PLC のトラブルシューティング:シンク入力とソース入力のマスタリング

PLC 制御システムの障害のトラブルシューティングを行う場合、どこから始めますか?人間の介入によってプログラムが変更されない限り、PLC プログラムの問題が障害の原因になることはほとんどありません。通常、問題はフィールド デバイスまたは PLC I/O モジュールに起因します。

この記事では、効果的にトラブルシューティングを行い、障害の原因を特定できるように、PLC 入力のシンクとソースの特性について説明します。

混同しがちなシンキングとソーシングという用語から始めましょう。

シンクとソース

簡単に言えば、2 つのデバイス間の従来の電流の流れの方向を定義することがすべてです。

電流がデバイス #1 からデバイス #2 に流れている場合、デバイス #1 は電流をソースし、デバイス #2 は電流をシンクします。

さて、デバイス #1 がスイッチなどの入力フィールド デバイスで、デバイス #2 が PLC デジタル入力モジュールであるとします。電流がスイッチから入力モジュールに流れる場合、スイッチがソース、入力モジュールがシンクになります。

電流が入力モジュールからスイッチに流れる場合、入力モジュールがソース、スイッチがシンクになります。

PLC ベンダーは、シンク入力モジュールとソース入力モジュールの両方を提供しています。

たとえば、Allen-Bradley 1756-IB16 は、16 入力、24 ボルトのシンク入力モジュールです。

Allen-Bradley 1756-IV16 は、16 入力、24 ボルトの電源入力モジュールです。

入力フィールド デバイス

2 線式および 3 線式入力フィールド デバイスについての説明に移りましょう。

2 線式デバイス

2 線式デバイスの大部分は受動的です。つまり、動作に電力を必要とせず、回路を開閉するだけです。例には、押しボタン、リミット スイッチ、その他の機械デバイスが含まれます。 2 線式受動デバイスは、シンクまたはソースのいずれかであると考えることができます。

動作に電力が必要で、極性に依存するアクティブ 2 線式デバイスもあります。

3 線式デバイス

3 線式デバイスは、動作するために電力を必要とするアクティブ デバイス ファミリの一部です。例としては、近接センサーや光電スイッチなどがあります。

ワイヤーの色は規格に従っています。茶色のワイヤは正電源 (通常は +24 ボルト DC) に接続します。青い線は電源リターンに接続します。黒色のワイヤは信号出力として機能し、PLC 入力モジュールなどの別のデバイスに入力を供給します。

3 線式アクティブ デバイスは、シンクまたはソースのいずれかです。

3 線式デバイスが対象の入力モジュールと互換性があることを確認することが重要です。

PNP センサーとも呼ばれる 3 線式ソースセンサーは、シンキング入力モジュールに接続する必要があります。 NPN センサーとも呼ばれる 3 線式シンキング センサーは、ソース入力モジュールに接続する必要があります。

多くの PLC トラブルシューティングでは、入力モジュールの LED インジケータを利用しています。そうは言っても、LED インジケーターが何を示しているか、そしてそれがどのように誤解を招く可能性があるかを理解することが重要です。

トラブルシューティングのための LED の使用

シンキング入力モジュールの入力 0 に接続されたソース センサーから始めましょう。例として、AB 1756-IB16 デジタル入力モジュールを使用します。

各入力回路には、入力ステータスを示すための ST LED が関連付けられています。

LED 0 が点灯している場合、ソース入力デバイスがモジュールの入力 0 端子に +24 ボルトを供給していることを示します。モジュールはこの電圧を論理「1」として解釈し、PLC プログラム内での動作に使用します。

LED 0 がオフの場合、多くの場合、ソース入力デバイスがモジュールの入力端子 0 に 0 ボルトを供給していると想定され、PLC プログラムはこれを論理「0」として解釈します。しかし、私たちは皆、「仮定」が何を意味するかを理解しています。

LED インジケーターは誤解を招く可能性があると前述しました。何故ですか？ LED は点灯しているかもしれませんが、現在の電圧は期待したものではない可能性があります。 LED が消灯している場合も同様です。

確認する唯一の方法は、入力モジュールの端子の電圧を測定することです。

1756-IB16 の入力仕様によれば、10 ボルトのしきい値を超える入力電圧はモジュールによってオンとして検出されます。 15 ボルト入力は、PLC プログラムでは論理「1」として解釈されます。ただし、これはフィールド デバイス、配線、または腐食の可能性に関する問題を示している可能性があります。

5 ボルト未満の入力はモジュールによってオフとして認識されます。ソースセンサーがオフのときに、モジュール入力の電圧が 5 ボルト近くになることはどのようにして可能ですか?

ソースセンサーは、接地するのではなく、内部の半導体スイッチを開くことによってオフになります。モジュールの入力はフローティングであるため、通常のセンサーの漏れ電流によって引き起こされる電圧の影響を受けやすくなります。

ソース PLC 入力を備えたシンク センサー

さて、次に、ソース入力モジュールに接続されたシンキングセンサーのあまり使用されていない組み合わせについて話しましょう。例として、AB 1756-IV16 デジタル入力モジュールを使用します。

LED 0 が点灯している場合、シンキング入力デバイスがモジュールの入力 0 端子に 0 ボルトまたはグランドを供給していることを示します。

モジュールはこれを論理「1」として解釈し、PLC プログラム内での動作に使用します。

LED 0 がオフの場合、シンキング入力デバイスの出力は事実上オープンとなり、入力モジュールがフロート状態になり、PLC プログラムはこれを論理「0」として解釈します。

LED のオン状態とオフ状態の入力電圧を測定する場合は、だまされないでください。これらは、前に説明したソース センサーとシンク PLC 入力の組み合わせとは逆です。 LED がオンの場合、入力電圧は 0 に近くなります。LED がオフの場合、入力電圧は約 +24 ボルトになります。

1756-IV16 の入力仕様によれば、5 ボルトを超える入力電圧はオンとみなされなくなり、オフとして認識されます。

入力電圧がシンキングセンサーによってゼロに接地されているように見えるのに、どうして入力電圧が 5 ボルトを超えることができるのでしょうか?多くの場合、接地接続ポイントの腐食や非常に長い接地ケーブルの配線など、高抵抗の問題が原因で発生します。

まとめ

ここで終わりにします。

前に述べたように、PLC 障害の大部分はフィールド デバイス、I/O 配線、および場合によってはモジュールに起因します。 PLC ソフトウェア自体に問題があることはほとんどありません。 LED インジケーターが役立つのは間違いありませんが、実際の入力電圧を測定することが、何が起こっているかを確認する唯一の信頼できる方法です。

シンク入力とソース入力、およびモジュールで予想される電圧範囲を理解することは、トラブルシューティングの道のりに大きく役立ちます。