【機械設計エンジニア向け電気入門】I/Oってなに?

ロボットシステムの画像設計
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こんにちは、そら豆です!

今回は電気屋さんや制御屋さんとやりとりをしていると聞くことの多い、I/Oを説明するために機械設計エンジニアである僕の目線で記事を作成しました。

この記事はこんな人におすすめです!

  • IOって何?
  • 機械設計者はどこまで知ってればいいの?

結論としましては、IOとは機器間の入出力信号のことで、機械設計エンジニアとしては、機器間でどんな時にどんな信号が欲しいか電気屋さんや制御屋さんに伝えることができればOKです。

では、以下で詳しく見ていきましょう!

IOとは

IOとは信号の入出力のことです。IN(入力)とOUT(出力)の頭文字ですね。

ちなみに僕は最初INとOFFだと思ってました。ONとOFFならまだしも、、、お恥ずかしい。

IOと言われますが、実態は入力と出力の別々の物をまとめた言い方です。入力と出力なのである意味全く反対の別物です。なのでIとOでそれぞれ使い方が異なります。上下水道と似ています。まとめられることが多いですけど上水道と下水道は全く別物ですよね。

信号とは電気信号で電圧や電流の大きさを検出しています。機器の間で流れる電圧や電流がある一定の大きさ以上になると機器の内部で「1」、それ以下だと「0」と判断します。

IOでは1or0などのように完全な2択になります。0と1以外はありません。

0や1と言われるとピンとこないかもしれませんが、イメージとしてはINの箱とOUTの箱があり、箱の中に何もなければ状態が0の状態です。そこに一定以上の大きさの信号が入ると1の状態になります。

システム全体で見ると始まりはいつもINになります。どこかの機器に何らかの入力があり、そこからなんらかの処理を経てOUTの信号が送られます。例えば、キーボードを押すとそれが入力となり、出力として画面に文字が表示されます。

PLCだと「Xに繋がる信号が入力」で「Yに繋がる信号が出力」です。

IOの具体的な使われ方

IOの使い方は単純です。あまり複雑なことをするには向いていませんが、やろうと思えば工夫次第でいろんなことを実現できます。

基本的に複数台の機械で信号をやりとりしてタイミングを図って動くようなシステムや異常アラーム信号を送るような時に使用されます。

OUTは何か条件があり、その条件が満たされたら信号を出す。INはある信号が来たら決められた処理を実行するトリガーになります。

例えば、温度センサで一定の数値に達したら空調のスイッチをONにするといった処理の中で使われます。センサに数値信号の入力が入り、その信号が設定値に等しければ空調にスイッチを入れるように出力します。

ボタンを押すと動くというのもIOです。逆にボタンを押すと止まるというのもIOです。

僕たちの生活の周りはIOで満ち溢れています。

IOがピンと来ない方は日常生活の中で電気製品などを見た時に内部でどんな信号のやりとりがあるのか想像するようにしてみてはいかがでしょうか。

僕自身IOとかぼんやりとしか理解できませんでしたが、エレベーターに乗る時などにボタンを押すとボタンがINになって何がOUTとなって僕の前の扉が開くのか想像したりしているとIOが身近で単純なものであることに気付きました。

理解するにはIOを馴染みのあるものとして捉えることがおすすめです。

機械設計エンジニアがIOを知ると設計のレベルが上がる

IOは電気よりの話ですが、どんな信号でどんなことができるのか知っておくと機械設計エンジニアとしてのレベルは間違いなく上がります。

実務上は、IOの具体的な割り付けや配線は電気担当者が担うことが多いと思います。機械設計エンジニアは電気屋さんとスムーズにシステムの話をするためにもIOの仕組みは知っておくべきです。

機械設計エンジニアは電気担当者に装置やシステム全体でどういう動きをさせたくてどういうタイミングで信号が欲しいか伝える必要があります。

例えば、温度が何度以上でモータを動かしたいとか、扉が開いていたらアラームを出すとかしたい場合、そのためにはどんな信号が必要なのか、その信号を出すためにはどんなセンサが必要なのかといったことを考える必要があります。

それを電気屋さんに伝えることができたら、それだったら温度センサが必要ですね、その制御をするのなら出力点数は10点は必要だからこれにしましょうというように話が進みます。

僕自身、ロボットシステムの設計の中でPLCやカメラとロボットの間でIOを使って制御しました。その経験があるので、システム全体の動きを考える時、ここはこの信号が欲しいなとか、IOだからPLCのこの命令とかで実現できるだろうなと具体的に想像できるようになりました。

IOを勉強するのであれば、可能ならPLCを触ってみることをおすすめします。

まとめ

IOとは入力と出力の信号のことです。入力と出力は似ていますが全く違うことをする信号です。

機械設計エンジニアでもIOを知ることで設計のレベルが上がりますし、電気屋さんとの意思疎通もスムーズになります。

IOは身の回りでもたくさん使われているので、ぜひ、探してみてください!

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