制御設計とは
制御設計とは、産業や社会インフラなどの設備やシステムを効率的かつ安全に制御するための設計を行う技術分野です。産業用ロボットや製造装置、交通システム、エネルギー設備など、様々な分野で制御設計が活用されています。
制御設計の概要
制御設計は、設備やシステムの運転や制御を行うための仕組みを設計することが主な仕事です。これには、センサーやアクチュエータの選定や制御システムの設計、プログラムの開発、試験や検証、最終的な現地での実装もその範囲に含まれます。また、設備の性能や安全性を考慮し、制御プログラムの最適化や障害対策を行うことも制御設計における重要な要素として挙げられます。
制御設計の仕事内容
制御設計の仕事内容は多岐にわたります。以下は仕事の流れを示した一例です。
- 設備やシステムの運転や制御に関する要件をヒアリングし、設計の方向性を決定する
- センサーやアクチュエータの選定や配線、制御盤の設計を行う
- 制御プログラムの開発を行う
- 試験や検証を通じて設備やシステムの性能や安全性を確認し、必要に応じて改善を行う
- 運用中の設備やシステムのトラブル対応に対応する
制御設計の基礎知識
制御設計は、様々な設備やシステムの動作を制御するための設計を行う分野であり、製造現場や大型プラントなどを中心に幅広く必要となる分野です。制御設計にはいくつかの基礎知識が必要であり、ここではその一部を紹介します。
設備の制御にはPLCを用いる
各種製造メーカーの工場などにおいて、設備の自動制御を行うためにはPLC（Programmable Logic Controller）がよく使用されます。PLCは、主にラダーと呼ばれるプログラミング言語を用いて制御されるコンピュータです。
基本的な構成としては、入力信号を受け取り、プログラムに基づいて処理を行い、出力信号を生成します。
PLCおよびラダー言語の利点は、柔軟性の高さおよびその簡易さです。一定の専門知識は必要ですが、C言語やPythonなどといった汎用的なプログラミング言語と比べると、簡易に機械、設備の自動制御を行うことができます。
最近はPLCの高機能化も進んでおり、構成によっては非常に柔軟な制御を実現することも可能です。https://robokaru.jp/peripheral-equipment/plc/
信号のON/OFFに用いるリレーとは
リレーは、電気信号や電源をON/OFFするために使用される装置であり、制御設計において重要な役割を果たします。リレーは主にコイルと接点で構成されており、コイルに電圧をかけることで電磁力を発生させ、接点をON/OFFさせることができます。
リレーにも様々な種類があり、上で述べたコイルと接点を持つものや半導体を用いた無接点タイプのもの、安全回路用に設計されたセーフティーリレーなどがあります。
過去にはPLCも用いず、リレーのみで構成された設備がありましたが、近年はPLCにより機械や設備の制御を行うことが一般的です。
安全に配慮した設計が重要
制御設計において安全性は非常に重要です。設備や製品の制御が正しく行われない場合、人や環境への危険や悪影響を与える可能性があります。
安全に配慮した設計には異常検出と遮断機能の実装、安全規格の遵守、安全な人間-機械インターフェースの考慮、予防保護策の実施、フェイルセーフ設計の導入などが含まれます。これらの要素を適切に考慮し、高い安全性を持った制御システムを設計することが求められます。
制御設計における資格
制御設計の分野では、適切な知識とスキルを持つ必要があり、その技術を保有することの証明として資格を獲得すると良いでしょう。以下に代表的な制御設計に関連する資格を紹介します。
技能検定(シーケンス制御作業)
技能検定は、制御設計におけるシーケンス制御作業のスキルを測定するための資格です。制御回路の設計・組立・運転・保守などの実務スキルを持つことを証明します。
電気工事士
電気工事士は、電気設備に関する設計・施工・運用・保守などの業務を行うことができる資格です。制御設計においても、電気回路の設計や配線などのスキルを持つことが求められるため、制御設計に必要な資格の一つと言えます。
電気主任技術者
電気主任技術者は、工場や施設における電気設備の管理や監督を行うことができる資格です。制御設計においては、設計の監修や安全性の確保などの役割を担います。
E資格
E資格は、AIに関する知識、技能を測定する為の資格です。AI分野に特化した資格ですが、近年は制御設計においてもAIの知識・技能が求められるようになっており、取得することにより仕事の幅を広げることができます。
制御設計のやりがい
制御設計の仕事には、多くのやりがいがあります。以下にその一部を紹介します。
問題解決力の向上
制御設計は、工場や施設の制御システムを設計する際に、さまざまな課題や問題に直面します。例えば、効率的な生産ラインの構築や故障の防止、エネルギー消費の削減など、多岐にわたる制御課題を解決することが必要です。これに取り組むことで、問題解決力を高めることができます。
論理的思考力の向上
制御設計には、複雑な回路や制御ロジックを理解し、効率的な制御システムを設計するために論理的思考力が必要です。センサやアクチュエータなどの制御機器を選定し、制御ロジックを組み立てる際に、論理的思考を駆使して設計を行うことで、論理的思考力を向上させることができます。
実世界で成果が目に見える
制御設計の役割は、工場や施設の制御システムを設計し、実際の生産ラインや設備の動作を制御することです。その結果、生産性の向上や品質の向上など、実世界での成果が目に見える形で現れます。自分の設計が実際に生産現場で活躍する姿を見ることで、やりがいを感じることができるのです。
多様な業務内容がある
制御設計には、電気回路の設計や制御ロジックの組み立て、制御装置の選定・設定、評価・テストなど、多岐にわたる業務があります。そのため、単調な作業になりにくく、多様な業務に取り組むことができます。また、最新の技術や機器を使った制御設計の新しい手法やアプローチを学ぶことができるため、自己啓発ができる点も魅力的です。
制御設計に必要なスキルとは
制御設計の仕事には、特定のスキルが必要です。以下にその一部を紹介します。
論理的思考力のある人
前述したように、制御設計には論理的思考力が必要不可欠です。特に近年の制御機器は高機能化がすすでおり、技術の発展とともに複雑さも増しています。このようなシステムの設計やトラブルが発生した際の対応には論理的に物事を処理する能力が求められるのです。
数学的能力
制御設計には、数学的な知識や能力が必要です。例えば、ラダープログラムの設計においては普段使い慣れない2進数が使用されます。数学的な理論や計算を理解し、応用する能力が求められます。
プログラミング能力
制御設計では、主にラダー言語を用いた制御ロジックの開発や制御システムの設定・調整などが行われます。その為プログラミングスキルや制御用のソフトウェアの知識が必要です。最近は、IoT化の推進により、ラダー言語以外の言語によるコーディングが行われることも多くなってきました。
最近の制御設計の動向
制御設計の分野では、最近になって新しい技術の導入や動向が見られます。以下にその一部を紹介します。
IoT技術の理解と活用方法とは？
IoT（Internet of Things）技術の進化により、製造現場や施設の制御設計においても、センサデータの収集やリアルタイムのデータ解析、リモート制御などが可能になっています。IoT技術の理解と活用方法をマスターすることで、より効率的でスマートな制御システムの設計や運用が可能になります。IoT技術の導入はどの分野の機械、設備においても求められ、制御設計者として確実に抑えておきたい技術の一つです。
AI技術が制御設計にもたらす効果とは？
人工知能（AI）技術の進化により、制御設計においても機械学習やディープラーニングを活用した制御システムの開発や最適化が進んでいます。AIを活用することで、制御システムの効率化や品質向上が期待できるだけでなく、故障の予兆を検知し、停止やダウンタイムを最小限に抑えることができるのです。AI技術をも用いたFA機器も増えているため、これらの技術の特徴をしっかり抑えた上で制御設計を行うことが求められます。
まとめ
今回は、制御設計について基礎的な内容を紹介しました。
制御設計とは設備の制御を担当する仕事であり、その仕事内容は多岐に渡ります。制御設計に必要な基礎知識として、PLCやリレーについて触れ、安全性に考慮した設計が重要だということがわかっていただけたのではないでしょうか。
最近の制御設計の動向としては、IoT技術やAI技術の活用にも注目されており、制御設計はさらに広がりを見せています。興味のある方はこの世界に飛び込んでみてはいかがでしょうか。