工場がマシンをどのようにスムーズに動かし続けるか、または複雑な産業プロセスがどのように順調に進んでいるのか疑問に思ったことがあるなら、答えはPLCと呼ばれる小さなが強力なデバイスにあることがよくあります。そして、それがPLCSに関しては、Simatic S7-1200 CPU何度も何度も登場する名前です。このガイドでは、Simatic S7-1200 CPUについて知る必要があるすべてのものを分解します。それがどのように機能しているか、そして世界中の業界で広く使用されている理由まで。産業の自動化について学習している学生、知識を拡大しようとしている技術者、または新しい機器を検討しているビジネスオーナーであろうと、このガイドはSimatic S7-1200 CPUをしっかりと理解することができます。
Simatic S7-1200 CPUとは何ですか？
Simatic S7-1200 CPUは、175年以上の歴史を持つ産業技術の大手企業であるSiemensが作成したプログラム可能なロジックコントローラー（PLC）の一種です。 PLCは、産業用機械やシステムの「脳」に似ています。彼らはセンサーから情報を取り入れ、それを処理し、システムの他の部分に信号を送信して、モーターをオンにしたり、コンベアベルトを停止したり、工場の温度を調整したりするようなものを実現させます。
Simatic S7-1200 CPUは、小規模から中規模の自動化タスク専用に設計されています。 SiemensのSimatic S7ファミリーの一部として2009年に導入され、S7-200などの古いモデルを置き換えるために作成され、小さなパッケージでより良いパフォーマンスとより多くの機能を提供しました。タイトな制御キャビネットに収まるほどコンパクトですが、小さな生産ラインの制御、包装機の管理、施設の環境条件の監視などのタスクを処理するのに十分なほど強力です。
Simatic S7-1200 CPUが非常に人気がある理由の1つは、その柔軟性です。さまざまなタスクに簡単にプログラムして適応できます。つまり、ビジネスの変化に合わせて成長して変化する可能性があります。たとえば、小さなベーカリーは、1つのオーブンのみを制御するSimatic S7-1200 CPUから始まり、その後、同じCPUが管理できるマシンを追加します。さらに、小さなダウンタイムでさえ数百ドルまたは数千ドルの費用がかかる可能性がある業界では、信頼できるものです。 Siemensは、それぞれのSIMATIC S7-1200 CPUをテストして、工場で一般的な高温やほこりの多い環境など、過酷な条件で動作できるようにします。
Simatic S7-1200 CPUの主要なハードウェアコンポーネント
Simatic S7-1200 CPUがどのように機能するかを理解するために、メインのハードウェアパーツについて知るのに役立ちます。最も重要なものを見てみましょう。
プロセッサ
Simatic S7-1200 CPUの中心にはプロセッサがあります。これは、すべての「思考」が起こる場所です。プロセッサは、何をすべきかを伝えるプログラムを読み取り、センサーやその他のデバイスからデータを取り入れてから、どのようなアクションを実行するかを決定します。プロセッサの速度と電力は、Simatic S7-1200 CPUが情報を処理できる速さを決定します。これは、急速に移動する産業プロセスに追いつくために重要です。
Simatic S7-1200 CPUの異なるモデルには、プロセッサが異なります。たとえば、1214Cモデルには32ビットプロセッサがあり、1秒あたり最大100,000の命令を処理できますが、より強力な1217Cモデルは1秒あたり300,000を超える手順を処理できます。これは、高速パッケージラインの制御など、迅速な決定を必要とするタスクの方が1217cが優れていることを意味します。
メモリ
Simatic S7-1200 CPUには、プログラムメモリとデータメモリの2つの主なタイプのメモリがあります。プログラムメモリは、指示（プログラム）が保存される場所です。これは、CPUに何をすべきかを伝える一連の手順です。データメモリは、センサーからの測定値やマシンのステータス（たとえば、オンまたはオフなど）など、実行中に収集した情報をCPUが保存する場所です。
ほとんどのSimatic S7-1200 CPUモデルには、少なくとも50 kbのプログラムメモリと100 kbのデータメモリが搭載されており、ほとんどの小規模から中程度のタスクで十分です。さらに必要な場合は、電話機にメモリカードを追加する方法と同様に、CPUにプラグインするメモリカードを追加できます。これらのカードは、CPUの追加プログラム、データログ、またはファームウェアの更新を保存できます。
入力/出力（I/O）ポート
入出力ポートは、Simatic S7-1200 CPUが外の世界に接続する方法です。入力ポートは、温度、圧力、または部品が適切な場所にあるかどうかを検出するセンサーなどのデバイスから信号を受信します。たとえば、フードオーブンの温度センサーは、温度が350度Fに達するとCPUの入力ポートに信号を送信する場合があります。出力ポートは、モーター、ライト、バルブなどのデバイスに信号を送信し、オンまたはオフをオンにする時期を伝えます。出力ポートからの信号は、モーターにコンベアベルトの移動を開始するように指示できます。
Simatic S7-1200 CPUには、さまざまなI/Oポートが組み込まれています。たとえば、1214Cモデルには、14のデジタル入力、10のデジタル出力、2つのアナログ入力、2つのアナログ出力があります。デジタル入力と出力は、単純なオン/オフ信号（ライトスイッチなど）で動作しますが、アナログのものはさまざまな信号を処理します（ライトを30％または70％の明るさに設定できる調光スイッチなど）。 CPUに組み込まれているよりも多くのポートが必要な場合は、追加のI/Oモジュールを接続して、より多くのデバイスを制御できるようにします。
通信インターフェイス
今日の接続された世界では、産業システムは互いに話す必要があります。Simatic S7-1200 CPU他のデバイス、コンピューター、さらにはインターネットに接続できる組み込み通信インターフェイスがあります。これは、オペレーターがCPUが別の部屋のコンピューターから何をしているのかを監視したり、マシンのすぐ隣にあることなく新しい指示を送信できることを意味します。
Simatic S7-1200 CPUで使用される一般的な通信プロトコルには、Profinetとイーサネットが含まれます。 Profinetは、CPUがモーターやロボットなどの他のシーメンスデバイスとリアルタイムで通信できるようにする高速産業プロトコルです。イーサネットは、Home Internetが使用するプロトコルと同じであるため、CPUをコンピューターまたは工場のネットワークに簡単に接続できます。一部のモデルは、Wi-Fiまたはセルラー接続もサポートしているため、インターネット接続を備えたどこからでもリモートモニタリングが可能になります。
Simatic S7-1200 CPUプログラミングの基本
Simatic S7-1200 CPUのプログラミングは複雑に聞こえるかもしれませんが、実際には、PLCSに慣れていない人であっても、ユーザーフレンドリーになるように設計されています。これがそれがどのように機能するかを簡単に見てみましょう：
プログラミングソフトウェア：TIAポータル
Siemensは、Simatic S7-1200 CPUのプログラムに使用されるTIAポータル（完全に統合された自動化ポータル）と呼ばれるソフトウェアを提供します。 TIA Portalは、CPUのセットアップと実行に関連するすべてのもののワンストップショップです。シンプルで視覚的なインターフェイスがあり、プログラムを作成したり、テストしたり、CPUに送信したりできます。
TIAポータルはWindowsコンピューターで利用でき、SiemensのWebサイトからダウンロードできます（基本的な使用には無料で、高度なバージョンにはライセンスが必要です）。ソフトウェアには、プログラミング用の「ステップ7」や、センサーの測定値やマシンステータスなど、CPUからのリアルタイムデータを表示する監視画面を作成するための「WinCC」などのツールが含まれています。
プログラミング言語
Simatic S7-1200 CPUはいくつかの言語を使用してプログラムできますが、最も一般的な言語は次のとおりです。
- はしご論理（LAD）：これは、最も古く、最も人気のあるPLCプログラミング言語の1つです。さまざまなアクションを表す「ラング」を備えた電気回路図のように見えます。あなたが電気の基本的な知識を持っているなら、それは簡単に理解できます。たとえば、ラングには、左側に「コンタクト」（センサー信号など）があり、右側に「コイル」（モーター出力のような）があり、接点が閉じられた場合（センサーが何かを検出します）、コイルがエネルギーを与えます（モーターがオンになります）。
- 構造化されたテキスト（ST）：これは、コンピュータープログラミング言語のようなもので、「if」、「then」、「else」などの単語を使用するコードの行があります。サイズに基づいてコンテナに入れる製品の量を計算するなど、より複雑なタスクに適しています。たとえば、「container_size=large then then fill_amount：= 1000; else fill_amount：= 500; end_if;」
- 関数ブロック図（FBD）：これは、ブロックを使用してさまざまな関数を表します。これは、行に接続されて、データの流れがどのように流れるかを示します。プロセスで複数のステップを制御するプログラムのように、特定の種類のプログラムで視覚的で簡単にフォローできます。ブロックは「タイマー」関数を表す可能性があり、線が始まるときと時間がなくなったときに何が起こるかを示します。
簡単なプログラムを書く
センサーがオブジェクトを検出したときに、Simatic S7-1200 CPUをプログラムしてライトをオンにしたいとします。 TIAポータルを使用して、はしごの論理でそれがどのように機能するかは次のとおりです。
- TIAポータルを開き、新しいプロジェクトを作成します。リストから使用している（1214cなど）Simatic S7-1200 CPUモデルを選択します。
- 「プログラムブロック」セクションに移動し、新しいはしごロジックプログラムを作成します。
- 最初のラングでは、ツールボックスから「通常開いている連絡先」をドラッグし、センサーに接続された入力ポート（I0.0など）に割り当てます。
- ツールボックスから「コイル」をドラッグし、それをライトに接続した出力ポートに割り当てます（q0.0など）。コイルに連絡先を線で接続します。
- プログラムを保存し、USBケーブルまたはイーサネット接続を使用してSimatic S7-1200 CPUにダウンロードします。
センサーがオブジェクトを検出すると、I0.0を入力するために信号を送信し、接点を閉じます。これにより、ラングが完了し、Q0.0のコイルに電力が送信され、ライトがオンになります。 TIA Portalでは、「シミュレーション」モードを使用してCPUに接続せずにプログラムをテストすることもできます。このモードでは、連絡先をクリックしてセンサー信号を模倣し、出力が予想どおりに機能するかどうかを確認できます。
製造におけるSimatic S7-1200 CPUアプリケーション
Simatic S7-1200 CPUは、幅広い製造設定で使用されています。いくつかの一般的な例があります：
組立ライン
自動車工場または電子工場では、組立ラインには多くのステップがあります。 Simatic S7-1200 CPUは各ステップを制御でき、適切なタイミングで部品があるステーションから次のステーションに移動するようにします。たとえば、スマートフォン工場では、CPUはロボットアームに画面を拾って電話ボディに置くように指示する場合があります。 Visionセンサーを使用して画面が正しく整列されているかどうかを確認できます。そうでない場合は、ラインを停止し、技術者に問題を修正するように警告し、障害のある電話が作成されないようにします。
包装機
包装機は、容器を充填し、密閉し、正確にラベルを付ける必要があります。Simatic S7-1200 CPUマシンの速度を制御し、各容器が適切な量の製品を取得するようにすることができます。ジュースの瓶詰めラインの場合、CPUはフローセンサーを使用して、各ボトルにジュースが注がれる量を測定する場合があります。量が低すぎるか高すぎる場合、CPUは流れを制御するバルブを調整します。また、ラベルがカメラを使用してまっすぐに適用されていることを確認し、標準を満たさないボトルを拒否することもできます。
食品と飲み物の生産
食品工場では、物事を清潔に保ち、適切な温度に保つことが安全のために重要です。 Simatic S7-1200 CPUは、オーブンまたは冷蔵庫の温度センサーを監視し、熱くなったり寒すぎたりする場合は調整できます。たとえば、パン屋では、CPUはピザオーブンを正確に475度Fに保持する可能性があります。温度が460度Fに低下すると、CPUは加熱要素をオンにします。 490度Fに上昇すると、要素がオフになります。また、ミキサーからベーキングトレイ、そしてオーブン、そして最後に冷却ラックに生地を移動するなど、さまざまな生産段階に食物を移動するコンベアベルトを制御できます。
水および廃水処理
水を処理する施設でさえ、Simatic S7-1200 CPUが役割を果たします。ろ過システムを介して水を移動するポンプを制御し、治療プロセスの各ステップが正しい順序で発生するようにします。たとえば、CPUは最初にポンプをオンにしてフィルターを介して原水を送信して大きな粒子を除去し、次に別のポンプをオンにして細菌を殺す化学物質を追加する場合があります。センサーを使用して水中の化学物質のレベルを監視できます。たとえば、CPUが水を安全に飲むことを確認するために、CPUがさらに追加する場合、センサーを使用しても監視できます。
Simatic S7-1200 CPU対その他のPLC
市場には多くのPLCがありますが、なぜSimatic S7-1200 CPUを選択するのですか？他のオプションと比較しましょう。
サイズとスペース
Simatic S7-1200 CPUはコンパクトで、ほとんどのモデルの長さは10インチ未満、高さは5インチ未満です。これは、コントロールキャビネットにあまりスペースを占有しないことを意味します。これは、フードトラックや小さな包装機でスペースが制限されている小さな工場や機械で大きな利点です。 Allen-Bradley Micro800のような他の一部のPLCはサイズが似ていますが、Siemens S7-300のような古いモデルははるかに大きく、より多くのスペースが必要です。
使いやすさ
前述したように、Simatic S7-1200 CPUは、特にTIAポータルを使用して、プログラムしてセットアップしやすいように設計されています。ソフトウェアには、一般的なタスク（モーターの制御など）のチュートリアルと事前に作成された「機能ブロック」が含まれています。これは、プログラムを作成するときに時間を節約できます。 Mitsubishi FX5のような他のブランドの一部のPLCまたはモデルには、より複雑なプログラミングソフトウェアがあり、新しいユーザーが開始するのが難しくなる可能性があります。 TIA Portalでは、CPUにワイヤレスで接続することもできます。そのため、プログラムまたは監視するために物理的に隣にいる必要はありません。
料金
小規模から中規模のアプリケーションの場合、Simatic S7-1200 CPUは、機能とコストのバランスが良いです。価格は基本モデル（1211cなど）で約200ドルから始まり、より強力なモデル（1217cなど）で最大800ドルになります。これは、他のミッドレンジPLCSの例と競争力があります。Allen-Bradley CompactLogix 5380は約500ドルで始まり、Mitsubishi FX5-32et/Dの費用は約300ドルです。 Simatic S7-1200 CPUは、市場で最も安価なPLCではありません（中国のブランドの基本モデルの一部は100ドル未満です）が、信頼できるパフォーマンスとSiemensのカスタマーサポートが付属しているため、多くの企業に投資する価値があります。
互換性
Simatic S7-1200 CPUセンサー、モーター、ソフトウェアなど、他のシーメンス製品とうまく機能します。これにより、Siemensコンポーネントを使用して完全なシステムを簡単に構築できます。たとえば、追加のアダプターを必要とせずにSiemens SimoticsモーターをCPUに直接接続し、TIAポータルを使用してCPUとモーターの両方をプログラムできます。他の一部のPLCは幅広いブランドと互換性がありますが、1つのメーカーからすべてを備えていることで、セットアップとメンテナンスを簡素化できます。何か問題が発生した場合は、複数の企業を扱う代わりに、Siemensにサポートのために連絡することができます。
Simatic S7-1200 CPUトラブルシューティングのヒント
最も信頼性の高いデバイスでさえ、時々問題を抱える可能性があります。 Simatic S7-1200 CPUとそれらの修正方法に関するいくつかの一般的な問題を次に示します。
CPUはオンになりません
まず、電源を確認します。 Simatic S7-1200 CPUは通常24V DC電源で動作するため、電源が正しい電圧に設定されていることを確認してください（CPUを損傷する120V ACではなく）。電源ケーブルがCPUと電源の両方に正しく接続されていることを確認してください。電源を電圧計でテストして、24Vを出力しているかどうかを確認できます。電源がオンになっているが、CPUがまだ起動しない場合は、CPUのステータスライトを確認してください。赤いエラーライトがある場合、ハードウェアの問題である可能性があります。その場合、シーメンスのサポートに連絡するか、CPUを交換する必要がある場合があります。
応答していないセンサーまたはアクチュエーター
センサーがSimatic S7-1200 CPUにデータを送信していない場合、またはアクチュエータ（モーターなど）がCPUの信号に応答しない場合は、配線を確認してください。ゆるいワイヤーまたは破損したワイヤは一般的な原因です。工場でのすべての接続が緊密な振動であることを確認してください。信号を破壊する可能性のあるカットまたは擦り切れたワイヤを探してください。また、CPUのI/Oポートをチェックして、それらが損傷していないことを確認することもできます。ポートが曲がったり汚れたりすると、良好な接続ができない場合があります。センサーまたはアクチュエータを別のポートに接続して、その動作が機能するかどうかを確認してみてください。元のポートに故障している可能性があります。
通信エラー
Simatic S7-1200 CPUが他のデバイスやTIAポータルに接続できない場合は、ネットワークケーブルを確認してください。イーサネットケーブルは、特に段階的または引っ張られている場合に損傷を受ける可能性があります。別のケーブルを使用して、それが問題を修正するかどうかを確認してください。 TIAポータルのネットワーク設定が、CPU-BOTHの設定が同じIPアドレス範囲（192.168.0.xなど）が必要であることを確認してください。モニターを接続する（一部のモデルには表示）またはTIAポータル「オンラインアクセス」ツールを使用して、CPUのIPアドレスを確認できます。 CPUまたは実行中のTIAポータルを再起動すると、コミュニケーションの問題を修正できる場合があります。家庭用ルーターを再起動すると、インターネットの問題を修正できます。
予想どおりに機能していないプログラム
あなたが書いたプログラムがそれが想定されていることをしていない場合、TIAポータルに戻り、プログラムを段階的にテストしてください。 「モニター」関数を使用して、シグナルがプログラムを流れる方法を視聴します。これにより、センサーの入力がオンになっていないかどうか、または出力が詰まっているかどうかを確認できます。間違った出力に接続されているセンサー入力（たとえば、ヒーター出力の代わりにモーター出力に接続された温度センサー）など、ロジックの間違いを探します。プログラムが入力と出力に対して適切なアドレスを使用しているかどうかを確認します。センサーにI0.0の代わりにI0.1を誤って使用した場合、センサーがトリガーされたときにプログラムは反応しません。また、プログラムをTIA Portalのライブラリのプログラムと比較して、ステップを逃したかどうかを確認することもできます。
結論
Simatic S7-1200 CPU産業システムをスムーズに稼働させる上で大きな役割を果たす用途の広く信頼できるPLCです。コンパクトな設計と使いやすいプログラミングソフトウェアから、製造、食料生産、水処理における幅広いアプリケーションまで、メーカーの間でお気に入りであるのも不思議ではありません。サイズ、電力、コストのバランスは、中小サイズの自動化タスクに最適な選択となり、他のシーメンス製品や堅牢な通信機能との互換性により、より大きなシステムに簡単に統合できます。
SIMATIC S7-1200 CPUを最大限に活用するための鍵は、基本から始めることです。ハードウェアコンポーネントを理解し、はしごロジックやその他の言語を使用してTIAポータルでプログラムする方法を学び、コミュニケーションのエラーやプログラムの間違いなどの一般的な問題のトラブルシューティングを練習することです。時間と経験があれば、この強力なデバイスを使用してあらゆる種類の産業プロセスを制御し、工場をより効率的、安全で、生産的にすることができます。産業用オートメーションを始めたばかりであろうと、現在のシステムをアップグレードしようとしている場合でも、Simatic S7-1200 CPUは知る価値のあるツールです。
