/OFFするプログラム
ロボット・ハンドの操作をイメージ
第14章 物をつかむ/放す/元の位置に戻るといった順次動作を作る
どんな制御をするのか
本章で作る動作
プログラム
ラダー・プログラムのシミュレーション結果
扇風機/冷蔵庫/照明/カーテンのコントロール
第15章 リレーでAC100Vを制御する「家電コントローラ」
ハードウェア
ソフトウェア
パソコンからPLCをコントロールする
Appendix4 PLCを音声で制御するスマート・スピーカ作り 岩貞 智
オープンソースの音声認識エンジンJulius
しゃべる機能Open JTalkのインストール
メイン・プログラムの作成
Appendix5 電動カーテン・レールの作り方
コラム フォトカプラの役割
アナログ入力が6，アナログ出力が3，2値入力が5，2値出力が4チャネル増える!
第16章 ArduinoアナログI/O基板の使い方
基板の概要
組み立ての注意点
動作確認
使い方
コラム ラズパイPLCは市販品よりも反応が遅い
モータの逆起電力やオーバラン対策
第17章 リミット・スイッチと回生ブレーキを搭載した自動ドアを作る
準備…アナログI/O 付きコンテナを作る
モータ・ドライバの製作
モータの動作テスト
1/8スケール自動ドアを作る
製作したハードウェアの動作確認
自動ドアの動きを作る
ひとまず動くからキチンと動くへレベル・アップ
第18章 人感センサを付けて本格化した自動ドアの安心安全を追求する
人体の検知方法
測距センサを使いこなす
コラム1 ラダー・プログラムでは変数の型はゆるいほうがよい
ハードウェア
測距センサ付き自動ドアのプログラム
コラム2 異常処理の方がメイン・プログラムより長いことも
コラム3 リレーを保持する2つの回路
コラム4 保持回路でエラーを引っ掛ける
より本格的な装置へのセンス磨き
第19章 鉄道模型で磨くモータの加速/減速テクニック
ハードウェア
筆者提供プログラムで動作チェック
ソフトウェア
コラム 図8のブロック(3)〜(5)の動作イメージ
ここまで出来ればあとは実践で腕を磨こう
第20章 鉄道模型を例に…リレーとセンサで装置の動きを作る
ハードウェア
ソフトウェア
コラム いまどきのPLC制御