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ホーム > WEBマガジン SHINKAWA Times > メカトロニクス技術講座 > メカトロニクス技術講座 巧妙性実現の手段群(10)
掲載日:2016年01月13日

2 巧妙性実現の手段群(10)

2-3 W・T・MACS の他の要素群

[ C ]コントローラとインターフェイス

【「オン・オフ型」と「数量型」】 

今回は、W・T・MACS の (C)コントローラ(図 1-14 自動化の要素参照)について述べます。

コントローラは信号を入力として情報処理操作を行い、その結果に応じてアクチュエータに駆動命令を出すものです。

当然考えられることは、等速型アクチュエータに出す命令はオン・オフだけですが、可変速型のアクチュエータには、速度や出力を指定する方式の命令が必要です。たとえば速度を速めようとしたら、出力電圧を上げるとか流体の流量を増やすとかしなければなりません。

従って単純なオン・オフ出力ではなく、数量型の出力が必要となります。

最近は多くの可変速度アクチュエータが数値制御式になってきていますが、可変速アクチュエータのすべてが数値型だけとは限りません。特に前節のサーボモータなどは、現在では殆ど数値制御式のコントローラを用いていますが、本来は電流の量の制御によるものなのです。また、油圧シリンダに与える油の流量の制御も必要なことがあります。

つまり「数」と「量」のいずれかを制御する必要があるのでコントローラの出力を「オン・オフ型」と「数量型」とに分類します。

インターフェイスの必要性

ところで図 1-17(a)で、入力に「信号」とあるのを見てください。「電気信号」とは書いてないのです。 空気圧信号でも磁気信号でもいいのです。

また電気信号でもリミットスイッチやリレーなどの接点の振動で、多数回の高速オンオフ信号(チャタリングと言います)に見えたりすることもあります。

しかし、最近のコントローラでの情報処理はコンピュータをはじめとして電子回路(エレクトロニカル・サーキット)によるものが最も便利になっているので、その手法で操作できるように入力信号の形を整えなければなりません。もちろん後述するように電子回路に限ったとは言えませんが、どの方式を用いるにせよ入力信号という情報を、それを処理するのに適した形に整えるための準備動作部分が必要で、これを「入力側インターフェイス」と呼びます。

 

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図 1-17(a) W・T・MACS の要素分類

次に、入力インターフェイス経由でコントローラが受けた信号をソフトウエアが情報処理して、たとえば「玄関に人が来た」ことを認識し、ドアを開けるモータに駆動命令を与えるとします。

ところが、最近の情報処理装置の中ではごく微弱な電流量で超高速の処理を行っているので、情報処理を終えたばかりの出力信号のエネルギは極めて微小です。

 

情報処理のエネルギが最近どんどん小さくなってきた理由は、往年の情報処理技術者が「情報が情報として成り立つためには、情報の持つエネルギ量は無関係である」ということに気が付いたからかもしれません。

会議室のホワイトボード一杯に「モータ駆動」と書いても、達人が小さな米粒に「モータ駆動」と書いても「モータ駆動」と読める限りは全く同じ情報です。

しかも処理速度を上げるためにパルスの時間幅を最小限にしてきたので、情報処理装置内の情報エネルギは極度に小さくなっていて、外部の電波などによっても誤動作してしまうような可能性がでています。

われわれ機械を駆動する者から見れば、少し省エネにし過ぎて信頼性があやしくなっていると考えてもおかしくありません。

例えば心臓の動悸を整えるペースメーカなどの場合は埋め込んだ電池をできるだけ長持ちさせるためにぎりぎりの省エネ回路が必要です。そのため体内の配線がアンテナ効果で外部の電波を受けて起電力が発生すると、誤動作の恐れがあることは当然ですが、これは省エネにし過ぎたとは言えないでしょう。

さてそのような微少エネルギでは、例えば数 10 ワットの入力を必要とするモータを駆動することなどできないので、その出力信号を増幅しなければなりません。これが「出力側インターフェイス」です。

結局、図 2-26 のようにコントローラの入力側・出力側の両側にインターフェイスが必要となります。

図 2-25 は、その実際の回路の例を示します。

出典:実践 自動化機構図解集 (日刊工業新聞社) P48

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図 2-25 I/O ボードとインターフェイス回路の例

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図 2-26 コントローラにはインターフェイスが必要:図 1-17(a)に追加

次回は、制御回路の構成・1 類、2 類、3 類について説明します。

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「生産性向上とメカトロニクス技術講座」バックナンバー

  1. 本講座の目次
  2. 生産設備の構成要素(1)工場はすべて作業ユニットの集合.....
  3. 生産設備の構成要素(2)作業ユニットは W・T・MACS から成り立つ.....
  4. 生産設備の構成要素(3)フィードバック信号をどこから取ったか.....
  5. 巧妙性実現の手段群(1)メカニズムの速度特性の活用と加速度/直進テーブルの往復動作実験.....
  6. 巧妙性実現の手段群(2)メカニズムの速度特性の活用と加速度/物は加速度で動かされる(その1).....
  7. 巧妙性実現の手段群(3)メカニズムの速度特性の活用と加速度/物は加速度で動かされる(その2).....
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  11. 巧妙性実現の手段群(7)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムの力特性の活用.....(その2).....
  12. 巧妙性実現の手段群(8)円と直線の組合せが面白い第1世代・ヒンジとスライドのシステム/メカニズムによる力特性の活用法
  13. 巧妙性実現の手段群(9)MACS の要素群/アクチュエータの各種と分類
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株式会社新興技術研究所 熊谷 卓 による「生産性向上とメカトロニクス技術講座」は、クリエイティブ・コモンズ

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