産業オートメーションに携わったことがある方は、コンベア ベルトの速度、ステッピング モーターの位置決め、同期した包装ラインなど、正確なパルス制御がモーション システムの根幹であることをご存知でしょう。過去 12 年間、北米全土の工場のトラブルシューティングと設備整備に費やしてきた三菱電機の PLC サプライヤーとして、パルス出力機能は三菱のラインナップの中で最も活用されていない (そして強力な) 機能の 1 つであると言えます。プロトタイプをテストする小規模なインテグレーターであっても、20 年前のラインをアップグレードする工場管理者であっても、パルス出力を適切に取得することで、サイクル タイムを短縮し、エラーを減らし、計画外のダウンタイムを何千ドルも節約できます。今日は、この機能の正確な使用方法を、実際のヒントと私のチームが自信を持って推奨する製品とともに説明します。
まず最初にはっきり言っておきますが、三菱のパルス出力機能は万能のツールではありません。これは特定の CPU、通信モジュール、ネットワーク ユニットに組み込まれており、適切なハードウェアを選択することが戦いの半分です。あまりにも多くのチームがランダムな PLC を手に取り、モーターを接続し、なぜパルスが記録されないのか疑問に思っているのを見てきました。通常は、ベース ユニットが高速パルス トレインをサポートしていないことを見逃していたからです。必要なコアハードウェアから始めましょう。適切な部品がなければ、どんなに優れたプログラミングでも機能しないからです。
古い MELSEC A または Q シリーズ システムを使用している場合、A3ACPU R21 は、私が数十年にわたって中規模アプリケーション向けに指定してきた主力製品です。このコンパクトな CPU は、100kHz で最大 4 軸のパルス出力をサポートしており、小規模から中規模のコンベアや位置決めタスクに最適です。 PLC と他のデバイス間のシームレスな通信を実現するネットワークと組み合わせる場合、三菱 PLC A1SJ72QBR15 Melsec Electric 10 ネットワーク ユニットが最適です。CPU と I/O モジュール間の高速データ転送を処理するため、パルス信号がサイクルの途中で遅延することはありません。私は 12 個のラベル付けヘッドを同期する必要があるスナック包装工場でこのコンボを使用しましたが、3 年間連続して 1 つの不具合も発生せずに稼働しました。
新しい高性能 IQ-R シリーズ システムには、三菱電機オートメーション MELSEC PLC IQ-R シリーズ メインベース R38B ベース ユニットが最適です。このベースユニットは、ロボットによるピックアンドプレースや高速パッケージングなどの高速アプリケーションに必要な、最大 200kHz の速度で最大 8 軸のパルス出力をサポートします。また、拡張可能なため、ベース全体を交換することなく、ラインの成長に合わせて軸を追加できます。シリアル通信を追加する必要がある場合 (ヒューマン マシン インターフェイス (HMI) を接続してパルス パラメータをオンザフライで調整するなど) には、三菱 Plc 通信モジュール FX5-232ADP が最適です。ラインを停止せずにパルス速度を調整する技術者を必要とする自動車部品メーカーにこのモジュールを導入したところ、最初の 1 か月で調整時間が 75% 短縮されました。
待ってください。ハードウェアに関する重要な注意事項がもう 1 つあります。CC-Link ネットワーク (三菱システムでは非常に一般的) を使用している場合、三菱 A1SJ71BR11 は、パルス信号がネットワーク上で確実に送信されるようにするために必要な CC-Link マスター モジュールです。私はこれをキャリアの早い段階で苦労して学びました。200 ラインの配送センターのアップグレードで A1SJ71BR11 をスキップしたため、長距離にわたってパルス信号がドロップし、パレットのラベルの誤りが発生しました。交換すると問題はすぐに修正され、それ以来、距離に関連したパルスエラーは発生していません。
ハードウェアが整理されたので、プログラミングについて話しましょう。三菱の GX Works3 ソフトウェアは、同社の PLC をプログラミングするための標準ソフトウェアであり、専用のパルス出力ウィザードを備えており、セットアップが思ったより簡単です。一般的な使用例を使用して、ステップバイステップのプロセスを詳しく見てみましょう。ステッピング モーターを制御してコンベアを 100 mm/秒で 500 mm 移動させ、その後停止します。
まず、GX Works3 を開き、特定の PLC 用の新しいプロジェクトを作成します。 A3ACPU R21 を使用しているとします。これは 4 軸のパルス出力用に事前設定されているため、CPU ドロップダウンから選択します。次に、「モーション」タブに移動し、「パルス出力ウィザード」を選択します。このウィザードでは、すべての重要なパラメーターについて説明します。最初にこれらを設定することをお勧めします。
- 軸名: 他の軸と混同しないように、軸に「Conveyor_Axis」などの明確な名前を付けます。
- 出力ポート: CPU にパルス出力が内蔵されている場合、通常は Y0、Y1、Y2、Y3 に割り当てられます。外部モジュールの場合は、ネットワーク ユニット (A1SJ72QBR15 など) からポートを割り当てます。配線ミスを避けるためにモジュールのピン配置を再確認してください。
- パルスタイプ: パルス+方向または2パルス(パルスCW/パルスCCW)から選択します。ほとんどのステッピング モーターはパルス + 方向を使用するため、これがアプリケーションの 90% でデフォルトとして使用されます。
- 最高速度と加減速度: コンベアの例では、最大速度を 100mm/s、加速度を 500mm/s²、減速度を 500mm/s² に設定します。これによりスムーズな始動と停止が保証され、モーターの摩耗が軽減され、製品の損傷が防止されます。
ウィザードが完了すると、実装するラダー ロジックまたは構造化テキストのブロックが得られます。単純な移動の場合、ロジックは次のようになります。開始信号 (たとえば、近接センサーから) がパルス出力コマンドをトリガーし、設定したパラメーターで 500 mm 移動するように軸に指示します。必要に応じて、リセット信号によりパルスが停止します。
しかし、ほとんどの人がここで間違えます。無負荷でロジックをテストし、正常に動作しますが、モーターに接続すると、パルスが弱すぎるか、軸が動きません。 PLC からのパルス出力信号は低電圧 (通常は 5V) であるため、ほとんどのステッピング モーターまたはサーボ モーターの信号を増幅するにはパルス ドライバー モジュールが必要です。私は常に、PLC 出力を互換性のあるドライバーと組み合わせることをお勧めします。モーターのデータシートで入力電圧要件を確認し、パルス周波数がドライバーの最大入力と一致していることを確認してください。たとえば、モーターが 100kHz のパルスを必要とする場合、CPU またはネットワーク ユニットがその速度で出力できることを確認してください (A3ACPU R21 は可能ですが、一部の古い A シリーズ CPU は 50kHz で最高となるため、再確認してください)。
もう 1 つのよくある落とし穴、それはノイズです。パルス信号は、モーター、電力線、またはその他の I/O からの電気的干渉の影響を受けやすくなります。これを修正するために、私は常にパルス出力ラインにシールド付きケーブルを使用し、グランド ループを避けるためにシールドの一方の端 (通常は PLC 側) のみを接地します。 10 メートルを超えるラインの場合は、ノイズに対する耐性が高いため、差動パルス信号を使用してください (最新の三菱モジュールのほとんどがこれをサポートしています)。私がこのトリックを学んだのは、プラントのパルス信号が近くの溶接ロボットによって破損した後でした。差動ケーブルに切り替えることで、一夜にして問題が解決されました。
次に、パルス出力は単純なポイントツーポイント移動だけではないため、高度な使用例について説明します。同期動作（ボックスを整列させるために 2 台のコンベアが同期して移動するなど）が必要な場合は、パルス出力に三菱の「補間」機能を使用できます。これにより 2 軸を同時に制御できるため、速度と位置が 0.1mm 以内で一致します。このためには、最大 8 軸の補間をサポートする IQ-R シリーズの R38B ベース ユニットのようなハイエンド CPU が必要になります。これをボトル充填ラインに使用しました。このラインでは、2 台のコンベアでボトルを充填ノズルに位置合わせする必要がありました。補間されたパルス出力により、位置ずれが 90% 削減されました。
もう 1 つの高度なヒント: エンコーダのフィードバックにパルス出力を使用しますか?待て、待てず、PLCから出力されるパルスがモーターへの指令となり、エンコーダーがフィードバックして位置を確認します。ただし、PLC の高速カウンタ (HSC) 機能を使用して、エンコーダのパルスを読み取り、PLC のパルス出力をリアルタイムで調整できます。たとえば、コンベヤのエンコーダが、移動が遅すぎることを示すパルスを送信した場合、PLC はパルス周波数を上げて速度を上げることができます。この閉ループ制御は「位置追従」と呼ばれ、高精度が必要なアプリケーションにとって革新的なものです。
待ってください。プロジェクトに適切なパーツを選択していることを確認するために、ハードウェアの話に戻りましょう。 1～2軸の小型機械であればパルス出力内蔵のFX5シリーズで十分ですが、多軸のライン拡張やネットワーク通信が必要な場合にはAシリーズやIQ-Rシリーズが必要になります。私は、CC-Link ネットワーク用の A1SJ71BR11、中規模プロジェクト用の A3ACPU R21、高性能 IQ-R プロジェクト用の R38B ベース ユニット、通信用の FX5-232ADP、およびネットワーク拡張用の A1SJ72QBR15 を常に在庫しています。これらは、私のチームが最も頻繁にインストールする部品であり、当社がサポートするアプリケーションの信頼性率は 95% です。
これを実際の顧客の例でテストしてみましょう。昨年、あるカスタム オートメーション インテグレータが、新しいラベル付けマシンに苦労している私に連絡をくれました。彼らは古い PLC を使用していましたが、そのパルス出力が原因でラベル ディスペンサーの紙送りが 2% の確率で発生していました。 A3ACPU R21 に交換し、A1SJ72QBR15 ネットワーク ユニットと組み合わせ、FX5-232ADP を使用して HMI を接続しました。パルスパラメータを 150kHz に調整し、差動シールドケーブルを追加し、パルス出力をコンベアのエンコーダと同期するようにウィザードを設定しました。 1 週間以内に、ミスフィードは 0.01% に低下し、インテグレータはさらに 6 台のマシンに同じセットアップを使用しました。それが、ハードウェアとプログラミングを正しく行うことの威力です。
三菱 PLC にパルス出力を実装する準備ができている場合、またはパルスの信頼性に関して苦労しているプロジェクトがある場合は、私のチームがお手伝いします。当社は、小型の 2 軸テストベンチから 12 軸以上の完全な生産ラインまであらゆるものをサポートしており、お客様が適切なハードウェア (A1SJ71BR11 から IQ-R R38B ベース ユニットまで) を選択し、正確なニーズを満たすようにプログラムするお手伝いをいたします。ハードウェアの見積もり、現在のセットアップのトラブルシューティング、カスタム プログラミングのサポートが必要な場合でも、当社のチームに連絡してプロジェクトについて話し合ってください。当社は北米全土のインテグレーター、工場管理者、カスタム機械製造業者と協力しており、お客様のパルス制御が可能な限りスムーズに動作することを保証することが当社の目標です。
最後に、三菱 PLC でパルス出力を使用するための重要な手順を簡単にまとめます。
- 軸数、速度のニーズ、ネットワーク要件に基づいて適切なハードウェアを選択してください (A1SJ71BR11、A3ACPU R21、または R38B ベース ユニットなどのモジュールを忘れないでください)。
- GX Works3 のパルス出力ウィザードを使用して、軸、パルスの種類、速度、加速度パラメータを設定します。
- 生成されたロジックを実装し、必要に応じてパルス ドライバーを追加します。
- ノイズの問題を避けるために、パルス ラインにはシールド ケーブルを使用し、長距離には差動信号を使用します。
- 最初に低負荷でテストしてから、特定のモーターとアプリケーションに合わせてパラメータを調整します。
参考文献:
三菱電機。 (nd)。 MELSEC Aシリーズ A3ACPU R21の仕様です。メーカーの公式ドキュメントから取得
三菱電機。 (nd)。 MELSEC IQ-Rシリーズ R38Bベースユニットのデータシートです。メーカーの公式ドキュメントから取得
三菱電機。 (nd)。 A1SJ71BR11 CC-Link マスタモジュールのユーザーマニュアル。メーカーの公式ドキュメントから取得
三菱電機。 (nd)。 FX5-232ADP 通信モジュールのインストール ガイド。メーカーの公式ドキュメントから取得
三菱電機。 (nd)。 A1SJ72QBR15 ネットワークユニットモーションコントロールアプリケーションノート。メーカーの公式ドキュメントから取得