CrouzetのMillenium Slimプログラマブルロジックコントローラ（PLC）内部のバッテリが、PLCの動作にどのような影響を与えるのかを確認するため、PLCのケースを開けて内部の部品を調査しました。電気工学を学ぶ学生である私にとって、この分解調査は有益です。なぜなら、PLCには、一般的なマイクロコントローラの講義で学ぶものと同じ構成ブロックが数多く搭載されており、具体的には、マイクロコントローラ、不揮発性メモリ、通信ハードウェア、GPIO拡張回路、出力ドライバ、および保護デバイスが含まれているからです。PLCを分解して得られた特に重要な知見を、以下の図に詳しく示します。
ロジックPCBの上面
図1： Crouzet SlimのロジックPCBの上面
図1に示すように、PCB上では5つの部品が特に目を引きます。1つ目はBluetoothhトランシーバチップで、このチップによりPLCはBluetooth経由でコンピュータやスマートフォンに接続できるようになります。Bluetooth経由で接続することで、現在のプログラムの実行、Crouzet Softを使用したプログラムの更新、およびCrouzetのHMIディスプレイの遠隔表示など、Crouzetを操作できるようになります。このトランシーバの存在から、ワイヤレス接続はPLCのメインマイクロコントローラに直接実装されているのではなく、独立した通信ハードウェアを通じて実現されていることが分かります。図1で2つ目に注目した部品は、オンボードバッテリです。バッテリとその機能に関する詳細は、別の記事「Crouzet Slimのバッテリが切れるとどうなるのでしょうか？」に記載されていますが、 Crouzet のデータシートでは、バッテリの寿命が約10年であると保証されています。
図2： Bluetooth経由のHMIディスプレイ表示
チップの識別における課題
3つ目に注目したのは、25FU406C チップです。私はこれを、Crouzetのフラッシュメモリである可能性が高いと判断しました。分解作業のこの段階で、チップに刻印された実際のマーキングと、データシートに記載されている部品名との間に不一致があることに気づきました。これ以降、部品の識別は主に、チップのマーキングを比較したり、その部品がどこに接続されているかを確認したり、公開されているデータシートを参照したりすることで行いました。完全に一致するものが見つからない場合もあったため、一部の部品の仕様は完全には正確ではないかもしれませんが、その機能は同じであるはずです。
フラッシュメモリに関しては、基板上に搭載されていることから、プログラムメモリの内容の保持はPLCのバッテリに依存していない可能性が高いことを強く示しています。これは、少なくとも10秒間動作させると、ユーザープログラムを不揮発性ストレージへバックアップできるというCrouzetのデータシートの記載とも一致しています。
4つ目に注目したのは、VNI4140K-32 チップです。これはハイサイドソリッドステートリレーであり、PLCの出力チャネルのピンドライバとして機能します。これにより、マイクロコントローラはPLCの出力に直接接続されることなく、PLCの出力を制御できます。その結果、マイクロコントローラが過電流によって損傷したり、負荷から直接ストレスを受けたりするリスクが低減されます。最後に、図1で5つ目に注目した部品群は、BFKチップとBEKチップです。これらの部品も、チップ上のマーキングに一致するデータシートが見つからなかったため、識別が困難でしたが、BEKおよびBFKのマーキングを他の部品のマーキングと比較した結果、TVSダイオードであると判断しました。これらの部品は、電圧クランプとして機能し、電源サージから基板を保護します。この2つの部品の違いは、クランプする電圧レベルだけです。.
ロジックPCBの裏面
図3： Crouzet SlimロジックPCBの裏面
PCBの裏面には、さらに2つの注目すべき部品がありました。1つ目は STM32G071CBU6 マイクロコントローラで、PLCに格納されたプログラムを実行し、システムのメモリ、通信ハードウェア、および出力回路の間の通信を調整します。それに加えて、この部品は、前述した、PLCへのプログラムの読み書きに使用される「Crouzet Soft」などの外部ソフトウェアとの通信も担っています。また、これは最後に紹介する部品である32kHzの水晶発振器とも関連しており、この発振器は、PLCのリアルタイムクロック機能にタイミング基準を提供している可能性があります。この水晶発振器を STM32 マイクロコントローラに接続することで、時刻を調整可能なリアルタイムクロックとして機能します。全体として、今回の分解調査を通じて、どのPLC機能がオンボードバッテリに依存しており、どの機能が専用の不揮発性ハードウェアによってサポートされているのかを理解することができました。