ロボットを制御する制御盤とは?構造や注意点を解説!

    こんにちは!産業用ロボットの情報を発信するROBoINです![◎△◎]

    今回は、ロボットの制御盤についてお伝えしようと思います。
    制御盤は、ロボットと工場のラインをつなぐ大切な部品ですが、その外側を見たことがある人は多くても、中身の構造についてご存じの方は少ないのではないでしょうか。
    制御盤とはなにか、そして制御盤の構造、注意点、清掃について、お届けします。

    ロボットの制御盤とは?

    ロボットの制御盤は、ロボットコントローラといいます。ロボットコントローラは各メーカーでサイズや仕様も変わってきます。そして作業者からの起動信号を受信しロボットコントローラに指令を与える制御盤があります。

    制御盤というと一般的に後者の盤になり、PLCなどを含む電気部品を全部まとめた盤になります。ロボットや周辺機器を含め全体を制御する盤なので、制御盤です。つけられたボタンを通じて、全体を管理し、ロボットを操作するための装置となります。

    とても小さく作られている制御盤もありますし、大型の制御盤も存在します。
    入力の信号と、出力の信号を取り持ち、以下のような構造を持ちます。

    [ボタンやスイッチ] ー [制御盤] ー [電磁弁やモーター] 

    といった装置間を取り持ってくれる機能を果たします。
    制御盤を通じて、人とロボットがつながり、製造ラインとロボットもつながっていきます。

    上記の流れを言い換えると

    作業者が起動スイッチを押す ― 制御盤にて起動信号を処理 ― ロボットコントローラが信号を受信 ― 動作開始指令がロボット本体へ ― 動作

    となります。異常信号の場合は逆の流れになります。これらはロボットに限らずコンベアなども同様に動作制御されています。

    起動スイッチなどは制御盤の扉に設置するか操作ボックスを設けます。スイッチを取り付ける場合、制御盤のスペースを奪うことや配線処理が多くなることからタッチパネルを設けることも多いです。

    ロボットの制御盤の必要性

    制御盤は、普通ロボットSIerに頼んで作ってもらう場合、アームと制御のための回路がセットで納品されることとなります。
    ただ、ロボットを実際の現場に配置しようと思ったら、製造ラインとの間でシグナルを交換する必要が生じます。

    動作をスタートする、動作を終了する、エラーが起きたのでストップする、といった通知を受けとる制御盤は、電気回路よりもレベルが高い知識が必要になってきます。

    制御盤にある部品

    制御盤には、とてもたくさんの部品が存在します。
    すべてを紹介しきることはできないので、代表的な部品をご紹介します。

    ●ブレーカ ・・・ ELB、NFB、CPは必須の機器です。ELBは漏電を検出した際に遮断して、感電を防止する目的で作業者を守ります。NFBは短絡等によって異常な過電流が流れた際に、機器を保護するために設置します。CPはそれらの二次側に設置しより安全にします。

    ●リレー ・・・ 外部からのシグナルを、電気回路を使ってコントロールします。

    ●スイッチ ・・・ 回路のオンとオフをコントロールします。タッチパネルに置き換えることも多いです。

    ●PLC ・・・ ロボット含め設備全体の脳にあたる機器です。入出力ユニットや外部との通信をするユニットなど仕様にあわせユニットを構成し制御します。

    ●トランス ・・・ 電圧を自由自在に変えられる便利な装置です。国内では24V、100V、200Vが一般的になります。

    ●インバータ ・・・ 周波数を変更して、モーターをコントロールします。

    ●マグネットスイッチ ・・・ 内蔵の電磁石を利用することで、電気的に接点の開閉を行うスイッチです。

    このような感じで、代表的な電子部品があります。

    ロボット制御盤を取り扱う際の注意点

    では、ロボットの制御盤を取り扱う上で、注意点はどのようなものでしょうか。 まず、防塵防滴かが非常に重要です。IP67は満たしておくとよいでしょう。IPコードと呼ばれ、「IP」に続く3文字目の数字が「防塵性能(固形物に対する保護等級)」を、4番目の数字が「防水性能(水の侵入に対する保護等級)」を意味します。 つまり、今回の「IP67」でいえば「防塵性能は6級で、防水性能は7級ですよ」ということを表しています。

    電子機器なので、埃に弱く、掃除せずに放置するのも性能の劣化を招きます。
    ほこりは何かとよくなく、故障やトラブルの原因となり得ます。掃除をしないということはやめましょう。

    外面の汚れ、中身の確認、清掃を行って、丁寧に慎重に扱っていただけると、制御盤が長持ちして、イコール、ロボットの活動耐久時間も長くなります。
    反対に、管理が行き届いていない状態だと、ロボットの劣化も早くなってしまい最終的にはコストがかさんでしまいます。

    制御盤の掃除道具は以下のものを揃えておくとよいでしょう。

    ●感電しない非金属のはけ
    ●ぞうきん(ウェス)
    ●エアダスター
    ●掃除機
    ●送風機

    どれも簡単に手に入るものばかりです。

    掃除やメンテナンスの際は、電源を切ってから行ってください。
    電源ケーブルもちゃんと抜かないと、感電や短絡を起こす可能性があり非常に危険です。
    一人で作業を行わず、複数人で各電源供給源が切れていることを確認してください。
    このとき、抜いたケーブルにカラーテープ等で目印をつけておくと、清掃後の復帰作業が簡単になります。
    また、ケーブルを抜いたあとも内部には電力が残っています。
    10~15分程度待って放電処置を行ってから清掃作業を行うことをおすすめします。

    放電処置後は大きな電流が通ることがないため感電の恐れはないですが、制御盤の中には、繊細な電子部品もあります。
    中には静電気で壊れてしまうものも存在するため、注意が必要です。

    ありがちな例をあげると、ブラシ付きの掃除機で軽く擦りながら埃を除去すること。
    髪の毛に下敷きを擦り合わせて、静電気で髪の毛が下敷きにくっつく、なんて遊びしたことありませんか?
    同様に、掃除機のブラシと制御盤でも静電気が発生し、電子部品を壊してしまう可能性があるため、注意が必要です。

    掃除後は、制御盤の中に荷物を忘れないようにして、ちゃんと掃除しきったか、外れた部品や回路はないか、ちゃんと電源やブレーカーが消えているか、なども確認してください。

    メンテナンスそのものは非常に地味な作業です。
    しかし、パフォーマンスを高めていくためには、何より大切な手順です。
    掃除そのものは面倒でも、その価値やROI(投資対効果)はとても高い作業ですので、日々のメンテナンスをぜひ前向きにやってみてください。

    最後に

    今回は、産業用ロボットの制御盤についてお届けしました。制御盤とは、ロボットの頭脳の部分でもあり、同時に表情(顔)の部分でもあります。
    外界とロボットをつなぐので、表情という表現が正しいでしょうか。

    制御盤は、複雑な回路の集積ですので、非常にデリケートで扱いが大変です。
    外から見ると、ボタンのついた単なる箱なので、気軽に押してしまいがちですが、慎重に操作も行ってください。
    ロボットに万が一のことが起きないよう、丁寧かつ動作をしっかり理解した上での操作が必要です。

    制御盤は、ロボットのみならず、多種多様な工業製品でも使われており、その構造は似ています。
    今回は、ロボットの分野を飛び出して、制御盤全般についてお届けしました。

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