ロードセルとPLCの配線：ブリッジ入力、4-20 mA、Modbus RTU

ロードセルとPLCを配線する際は、まずセンサーの出力を特定します。mV/Vで表示されたひずみゲージ式ロードセルはブリッジセンサーであり、励起電源と微小な差動信号を測るための入力が必要です。通常の4-20 mA入力につないでも、いずれの機能も得られません。PLCの端子を割り当てる前に、励起、校正、重量への換算をどこで行うか決めてください。

ブリッジ信号を重量値に変換する場所を決める

計量専用入力と一般的なアナログ入力は異なります。mV範囲の入力ならブリッジの励起もでき、必要なノイズ、コモンモード、校正の条件も満たすとは考えず、モジュールの正確な仕様を確認してください。外付け機器を使う場合は、METRAVONの計量指示計製品群から検討し、個別の構成を確認します。製品カテゴリー名だけで特定のプロトコルへの対応は保証されません。

送信する量の意味を一貫して明確に定義してください。指示計が風袋引きをして正味重量を送るなら、PLCで同じ風袋を再度引くべきではありません。ゼロ、スパン、単位換算、フィルターをどこで適用するか記録し、後の機器交換で二重換算を生じさせないようにします。

ブリッジ信号と励起電流の要件を計算する

公称フルスケール信号の変化は、mV/Vで表す感度にVで表す励起電圧を掛けて求めます。MV-LC0030の公称感度は2 mV/Vです。励起電圧が10 Vなら、ゼロから定格荷重までの変化は計算上20 mVです。測定入力には、ゼロオフセット、公差、許容される信号の範囲超過の余裕も必要です。

接続箱で複数のブリッジを並列接続すると、励起電流が増えます。公称入力抵抗400 ohmのブリッジ4個は、電源から見て約100 ohmとなり、10 Vで約100 mAを消費します。これは回路計算であり、設置状態での実測結果ではありません。抵抗公差、ケーブルの電圧降下、計器の励起能力を確認し、実際に接続するセンサーに必要な電流を確保してください。

並列接続した4個のセルの公称出力20 mVを足し合わせ、それを基に入力範囲を80 mVに設定しないでください。受動的な並列加算回路では、その回路に従ってブリッジ出力を合成するのであり、電圧の直列接続ではありません。接続箱の説明書に従い、完成したシステムを校正してください。

製品のMV-LC0190は、1 kg仕様の公称感度が0.5 mV/V、5、20、50 kg仕様は1.0 mV/Vです。10 Vで励起した場合、フルスケールの変化はそれぞれ計算上5 mVと10 mVになります。そのため、シリーズ共通の型式名だけではゲインを設定できません。注文する定格容量とその校正情報を使ってください。

微小信号の配線を電力配線から離す

励起、信号、センス線の各端子機能は、文書に示されたものを使ってください。4線式ブリッジには独立したリモートセンス線がありません。6線式では、測定計器が対応していれば設けられます。選んだ配線方式で必要なジャンパーを含め、計器の接続指示に従ってください。線色だけでは端子配列は分かりません。

センサーケーブルを、モーター、インバーター、ヒーター、スイッチング電源の導体から離して敷設してください。張力が端子などにかからないよう固定し、接続部を湿気から保護します。シールドの終端処理は、システム全体の接地設計と計器の指示に従ってください。ケーブルのシールドを信号の戻り線や保護導体の代わりに使わないでください。

延長接続部と接続箱は点検できる場所に配置してください。長さ、抵抗、シールドの変更は測定に影響し得るため、最終的なケーブル構成を記録します。ノイズを調べるときは、モーター停止時と運転時などの状態を比較し、表示を静かにするために保護接地を外さないでください。

4-20 mAトランスミッターを介したロードセルとPLCの配線

アナログ出力の両端に割り当てる重量を指定してください。0-10,000 kgのスパン設定では、4 mAが0 kg、20 mAが10,000 kgを表します。換算式は、重量 = (電流[mA] - 4) / 16 x 10,000 kgです。この設定例では12 mAが5,000 kgに相当します。これらは試運転の例であり、METRAVON計器の初期設定ではありません。

電気的なループ試験で確認するのは、トランスミッター出力からPLCまでの部分です。ロードセルの校正や、正しい取付けの証明にはなりません。ループの換算を確認した後、適切な既知荷重を機械系に加え、トランスミッター、PLC、HMIの値を比較してください。

トランスミッター出力が能動型かループ給電型か、受信側入力が受動型か電源供給型かを確認してください。実際の機器に照らして、電源電圧、入力負荷、ケーブル損失を確認します。負の正味値、範囲超過、故障状態の表し方を定義してください。すべてのトランスミッターが同じ故障電流規約を使うとは限りません。

RS485ではプログラミング前にレジスターマップを入手する

RS485は電気的インターフェースを、Modbus RTUは通信形式を規定します。選んだ計器が両方に対応する必要があります。文書に従い、シリアル通信設定、アドレス、ケーブル構成を決めてください。PLCにRS485ポートがあっても、デジタル電子回路を持たないブリッジセンサーがModbusに対応するわけではありません。

通信規格のModbusアプリケーションプロトコル仕様は16ビットレジスターを定義しています。機器のレジスターマップでは、重量のアドレス、読出し機能、符号の有無、値の換算、複数レジスターでの表現を特定する必要があります。PLCドライバーのアドレス表記を確認してください。文書上の参照番号と通信上のオフセットでは、表記規約が異なる場合があります。

用途で許される場合は負の値、十進数の換算が判別できる値、複数レジスターのワード順を試験してください。もっともらしい数字が出るまで推測するのではなく、選んだ機器のマップから詳細を入手します。測定値には、制御の役割に適した有効性または新しさの評価も必要です。

測定値、時間特性、故障時の動作を試運転で確認する

既知荷重を、機械入力、ブリッジ測定、トランスミッター値、PLCタグ、操作員用表示まで追跡してください。各段の単位と風袋を確認します。機器設定とPLCの換算設定を、設置状態での校正結果と併せて保存してください。

充填の終了時など、重要なプロセス動作中の応答を測定してください。トランスミッター、PLC、HMIのフィルターは、それぞれ遅延を加える場合があります。滑らかな表示は、適時に供給を停止できる証拠ではありません。代表条件で最終設定を試験し、制御設計上必要なら生の値とフィルター処理後の値を別々に保存してください。

承認された試験計画に従い、設備を安全な状態にして通信断と対応しているその他の故障を模擬してください。保持した最終値を、通知なく有効な最新測定値として残してはいけません。警報処理、制御の禁止、復旧を確認し、引渡し前に模擬モードと強制値を解除してください。

PLCの試運転に関する質問

Q1. 表示が期待する重量の半分になるのはなぜですか？

機械部を調整する前に、感度、励起、トランスミッターのスパン、PLCの換算を確認してください。同じ設定を使い回すと、センサー感度の違いによって測定値が2倍または半分になる誤りが生じ得ます。既知荷重を使って各段の値を追い、どこで最初に不一致が生じるか特定してください。

Q2. 励起電圧を上げれば必ず結果が改善しますか？

いいえ。励起はセンサーと計器の仕様範囲内でなければなりません。電圧を上げるとブリッジ電流が増え、電源容量を超えたり発熱が増えたりする場合があります。許容される励起でノイズと信号範囲を評価し、不適切な電子機器を過電圧で補わないでください。

Q3. 4個のセルで1つの入力を共用できますか？

計器が合計のブリッジ負荷に対応していれば、適合するセルを適切な接続箱でまとめられます。加算回路とバランス調整の構成、必要な荷重位置試験を確認してください。各支持点の独立した診断が必要なら、合成信号ではなく別々のチャンネルが必要になる場合があります。

Q4. トランスミッターの見積依頼には何が必要ですか？

センサー型式、定格容量、mV/V感度、ブリッジ抵抗、個数、ケーブル長を示してください。PLCの入力形式、必要な更新特性、出力する量、環境も添え、METRAVONお問い合わせページから送付してください。提案された計器を測定経路全体と照らし合わせて確認するために必要です。

まとめ

ブリッジに適合する測定入力を用意し、重量への換算を一つに明確化して、PLCまでの全経路を試験してください。もっともらしい数字だけでは不十分です。設置したシステムは、正しい単位で報告し、必要な時間内に応答し、測定の喪失や無効を制御ロジックが認識できる必要もあります。