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今回のトラブル事例は、アース線からのノイズによって、盤内にあるPLCの高速カウンタが誤作動して制御できないという事例を紹介します。
数年前、とある仮設設備（数年だけ使用する設備）の工事案件で、制御盤の製作と現地調整までを請け負ったときの話です。
現地調整にて機器の動作確認を実施しようとした時に、機器が動いてないのに高速カウンタの数値が増えていたら作業者としては困ってしまいますよね。
このトラブル事例を知っておけば、同様の誤作動トラブル時にも対策や処置が出来るようになりますよ。
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１．PLC高速カウンタの数値が勝手に増えていく
今回は仮設設備で使用する制御盤で起きたトラブルです。機器の移動量を監視するためにPLCに高速カウンタユニットを使用していたのですが、何も動いていないのに高速カウンタの数値が勝手に増えているのに気づきました。動かしていないのにカウンタの数値が進んでしまっては困りますよね？私自身も「何？何が起きてる？」と、その場で大変困った経験をしました。
なぜ起きた現象なのか、誤作動に気づくまでの経緯を説明します。
１－１．調整作業過程で動作確認を実施しようとしていた
出荷した制御盤の調整作業をするために現地に伺いました。制御盤の通電、ネットワーク確認、入出力確認を行い、そこまでは何事もなく無事終わりました。制御盤にはインバータが数台あったので、加減速などのパラメータを設定して、あとはシーケンスの確認をするところまで作業を終えました。まさに、これから動作を確認するというところでした。
１－２．動作確認前に高速カウンタを確認してみた
動作確認をするためにはメカ側の準備が必要でした。その間は待ち時間になってしまうので、PLCにPCを接続して動作確認の準備に備えていました。始まるまで少し時間がありそうだったので、待機中に自分で確認できるところは進めておこうと高速カウンタの数値リセットをしたくて、設定されているデバイスを見ました。
１－３．高速カウンタの数値は勝手に増えて、ユニットの信号LEDも点滅していた
高速カウンタに設定していたデバイスを見ると、機器が一つも動作していないのに数値がどんどん増えていきます。「？？？」となり、ユニット前面にあるLEDを見てみると信号のLEDがピコピコと点滅しており「何で？」となりました。制御盤はノイズ対策のためにアースは4種類に分類し、出荷前にも模擬信号で高速カウンタは正常に動作していました。
１－４．なぜ高速カウンタの数値が勝手に増えるのか
出荷前までは正常でしたが、現状はユニット前面のLEDが点滅しているように、信号として認識されている「何か」でカウンタの数値が増えていました。しかも、機器が一つも動いていない状態で高速カウンタは誤作動しています。一体何が原因で誤作動しているのか。時期は冬で、時間もすでに夜になっており、半屋外のような寒い場所での作業でしたが放ってはおけません。原因と対策を考えてみました。
２．PLCの高速カウンタが誤作動してカウントしてしまう原因
経緯に書いた通り、機器が動作していない状態で発生した高速カウンタの誤作動。なぜこのような現象が起きたのでしょうか。経緯を踏まえて、状況を整理して原因を考えていきました。
２－１．出荷後は何も変更していないのに発生した
出荷後、現地調整の際に回路の変更は行っていません。ソフトは多少の変更などありましたが、電気回路としては何一つ変更を加えていませんでした。ノイズ対策のためにアースは4種類に分けて制御盤を製作していました。インバータなどの機器が動作している時であれば、インバータのノイズを拾ってしまって誤認識をしている可能性がありますが、機器は一つも動作していない状況でカウンタの数値が増えていく状況でした。
２－２．その時の状況から推測できる原因
状況から、カウンタの数値が増えていく誤作動の要因を考えてみました。
・出荷前は正常に作動していた
→電気回路としては設計上、製作上の問題はなかったことが濃厚
・間違った外線の接続で誤作動している
→入出力チェックによって、高速カウンタ以外は正常なことを確認済み
・インバータやその他機器からのノイズ影響によって信号を誤認識している
→可能性としては高い
この状況整理を踏まえて、対策を施してみました。
２－３．『何か』のノイズ影響を防ぐ処置
『何か』はわかりませんが、ノイズ影響による可能性が高いことはわかりました。そこで、まずは対策として『ケーブルをアルミホイルで巻く』ということをやってみました。
端子台から電線引き込み口まで長めにケーブルが出ていました。そこで、そのケーブルをそれぞれコンビニで購入してきたアルミホイルを巻いて、ノイズを遮蔽できないか試してみました。すると、少しは影響が減ったようには感じましたが、根本原因をブロックできてはいないようで、カウンタは少しずつ数値が増えていました。
次に疑ったのはアースからのノイズ影響です。盤内では4種類に分けていたのですが、それでもノイズ影響を受けないことはありませんので、アース端子からシールド処理した線を外してみました。すると・・・カウンタがほとんど動かなくなりました！
原因はアースからの回り込んだノイズによって、高速カウンタがノイズを信号と誤認識してカウントしていました。現場側を調べた結果、電気工事の方が途中で全てのアースを一緒に接続していたのが原因でした。
２－４．どうやってトラブルを防ぐ処理が出来るか
このようなトラブル、自分側ではなく第三者によるもので影響を受けてしまう場合は、どうやって対策をすればよいでしょうか。相手側、自分側でそれぞれ対応を考えておくことが必要です。
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３．アナログ回路へのノイズ影響に対する予防策
高速カウンタやアナログ回路のような微弱信号を扱う場合、ノイズ影響による信号の誤認識を考慮しなければなりません。微弱な信号を扱う場合、どのような予防策が必要でしょうか。
３－１．全てのケーブルが一つのダクトに押し込められる環境
今回のトラブルでは、電気工事の方が全てのアースを一緒に接続したことがノイズの原因になっていました。シールド処理にはメーカーによって様々な接地方法が推奨されています。両端、片端、1点接地と、接地なしという4種類の方法があります。
今回の場合、仮設設備だったので、しっかりとした配線ルートが設けられてなく、機械側へのケーブルが全て同じ配線ダクトに押し込められていました。この場合、どうすればノイズ影響を受けないような対策ができるでしょうか？
３－２．『接地しない』という方法であれば、ノイズを最小限に
微弱信号にとって劣悪な環境が想像できる場合には『接地なし』という方法でもよいと思います。信号を出力している機器にシールド接続できる箇所があればそこへ一方を接続し、もう一方は信号を受ける側に接続しますが、接地はしません。実際に『接地なし』にしても、ノイズ影響を受けにくくなったおかげで、高速カウンタは正常に作動するようになりました。
対策としては『接地なし』という方法が最善の場合もあることをこのトラブルで学びました。
４．さいごに
アナログ回路などの微弱信号を扱う際には、必ずしも『接地』が必要であるとは限りません。今回のケースでは『接地なし』という方法で正常に作動するようになりました。現場の環境まで考えて『接地』をどうするかを考える必要があると学べたことは、非常に有益な経験となりました。
みなさんも微弱信号を扱い際には、現場環境まで考慮してノイズ対策を考えてみましょう。
関連記事：制御盤製作における接地（アース）の考え方
