PLCの総合的な故障原因

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接地の問題

PLC システムの接地要件は比較的厳格です。独立した専用接地システムを設けるのが最善です。また、PLC に関連する他の機器の確実な接地にも注意を払う必要があります。

複数の回路接地点が相互に接続されている場合、予期しない電流が流れ、論理エラーが発生したり、回路が損傷したりする可能性があります。

接地電位が異なる理由は、通常、接地点が物理的領域内で離れすぎていることです。遠く離れた機器が通信ケーブルやセンサーで接続されている場合、ケーブルとグランド間の電流が回路全体に流れます。たとえ短距離内であっても、大型機器の負荷電流は、その電位と接地電位の間で変化したり、電磁気の影響により予測不可能な電流を直接生成したりする可能性があります。

接地点が不適切な電源間では、回路内に破壊的な電流が流れ、機器が破壊される可能性があります。

PLC システムは通常、一点接地方式を使用します。コモンモード干渉に対する耐性を向上させるために、シールド付きフローティング グラウンド技術をアナログ信号に使用できます。つまり、信号ケーブルのシールド層が 1 点で接地され、信号ループがフローティングになり、絶縁抵抗が低くなります。グランドとの接続は50MΩ以上である必要があります。

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干渉処理

産業分野の環境は比較的過酷で、多くの高周波および低周波の干渉があります。これらの干渉は通常、フィールド機器に接続されたケーブルを通じて PLC に侵入します。

接地対策に加えて、ケーブルの設計、選択、設置時にいくつかの干渉防止対策を講じる必要があります。

(1) アナログ信号は小さな信号であり、外部干渉の影響を受けやすいため、二重シールドケーブルを使用する必要があります。

(2) 外部干渉や高速パルス信号が低レベル信号に干渉するのを防ぐために、高速パルス信号 (パルス センサー、カウンティング エンコーダーなど) にはシールド ケーブルを使用する必要があります。

(3) PLC間の通信ケーブルは高周波を使用しています。通常、メーカーが提供するケーブルを選択する必要があります。要件がそれほど高くない場合は、シールド付きツイストペア ケーブルを選択できます。

(4) アナログ信号線および DC 信号線は、AC 信号線と同一の電線ダクト内に配線することはできません。

(5) 制御盤に出入りするシールドケーブルは接地する必要があり、配線端子を介して機器に直接接続しないでください。

(6) AC 信号、DC 信号、アナログ信号は同一ケーブルを共用できませんので、電源ケーブルと信号ケーブルを分けて配線してください。

(7) オンサイト保守中に、次の方法を使用して干渉を解決できます。影響を受ける回線にシールド ケーブルを使用し、ケーブルを再敷設します。プログラムに干渉防止フィルタリング コードを追加します。

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配線間容量を排除して誤動作を防止

ケーブルの各導体間には静電容量があり、認定されたケーブルはこの静電容量を特定の範囲内に制限できます。

たとえ合格したケーブルであっても、ケーブル長が一定以上になると線間容量が規定値を超えてしまいます。このケーブルをPLCの入力に使用すると、線間容量によりPLCが誤動作し、不可解な現象が多く発生する場合があります。

これらの現象は主に次のように現れます。配線は正しいが、PLC への入力がない。 PLC が持つべき入力は存在しませんが、PLC が持つべきではない入力は存在します。つまり、PLC 入力が互いに干渉します。この問題を解決するには、次のことを行う必要があります。

(1) ツイストコアのケーブルを使用してください。

(2) 使用するケーブルの長さを短くしてみてください。

(3) 相互に干渉する入力には別のケーブルを使用します。

(4) シールドケーブルを使用してください。

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出力モジュールの選択

出力モジュールはトランジスタ、双方向サイリスタ、接点タイプに分けられます。

(1) トランジスタ型はスイッチング速度が最も速く（通常0.2ms）、負荷容量はDC24Vで0.2～0.3A程度と最も小さくなります。高速スイッチングと信号接続を備えた機器に適しています。通常、周波数変換や DC デバイスなどの信号に接続されます。トランジスタの漏れ電流が負荷に及ぼす影響に注意する必要があります。

(2) サイリスタ式の利点は、無接点、交流負荷特性があり、負荷容量が小さいことです。

(3) リレー出力はAC、DC負荷特性があり、負荷容量が大きいです。従来の制御では、まずリレー接点式出力が使われるのが一般的です。欠点は、スイッチング速度が通常 10ms 程度と遅いため、高周波スイッチング用途には適していないことです。

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インバータの過電圧・過電流処理

(1) モータを減速させるために所定速度を下げると、モータは回生制動状態となり、モータからインバータにフィードバックされるエネルギーも大きくなります。このエネルギーはフィルタ コンデンサに蓄積され、コンデンサの電圧が上昇し、すぐに DC 過電圧保護の設定値に達し、インバータがトリップします。

この解決策は、インバータの外部に制動抵抗器を追加し、その抵抗器を使用してモータによって DC 側にフィードバックされる回生電力を消費することです。

(2) インバータには複数の小型モータが接続されています。小型モータの 1 つに過電流故障が発生すると、インバータが過電流故障アラームを発し、インバータがトリップし、他の正常な小型モータが停止します。

解決策: インバータの出力側に 1:1 絶縁トランスを取り付けます。 1 つまたは複数の小型モーターに過電流故障が発生した場合、故障電流はインバータではなく変圧器に直接影響し、インバータのトリップを防ぎます。実験後、正常に動作し、以前に発生した正常なモーターが停止する不具合は発生していません。

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メンテナンスを容易にするために入力と出力にラベルが付けられています

PLC は複雑なシステムを制御します。目に見えるのは、数十個のピンを備えた集積回路のように、千鳥状に配置された 2 列の入出力リレー端子、対応する表示灯、および PLC 番号だけです。故障したデバイスを修理するために回路図を見ない人は何もできず、故障を見つける速度が非常に遅くなります。このような状況を考慮して、電気回路図に基づいて表を作成し、各 PLC の入出力端子番号に対応する電気記号と中国語名を示す、機器のコンソールまたは制御盤に貼り付けます。集積回路の各ピンの機能の説明。

この入出力テーブルを使用すると、操作プロセスを理解している、またはこの機器のラダー図に精通している電気技術者がメンテナンスを開始できます。

ただし、操作プロセスに詳しくなく、ラダー図を読むことができない電気技術者は、別の表、つまり PLC の入出力論理関数表を作成する必要があります。この表は、実際にほとんどの演算プロセスにおける入力回路 (トリガー要素、関連要素) と出力回路 (アクチュエーター) の論理的対応関係を説明しています。

入出力対応表と入出力論理関数表を上手に使えば、図面がなくても電気的故障を簡単に修理できることが実践で証明されています。

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プログラムロジックによる障害の推測

今日の産業界では多くの種類の PLC が一般的に使用されています。ローエンド PLC の場合、ラダー図の命令は同様です。 S7-300 などのミッドエンドからハイエンドのマシンの場合、多くのプログラムは言語テーブルを使用して作成されます。

実際のラダー図には中国語記号の注釈が必要です。そうでないと読みにくくなります。ラダー図を読む前に、装置のプロセスや動作プロセスを大まかに理解できていれば、読みやすいと思います。

電気的な故障解析を行う場合、一般的には逆探索法または逆推論法が使用されます。つまり、入出力対応表に従って、故障点から対応するPLC出力リレーを見つけ、論理的な結果を導き出します。その作用を満たす関係は逆転します。

経験上、装置内で 2 つ以上の障害点が同時に発生することはまれであるため、1 つ問題が見つかった場合、その障害は基本的に除去できることがわかっています。

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PLCの自己故障判定

一般に、PLC は故障率が非常に低い、非常に信頼性の高いデバイスです。 PLCやCPUなどのハードウェアの破損やソフトウェアのエラーの可能性はほぼゼロです。 PLC の入力点は、強い電気の侵入によるものでない限り、損傷することはほとんどありません。 PLC出力リレーの常開点は、周辺負荷が短絡したり、無理な設計をしたり、負荷電流が定格範囲を超えたりしない限り、接点寿命が長くなります。

したがって、電気的な障害点を探すときは、PLC のハードウェアやプログラムに問題があると必ずしも疑う必要はなく、PLC の周辺電気コンポーネントに焦点を当てる必要があります。これは、故障した機器を迅速に修理し、生産を再開するために非常に重要です。

したがって、著者が論じる PLC 制御回路の電気的故障検査と修理は、PLC 自体に焦点を当てているのではなく、PLC によって制御される回路内の周辺電気部品に焦点を当てています。

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ソフトウェアとハードウェアのリソースを最大限かつ合理的に利用する

(1) 制御サイクルに参加しない命令、または制御サイクルの前に入力された命令は PLC に接続する必要はありません。

(2) 複数の命令がタスクを制御する場合、それらの命令を PLC の外部で並列に接続し、入力ポイントに接続できます。

(3) PLC 内部の機能ソフトコンポーネントを最大限に活用し、中間状態を完全に呼び出すことで、プログラムが完成し、一貫性があり、開発が容易になります。同時に、ハードウェアへの投資も削減され、コストも削減されます。

(4) 条件が許せば、各出力を独立させるのが最善です。これは制御や検査に便利であり、他の出力回路も保護します。出力ポイントに障害が発生した場合、対応する出力回路が制御を失うだけです。

(5) 出力が正逆制御の負荷の場合、PLC 内部プログラムを連動させるだけでなく、負荷が両方向に動かないように PLC の外部でも対策を講じる必要があります。

(6) PLC の非常停止は安全のため外部スイッチで遮断してください。

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その他の考慮事項

(1) PLC の焼損を避けるため、AC 電源コードを入力端子に接続しないでください。

(2) 接地端子は、他の機器の接地端子と直列に接続せず、独立して接地してください。接地線の断面積は 2mm² 以上である必要があります。

(3) 補助電源が小さく、低電力デバイス（光電センサーなど）しか駆動できません。

(4) 一部の PLC には、一定数の占有ポイント (つまり、空のアドレス端子) があり、ワイヤを接続しません。

(5) PLC の出力回路に保護がない場合は、負荷短絡による破損を防ぐため、外部回路にヒューズなどの保護素子を直列に接続してください。