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[Bio-Lab] 実験の自動化 – 小型PLCでUF/DF工程を低コストで自動化する [2020/05/25]

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harikiri

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はじめに

バイオの実験でUF/DFは、結構面倒です。メーカーからは、大袈裟な装置が市販されています。もっとシンプルに簡単に低コストで、サンプルを調製することが可能です。

PLCとは

PLCとは、三菱電機は、「シーケンサー」と言っています。業界では、Programable Logic Controller (PLC)といいます。ラダー言語で、リレーのON/OFF、タイマーをプログラミングすることで、シーケンシャルな自動制御を行うことを担うコントローラーです。

シーケンス制御は、JISでも定義されています。至る所で密かに使用されています。AIではないので、学習はしません。

編集履歴
2020/05/25 はりきり(Mr) 図などは、また今度、追加します。

シーケンス制御

予め定められた順序又は手続きに従って制御の各段階を逐次進めていく制御 (JIS Z 8116:1994 自動制御容疑 一般)

    用途

    とにかくどんなところにも使用されています。

    • 自動販売機
    • 自動ドア
    • エレベーター
    • 洗濯機
    • FA (ファクトリーオートメーション)
      • 大規模工場のマシンからのデータの収集 (→ネットに載せる)
    • 発電所、変電所

    Bioの実験に応用する

    自作でクロマトグラフィー装置もUF/DFシステムも構築できます。

    • 液体クロマトグラフィー装置
    • UF/DF System
    • ろ過システム

    必要な機材

    • PLC
      • Omron PLC: 1万円~
      • 入力は、5V~24Vのトランジスタ入力
      • 出力は、100V ACが可能なリレー接点
      • 100V AC可能なリレー接点
    • PLC プログラミングソフトウェア
      • Omron : 5千円
    • 送液ポンプ
      • MasterFlex Pump (600rpm, ヤマト化学)
        • 10万円~20万円
    • 延長タップ
    • 液面センサー
      • KEYENCE FUシリーズ
      • KEYENCE アプユニット

    組み立て

    組み立ては、以下の通りシンプルです。

    • PLCに100Vコンセントプラグの接続
    • PLCの出力リレーと100Vを接続して、延長タップ(メス)に接続
    • 送液ポンプの100Vコンセントを、前述の延長タップ(メス)に接続
    • 液面センサーとアンプユニットを接続
      • 赤外線がアンプから1つ出ている。
      • センサーに繋ぎ、センサーからの戻りをアンプに繋ぐ(センサーのファイバー2本をアンプに繋ぐ)
      • アンプは、12~24Vの電源に繋ぐ
      • アンプの設定により、センサーの感度を設定する

    プログラミグ

    PCにソフトウェアをインストールして、プログラミングします。

    確認事項

    • 入力リレーのアドレス
    • 出力リレーのアドレス

    ラダー

    • 左と右に縦線があります
    • 最小単位は、左から右にプログラミグします
      • 入力リレー(ロード命令)を配置する
      • その右側に、出力リレーを配置する
      • 以上で、1行です。
      • 基本的にこれで制御は可能です。
      • 入力リレーがONの場合、出力リレーがONとなります
    • でも、これでは、チャチリングします。入力リレーがONになってから、数秒間のタイマーを入れます。その間は、無条件に出力リレーを維持します。
    • 基本的には、以上で完了です

    UF/DFに使用する

    濃縮段階

    • ビーカーに濃縮したいサンプル溶液を入れます。
    • ファイバーセンサーをビーカーの側面において、スライドさせて、液が有る/無しで、リレーがON/OFFするように、感度を調節します
    • 濃縮の完了位置に、センサーをビニールテープで固定してします
    • この状態では、出力リレーはONになっているので、ポンプは稼働状態になっているはずです
    • 濃縮が進んで、液面が下がり、ファイバーセンサーに達した時に入力リレーはOFFになり、出力リレーもOFFになり、ポンプは停止します。

    以上で、濃縮段階での自動化は、完成しました。

    UF/DF段階

    上記の完了状態から、もう一台用意していた送液ポンプ(2)で、用意していたバッファーを、サンプルのビーカーに送液します。すると、液面が上がり、ファイバーセンサーが反応して、濃縮が開始されます。送液ポンプ(2)の流速をろ過流量より小さく設定しておくことで、バッファー交換の自動化運転が行われることになります。

    以上が基本的ですが、安全装置も必要です。以下にシンプルにできるかも課題なので、以下のようなアイデアも有るので、ご参考にしてください。もちろん、フル構築も可能です。

    以上

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