PLCの冷却の重要性
おかさん、ハイ、このチャンネルでは、宮古のほとり、滋賀県に住むあらかん、まもなく60歳、定年を迎えるはずだった会社を希望退職で辞めて、セカンドキャリアを歩き始めたおかさんが、仕事、生活、人生についてゆるーくお話しします。
おはようございまして、みなさん。こんにちは、おかさんです。夜につつ暑い日が続きますよね。いかがでしょうか?夏場で大丈夫ですかね?
今日はね、8月16日、2025年8月16日。先週少しね、雨が続いて、少し暑さが和らげたかなと思ったけど、また、昨日ぐらいから暑さが復活してきて、
今日、ここ滋賀県では36度、京都は37度とか、熱中症警戒アラートが出るような気温にまた戻ってきてしまいました。はい、暑さが続いて大変ですよね。
今日はね、2ヶ月に1回、ルースフ月にあって特別企画でね、ものづくり系ポッドキャストの日。私も、このおかさん、はい、ものづくり系ポッドキャストの仲間に入れていただいているんですけど、ありがたいですね。
で、今月のものづくり系ポッドキャストの日の共通テーマが、冷却、冷やす、冷却っていうテーマなんです。でね、いつもね、ものづくり系ポッドキャストの日に、ものづくりの真正面のテーマ、真正面に答えずにちょっとね、斜めからの話をすることが多いんですけど、
今日は珍しくですね、冷却に真正面から向き合ってみたいなと思います。で、私、おかさんとものづくりの接点といえば、PLC、プログラマブルロジックコントローラーってね、工場の機械を動かすためのコンピューターですね。
私、ずっとPLCの開発とか営業支援とか商品企画、マーケティングをずっと34年間やってきて、PLC一筋だったわけですけど、そのPLCの冷却についてね、簡単にお話ししてみようかなと思います。
PLCもね、電子機器、コンピューター、パソコンとかスマホと同じコンピューターなので、熱くなるとやっぱりね、誤動作をする心配があると。
さらにね、一般的なコンピューターとか、民生機器っていうんですかね、一般的な電子機器よりも過酷な環境で使われる、産業電子機器、英語でインダストリアルグレードとか言いますけど、過酷な環境で使われることが多いので、より高い温度で動くことが求められるんですよね。
一般的な電子機器、スマホとかは、カタログとかホームページ見ると、5℃から35℃っていうのが推奨動作温度範囲なんですよね。
なので35℃を今ね、超えますよね、気温がね。今時、猛暑日とか。だからその中でスマホを使うっていうのは、推奨動作範囲を超えて使っているっていうことで、非常に過酷な環境。だから誤動作してもおかしくないというわけですね。
産業用の電子機器、PLCなどは、一般的に0℃から55℃が推奨動作範囲にされていることが多いんですよね。なので、一般的なコンピューターよりも20℃、余計に高い温度で動く必要があると。
なので、このますます冷やす、冷却っていうのは重要になってくるんですよね。じゃあ、PLCとか産業用機器を高い温度で使うためにどんなことをやっているんですかと。
基本的には冷却をしなくてもいいように設計したりテストをしたり部品選定をしたりするんですよね。コンピューターとかだとファンがついてしまう。
ブイーンってなる。PLCとかそういったファンを使わずに、普通に冷却をせずに動かすと。大きさもコンパクトにすることが求められるし、あとは10年とか超えて使われるケースもあるので、
やっぱり寿命が期待されると。なので、できるだけファンのような可動部、動くものがない状態で製品を設計開発するというのが期待されると。なので、冷やさなくてもいいように工夫をするわけですよね。
どのような工夫をするかというと、まずは熱設計といいますけれども、熱くならないように設計をするというのが基本なわけですよね。熱を出さないとか。
例えば、熱を発生しやすいような、例えば抵抗とか電源の回路とかね。熱を持ちやすいものをプリント基板、電子回路で近くに置いておくと、熱がこもって温度が高くなりやすいと。
だから分散して配置をするとか、あとは熱が出にくいように定格という、ここまで使ってもいいですよというよりも、少ない電流とか電気を流して温度ができるだけ出にくくする。
当然、性能が求められるので、ちゃんと性能を発揮するようにギリギリ低い、最大定格というんですけど、ここまで使ってもいいですよというところよりも低いところで使うと。
そういうのをディレーティング設計とか言ったりしますよね。電流とか電圧とか電力に余裕を持たせて使うとか。あとはね、温度が高くならないようにって言うんじゃないんですけど、温度が高くなると誤動作しやすいようなもの。
例えばアナログ回路って言うんですけど、アナログ回路っていうのはデジタル半導体とかよりも温度の変化に敏感なんですよね。だからそういったものは熱を出すようなものから離したりとかっていうふうに使うと。
あとはコンピューターで言うと、発信機って言うんですけどね、推奨、クロックとかって言い方します。そういったものもね、クロックっていうのは来ると、PLCとかコンピューターとか電子機器の動きが完全に狂ってしまって、心臓部みたいなものなので、
そこはできるだけしっかりと温度の影響を受けにくいような配置とかを考えると。
あとは基本的に、さっき言いましたように、冷却、強制的にファンとかで冷却をせずに動かすと。別の言い方をすると、自然冷却、自然放熱って言うんですかね。自然に熱を逃がして使えるようにするっていうのが基本になってくるので。
あったかい空気って上に昇りますよね。下から上に昇ると。だから大流空気の流れを意識して、じゃあ、PLCの筐体、ハッケースの上下にスリットって言うんですけど、細い空気穴、空気が流れる穴を開けて、空気が下から上に流れるようにすると。
冷却設計の工夫
部品の配置も、空気の流れを邪魔しないように部品を配置する。上下関係で言うと、下の方に熱を出しやすい回路とかを置くと、熱い空気がどんどん部品の合間を抜けて上に行ってしまうので、熱いものはPLCの上下関係で上の方に配置をして、
他の部品に影響を与えないようにするとか、立体的なレイアウトとかっていうのも非常に意識をしたりします。
一方で、冷却のためにいっぱい穴を開けると、ホコリとか防状器が飛んでくるような金属の破片とかが入ってくると故障したりしてしまうので、そこはいっぱい穴を開けてもいいというわけではないから、
その辺のトレードオフ、バランスを考えて、ケースに穴を開けて、自然放熱、帯流で熱を逃がすようにするという工夫をやります。
あとは、これも冷却とは関係ないんですけど、部品も選ぶときに熱に強い部品を選ぶんですよね。
一般的な電子部品というのは、0℃から70℃で動くものが多いんですね。
それをコマーシャルグレードと言うんですけど、インダストリアルグレードというのが-40℃から85℃という低い温度から高い温度まで使えるような産業用グレードの電子部品があります。
そういったものを使うと高い温度でも設計上は動作しやすくなると。
一方で産業用グレードのものを選ぶとコストが上がってしまうので、できるだけコマーシャル、一般的な電子部品でも高い温度、
先ほどのPLCだと0℃から55℃で動く必要があるので、そこでも動くような使い方や設計で工夫をすると。
どうしても設計上難しいと判断した場合には、部品自体を高温に耐えられる産業用グレードのものを選んだりして、55℃での動作を保証したりするという工夫をするわけですよね。
あとは最近だとそれだけでは熱に耐えられないケースが出てくると。
例えば私の経験で言うと、PLCの中でマイコン、CPUという頭脳を使うわけですけど、パソコンとかスマホで使っているような非常に高性能なものを使うと制御をもっと早くしたり、いろんな情報処理をしたいというお客様からのニーズがあるので、
できるだけ高速なマイコンを使いたいと。そうすると、どうしても高速にマイコンを動かすと熱が出るんですよね。
パソコンと同じようなインテルのクワッドコアという4つのコアが乗っているようなパソコンで使われているようなマイコンを使ったケースもあるんですけど、そういった場合は熱に耐えられたくなるので、特別な寿命の長いファンを開発して搭載したりすると。
それで強制的に冷却をして、55℃でも使えるようにするという工夫をし始めたりしています。
あとは設計で55℃で動作し続けますよというふうにやるんですけど、本当にその温度で動作し続けられるのか確認するためにちゃんと製品テストもするんですよね。
対環境試験といいますけど、実際に例えば0℃から55℃まで動作を保証しているので、じゃあ本当に0℃で動くのとか55℃で動くのとか、実際はそこにさらに何度かマージンを積んで、もう少し高い温度でもちゃんと動くよねというようなことをテストで確認をして、
カタログとかに載せている0℃から55℃という動作温度を保証するというようなことをやっています。結構手間をかけてその辺はしっかり確認をして、高い温度でも動くようにするということにしています。
テストと品質保証
ということで、最近どんどん気温自体が暑くなってきて、より温度感度が高まっている気もするんですけども、温度が高くてもしっかり動作するようなことは、
産業用の電子機器、PLCとか製氷機器では期待されるので、高い温度でも動くようないろんな工夫をして、基本的には自然冷却、空気の流れで熱を出して自然に冷えるようにするという工夫をした設計をしますと。
そんなお話をしてみました。
今日は、ものづくり系ポッドキャストの日、8月度のテーマ、冷却について、PLCを例にお話ししてみました。
今日も最後まで聞いていただいて本当にありがとうございました。
それではまた、次回農家さん配慮お会いしましょう。
さようならー。
