制御盤は制御装置が入っているボックスの事です

制御盤はビルの空調や照明、ポンプ、エレベーターを自動で動かしている装置です。人間がその都度スイッチを入れていたのでは大変な労力がかかります。そればかりでなくその場を離れることができなくなります。

人件費を抑えて生産性をアップする為には不可欠な装置です。特にオートメーション化がすすめられてする工場などで利用されています。また制御盤の中には電気を流す為ブレーカをはじめ機械を自動でコントロールする為に、必要な様々な制御装置が入っています。工場や野外で使われることが多い為頑丈な鋼鉄やステンレスが用いられています。

制御盤の中にはそれを動かしている「シーケンサー(PLC)]と言う制御装置が入っています。様々な機械の指令を出しており制御盤の頭脳の役割をしています。代表的なものが信号機でプログラミングにより青・黄・赤の順番に点灯させたり、点灯の時間を決めたりしています。

自動販売機もシーケンサーのプログラミングにより動かしている機器の一つで、入金の情報とジュースの選択を的確に判断しています。制御盤を扱う業者の中には依頼者と打ち合わせを行い設計から板金塗装製作、そして工事まで行います。

その後長く使ってもらう為にメンテナンスも行っている業者があります。最も大切な制御装置のシーケンサーのプログラミングは、各工場の生産ラインに留まらず、一般家庭でも自動化や省力化の為に不可欠な存在になっている制御装置を、予め定められた条件に従ってコンピューターを動かすために制御の組み合わせを行い依頼者のニーズに応えています。

制御盤を利用したプラント管理のメリット

現代の工場などのプラント管理はコントロールセンタで行われることも多くなっていますが、コントロールセンタの機能はプラントごとのコンピューター制御が中心となるため、コンピューターによる制御ができない旧型のプラントの制御や新旧プラントの連携については対応できない面が少なくありません。 Continue reading 制御盤を利用したプラント管理のメリット

設置環境による制御盤の役割

制御盤とは接続されている各種機器に電源を供給したり、自動でコントロールできる装置を単独、または統合して格納するケースまたはボックスのことをいいます。

屋外や工場内など過酷な現場に設置されることが多いため、耐久性の高い鋼鉄やステンレス、強化プラスティックなどの素材を用いた筐体が扱われます。自動化の進んだ工場では制御盤を使うことにより、様々な作用をオートメーション化して作業環境の改善、人件費の軽減などを行っています。

制御盤の中には電源装置のブレーカーやシーケンスと呼ばれる統合制御装置が入っており、工場内ではベルトコンベアーやクレーンやリフトなどの操作などが自動で行われます。ビルやマンションなどでは、空調や照明にエレベーターやエスカレーターなどに使われ、非常用の照明や電源設備などにも使われています。人の動きに対して機器の動作を制御する機能や、屋内の異常などを感知して警報を出すなど、防災設備や器具にも広く使われいます。

近年ではITの普及に伴い、コピー機などの事務機器をはじめ、工場内の各種機械にもインターネット接続が施され、リアルタイムな機器の情報が直接メーカーに送信されるような制御も行われています。これにより異常やトラブルを瞬時に解析し、対処できるようになり、メンテナンス状況も容易に把握できるようになります。

電源供給やオートメーション機能も含め、近年ではITと連携した制御機能を有するものも増えて、作業工程の広がりや機械装置の発展などに伴い、制御盤を取り巻く環境も進展を見せています。

制御盤を改造して操作性を向上しよう

工場において制御盤は多くのブラントを集中制御する上で非常に便利なものですが、既存のものではその機能に不足がある場合も少なくありません。

プラントによっては制御の方法が異なる場合もあり、単純に電源を切断しただけでは大きなトラブルを生んでしまうものもあるため、場合によっては制御の方法を変更する必要がある場合もあります。

そのため効率よく制御行うためには、制御盤の改造が必要になる場合もあります。制御盤は基本的には簡単な電子回路で構成されている場合が多いため、比較的改造が簡単にできるのが大きな特徴です。専用の制御ユニットを組み込むだけで、全体との連携がスムーズにできるケースも多く、またプラントを安全に停止できるようになるため、必要に応じてしっかりと行っておくことが重要です。

さらに大切な機能として、非常時の緊急停止機能があります。これはプラントに不具合が発生した場合に緊急停止させるものですが、この機能はシステムを理解していない人であっても安全に停止できるよう、操作を非常にシンプルにしておく必要があります。この機能についても操作が複雑と感じた場合には改造を施し、単純な操作で安全に停止できるような機能を組み込んでおくことが重要です。

制御盤はグランドの状態を知るために様々な機能を持たせることが良いと考えている人が多いのですが、近年のプラントはコンピューター制御が多いため、このようなデータは直接制御システムに接続されていることが多いのです。

そのため制御盤は基本的な動作の制御を中心に行うように設計しておくことが重要です。

電子部品の基板実装について

電子機器に欠かせない電子部品はプリント基板への基板実装が必要不可欠です。電子部品にはリード部品とチップ部品の2つの種類がありますが、基板実装の中でもチップ部品は自動化が行われています

。チップ部品は部品に電極が設けられている電子部品の種類で、プリント基板のパターン面に直接半田付けが出来るなどの特徴があります。

パターン面側に部品を半田付けする事が出来るため、プリント基板が両面であれば、電子部品を両側に基板実装する事が出来ます。電子機器は小型化が要求されると同時に、従来よりも便利な機能を備えたものなどの要求があるため、電子回路はより複雑になる、これにより電子部品の実装数が多くなります。

チップ部品は実装密度を高める目的で誕生した電子部品で、チップ部品をプリント基板に半田付けする時には、SMTと呼ぶ実装機を使って作業が進められています。SMTは、最初にクリーム半田を電極部分に塗布し、指定の場所にチップ部品を配置して行きます。チップ部品の配置が完了すると、リフロー釜の中で高温度に加熱が行われ、クリーム半田が溶けて、チップ部品を半田付けしてくれます。

これらの作業はすべてがSMTで行われています。実装実装が完了になった後は、通電検査を行って製品への組みつけが出来るプリント基板が完成します。

通電検査の中では、プリント基板単位で、一定の回路に電流を流して、回路が正常に動作しているか否かを確認しています。

無鉛半田と基板実装について

基板実装とは電子部品をプリント基板に挿入もしくは配置して半田付けを行う作業の事を意味しています。電子部品を固定して導通状態にしてくれる半田は鉛が含まれているもので、スズに鉛を37%含有させたものです。

しかし、鉛は健康への害がある、地球の環境にも悪いなどの理由から、2006年7月にRoHS指令により、ヨーロッパ諸国において、製造およぶ販売が行われる製品の一部に、鉛の含有が禁止になるなど、基板実装においての変化が生じています。

これはヨーロッパ諸国だけではなく、全世界へと広まるもので、日本国内で製造する電子機器の中には鉛入り半田が使われていない、いわゆる鉛フリー半田と呼ぶものを使い、製造が行われるようになりました。鉛が入っている場合、融点温度が低いので半田付け作業が楽に出来る。

しかし、鉛が混入しない鉛フリー半田は融点温度が高く、半田が溶けにくいなどの特徴を持っています。また、1つの基板実装の中で、左側は鉛フリー半田、右側は鉛入り半田などのように、混在させる事は出来ません。融点温度は半田付けの作業性だけではなく、専用の部品が必要になります。

特に半導体は熱に弱いため、鉛フリー専用の電子部品が登場しています。基板実装の中でも半田付け作業は自動化が図られており、鉛入り専用の半田槽と鉛フリー専用の半田槽の設備が必要になります。

今後は鉛フリーが主流となり、鉛入り半田が廃止になると、基板実装を行う工場内の設備は鉛フリー半田槽のみで良くなります。

プリント基板メーカーから基板実装への事業拡大

大量生産の日本の民生用電子機器メーカーの多くは、基板実装・電子機器組立の多くを海外に生産移転しました。これは機械化が進んでもやはり機械操作等に製造マンが必要で、この人件費が安い国を求めて中国や東南アジアに生産シフトしたものです。

グローバルに価格競争がし烈な民生用電子機器ではこうした状況がありますが、比較的小ロット生産の多い、産業用電子機器では少し様子が異なります。基板実装や電子機器組立に掛かる労務費を追及して海外移転する場合、現地での生産指導等が必要で、小ロットの場合にはむしろ日本で生産をした方がむしろトータル費用が抑えられるからです。この様に産業用の電子機器では小ロット品を中心に国内生産が続いています。

しかし、そんな中でもコストを下げる必要性はあり、このために日本国内での生産分業が進んでいるのです。産業用電子機器メーカーは開発設計を行い、その設計された電子回路の回路図をCADでプリント基板のパターンに落とし、プリント基板を生産し、さらに基板実装まで行うメーカーが増えているのです。

これはプリント基板メーカーとしては付加価値を増大させる効果があり、産業用電子機器メーカーにとっては設計開発に集中し、そこで付加価値を確保する方が効率良い経営が出来るからです。所謂、Win-Winの関係としてタッグを組む事が可能なのです。

この様に、比較的小ロット生産の産業用電子機器の世界でも、それに最適な生産構造に静かに移行が進んでいるのです。

電子機器開発はシミュレーション

物を開発するときには、試作品などを作って設計の検証を行います。試作品の製作は、数量が限られているため高額な費用が発生します。そのため、何度もできるわけではありません。電子機器開発においても試作は重要ですが、シミュレーションによってほとんどの部分を確認することができます。

電子パーツの種類や配置は電子機器開発において重要な工程です。何も考えずに選択、配置することでさまざまなリスクが生じます。特に小型化する場合には、熱やノイズに注意する必要があります。電子機器開発に使えるシミュレーションとして、基板の配線があります。基板は、金属による導電体の部分と絶縁体を合わせて板状にしたものです。

小型化によって基板は1枚に見えても何枚もが重なった多層構造になっています。外側からではどの接点がどこに繋がっているかは確認できません。そのため設計時に接点から接点までの繋がり方をシミュレーションすることができます。繋がってはいけない部分や繋がっている必要がある場所などを確認することができます。

また、電子パーツの配置によって発生する熱をシミュレーションすることもできます。熱が一箇所にたまらないように熱源を分散する必要があります。ノイズについてもシミュレーションする必要があります。ノイズの原因となる電磁波は基板のパターンによって改善することができます。シミュレーションによって、できる限り確認を行い最終的に試作することでコストを抑えることができます。

電子機器開発のための試作

電子機器開発を行うときには何度かの試作を繰り返して商品化に繋げます。まず、顧客のニーズを集めて顧客の要求事項とします。すべての要求を満たすことは困難なため、どの要求事項が実現可能かを検討する必要があります。そのため部分的に確認するための機能モデルを製作します。

これが電子機器開発で行う最初の試作になります。この結果により決定した設計仕様に従ってプロジェクトを進めます。次に技術試作を製作します。これは設計仕様のうちデザインなどの動作に関係ないものを省いて動作が確認できるモデルを製作し、方向性を確認するものです。ここで設計の妥当性確認を行い、修正が必要な部分を見つけ出します。

技術的に全てが実現可能と判断したら、商品化に向けてデザインを含んだ設計を行います。このデザインには、見た目の他に熱分布やノイズ対策などの電子機器に悪影響を及ぼすような要素を最低限までに抑えることも検討しながら進めます。最終的に商品化試作を行い、量産化に向けて問題がないかを確認します。

設計検証といわれるもので、最初に設定した設計仕様を満たしているかをチェックします。このようにして、何度かの試作を繰り返して電子機器開発は進められます。最近では、商品化試作の前にシミュレーションによってある程度まで問題点を洗い出すことも行われています。こうして製品化が行われ、出荷されます。また、商品化が終了ではなく、常に改良を検討しながら製品の改善を行います。