IEC 61131-3とは？第4回 PLCopenの
モーションコントロール用

ファンクションブロック

Motion Control FBとは

PLC（Programmable Logic Controller）のモーション制御プログラムでは、ハードウェアに依存した記述を行っていました。例えば位置決め制御ユニットの場合、目標位置などモーション制御用のデータを所定のメモリエリアに書き込み、所定のリレーエリアを操作して動作の開始と停止を行います。

これらのアドレスはPLCベンダごとに異なりますし、同じPLCベンダであっても商品ごとに異なる場合があります。そのため、ユーザはPLCベンダごと、商品ごとにプログラミング方法を学習し、プログラミングする必要がありました。その解決に向け、Motion Control FBが提唱されました。

Motion Control FBの狙いは、動作仕様やインタフェース仕様の標準化によるソフトウェア再利用性の向上と、トレーニングコストの低減です。FBは、簡便性（Simplicity）や効率性（Efficiency）、IEC 61131-3との一貫性（Consistency）などが考慮された仕様であり、IEC 61131-3のラダーダイアグラム（LD）やストラクチャードテキスト（ST）などで使用できます。また、モーション機能ごとにFBが定義されており、2014年1月現在でPart-1 version2.0に45FB（単軸制御、多軸の同期制御）、Part-4 version1.0に38FB（補間動作、座標変換）が定義されています。

Motion Control FBのインタ
フェース

複数ベンダ間での標準化を担保するため、Motion Control FBのインタフェースには3つの実装要求レベルが定義されています（表1）。基本（B）は必須の変数ですが、基本の変数すべてを実装する必要はありません。

表1：実装要求レベル

代表的なMotion Control FBであるMC_MoveAbsolute（絶対値位置決め）の入力変数／出力変数の実装状況を、PLCopen® 認証済みの当社を含む国内外PLCベンダ4社のFBで比較した例を表2に示します。

MC_MoveAbsoluteはPart-1 version2.0の仕様です。各社の実装状況はPLCopen® の“Compliance Statement of MC Suppliers”に基づきます。表中の “Yes” は実装されていることを示します。

表2：MC_MoveAbsoluteの入力／出力変数の実装状況（2014年1月時点）

表2のように、PLCopen® の認証を受けたFBであれば、世界中のどのベンダのFBであってもインタフェースがほぼ統一されていることが分かります。ただし、認証を受けたFBでも基本（B）や拡張（E）の実装状況はベンダにより異なるので注意が必要です。基本や拡張の変数をより多く持つFBほど、ベンダ間での再利用性が高くトレーニングコストの低いFBだと言えます。

Motion Control FBの事例

より具体的にMotion Control FBを理解できるように、実際に使われている機器をベースに説明します。ここではオムロンの「Sysmacマシンオートメーションコントローラ NJシリーズ」と「マシンオートメーションソフトウェア Sysmac Studio」の場合について紹介します。

NJシリーズは、CPUにインテルのAtom™ プロセッサを採用し、I/O機器やドライブ用のネットワークにはイーサネットベースのEtherCATを採用するなど、オープンなアーキテクチャを導入していることが特徴です。また、Sysmac Studioは「IEC 61131-3」に準拠したプログラミング環境を提供しています。NJシリーズは、PLCopenに準拠したモーション制御命令（以下、MC命令）を搭載 しています。MC命令には、PLCopenの認証を受けたMC命令（表3）と、オムロン独自のMC命令を提供しています。

表3：PLCopenの認証を受けたMC命令

注：円弧補間は、独自MC命令を提供しています。

技術仕様書にはベンダ依存の項目があります。高精度なモーション制御の実現とプログラムの可読性向上の観点から、ベンダ依存項目に対してNJシリーズ独自の仕様を定義しています。その内容を表4に示します。

表4：NJシリーズの独自仕様

プログラミング例

図1のギア機構を、NJシリーズのMC命令を用いてLDで実装した例を図2に示します。主軸（MC_Axis000）は速度制御 MC_MoveVelocity、従軸（MC_Axis001）はギア動作MC_GearInを用います。また、軸状態や軸位置の取得には、軸変数を用います。

以下の条件をすべて満足したときに、従軸はギア比1:2のギア動作を開始します。

条件1：従軸が停止状態（MC_Axis001.Status.StandstillがTRUE）
条件2：主軸が目標速度に到達（AX0_INVELがTRUE）
条件3：主軸のフィードバック現在位置（MC_Axis000.Act.Pos）が180°を通過

図2の通り、メモリエリアやリレーエリアのアドレスなどハードウェア依存の項目は含まれていないことが分かります。また、主軸の速度制御、従軸のギア動作ともそれぞれ1つの命令で実現でき、視認性が高いことが分かります。

動作結果を図3に示します。主軸が目標位置に達しAX0_INVEL（ピンク色）がTRUEになった後、主軸のフィードバック現在位置（黄色）が180°を超えたところでMC_GearInが起動され、従軸のフィードバック現在位置（黄緑色）が変化しています。主軸と従軸が同期したらAX1_GEARIN_INGEAR時点（橙色）がTRUEとなり、以降は1:2のギア動作を行っていることが分かります。