産業オートメーションの分野では、可変周波数ドライブ (VFD) とプログラマブル ロジック コントローラー (PLC) の間の相互作用は、機械の正確な制御、エネルギー効率、シームレスな動作を実現するための基礎となります。私は VFD サプライヤーとして、この相乗効果がさまざまな産業プロセスに変革的な影響を与える可能性があることを直接目撃してきました。このブログでは、VFD が PLC とどのように相互作用するかを詳しく掘り下げ、基礎となる原理、通信方法、現実世界のアプリケーションを探っていきます。
基本の理解: VFD と PLC
それらの相互作用に入る前に、VFD と PLC が何であるかを簡単に理解しましょう。可変周波数ドライブ (可変速度ドライブとも呼ばれる) は、電気モーターに供給される周波数と電圧を調整することで電気モーターの速度を制御するために使用される電子デバイスです。これにより、モーターの速度、トルク、加速度の微調整制御が可能になり、エネルギーの節約とプロセス制御の強化につながります。特定の種類の VFD に興味がある方には、単相モーター用可変速ドライブそして単相インバータ駆動さまざまな単相モーター用途に適しています。
一方、プログラマブル ロジック コントローラーは、幅広い産業プロセスを制御するように設計された耐久性の高い産業用コンピューターです。 PLC は、センサーからの入力信号の監視、事前定義されたルールに基づく論理的な決定、アクチュエーターへの出力信号の送信など、特定のタスクを実行するようにプログラムされています。これらは信頼性が高く、柔軟性があり、変化するプロセス要件に適応するために簡単に再プログラムできます。
VFD と PLC の相互作用の仕組み
VFD と PLC 間の対話には、通常、制御と監視という 2 つの主要な側面が含まれます。
コントロール
PLC は制御信号を VFD に送信して、モーターの速度、方向、その他の動作パラメーターを調整できます。これを実現するにはいくつかの方法があります。
アナログ信号
最も一般的な方法の 1 つはアナログ信号によるものです。 PLC は、アナログ電圧または電流信号 (0 ～ 10V または 4 ～ 20mA など) を VFD に出力できます。次に、VFD はこの信号を速度基準として解釈します。たとえば、0V 信号は 0% の速度に対応し、10V 信号はモーターの定格速度の 100% を表す場合があります。この方法は比較的単純で広く使用されていますが、精度と制御できるパラメータの数の点で制限があります。
デジタル信号
デジタル信号は基本的な制御機能にも使用できます。 PLC は、個別のオン/オフ信号を VFD に送信して、モーターを開始、停止、逆転させたり、さまざまな速度範囲を選択したりできます。たとえば、ハイレベルのデジタル信号を使用してモーターを始動し、ローレベル信号を使用してモーターを停止できます。デジタル信号は、騒音の多い産業環境においてより信頼性が高く、迅速かつ簡単な制御アクションに使用できます。
通信プロトコル
最近の VFD と PLC は、Modbus、Profibus、Ethernet/IP などのさまざまな通信プロトコルをサポートしていることがよくあります。これらのプロトコルにより 2 つのデバイス間の双方向通信が可能になり、PLC が複雑な制御コマンドを送信し、VFD から詳細なフィードバックを受信できるようになります。通信プロトコルを使用すると、PLC はモーター速度を制御できるだけでなく、加速時間と減速時間、トルク制限などのパラメーターを調整することもできます。たとえば、Modbus を使用すると、PLC は VFD に特定のレジスタ値を書き込んで目的の速度を設定したり、他のレジスタを読み取ってモーター電流、温度、障害コードなどの VFD のステータスに関する情報を取得したりできます。
監視
PLC は制御に加えて、VFD とモーターの状態を監視することもできます。これは、障害の検出、安全な操作の確保、プロセスの最適化にとって非常に重要です。
フィードバック信号
VFD はフィードバック信号を PLC に送り返すことができます。これらの信号には、モーター速度、電流、電圧、温度が含まれます。 PLC はこの情報を使用して、負荷に基づいてモーター速度を調整したり、過電流状態が発生した場合にモーターを停止したりするなどの決定を下すことができます。
故障検出
VFD は自身の動作を継続的に監視し、過電圧、不足電圧、過電流、過熱などのさまざまな障害を検出できます。障害が発生すると、VFD は PLC に障害信号を送信できます。その後、PLC は、モーターの停止、アラームの作動、さらなる分析のための障害の記録など、適切なアクションを実行できます。
現実世界のアプリケーション
VFD と PLC 間の相互作用は、多くの産業用途で広く使用されています。
HVAC システム
暖房、換気、空調 (HVAC) システムでは、ファンとポンプの速度を制御するために VFD が使用されます。 PLC は建物内の温度、湿度、圧力を監視し、それに応じて VFD を調整して、エネルギー消費を最小限に抑えながら快適な環境を維持します。たとえば、部屋の温度が設定値より低い場合、PLC は制御信号を VFD に送信することで加熱ポンプの速度を上げることができます。
コンベヤシステム
製造工場のコンベヤ システムでは、多くの場合、VFD を使用してコンベヤ ベルトの速度を制御します。 PLC はコンベア上の材料の流れを監視し、VFD を調整してスムーズで効率的な動作を保証します。コンベアに障害がある場合、PLC は VFD に停止信号を送信することで、関連するコンベア ベルトを停止できます。
水処理施設
水処理プラントでは、VFD はポンプやブロワーの速度を制御するために使用されます。 PLC は、水位、流量、化学物質の濃度を監視し、VFD を調整して処理プロセスを最適化できます。たとえば、タンクの水位が低い場合、PLC は VFD を制御して給水ポンプの速度を上げることができます。
VFD - PLC 連携の利点
VFD と PLC を組み合わせると、次のような利点があります。
エネルギー効率
実際の負荷要件に基づいてモーター速度を正確に制御することで、VFD はエネルギー消費を大幅に削減できます。 PLC は、VFD がモーターを最も効率的な速度で動作させることを保証し、コスト削減と環境への影響の軽減につながります。
プロセスの最適化
モーターをリアルタイムで監視および制御できるため、プロセスの最適化が向上します。 PLC は VFD パラメータを調整して、製品の品質を向上させ、生産効率を高め、無駄を削減できます。
柔軟性と適応性
PLC は、変化するプロセス要件に適応するために簡単に再プログラムできます。これは、同じ VFD - PLC システムを異なるアプリケーションで使用したり、新しい製品や生産プロセスを処理するために変更したりできることを意味します。
故障診断とメンテナンス
PLC と VFD の組み合わせによる監視機能により、障害の早期検出が可能になります。これにより、予防的なメンテナンスが可能になり、ダウンタイムとメンテナンスコストが削減されます。
結論
VFD と PLC 間の相互作用は、産業オートメーションにおける強力なツールです。正確な制御、エネルギー効率、プロセスの信頼性の向上を実現します。 VFD サプライヤーとして、当社は幅広い製品を提供しています。インバータドライブさまざまなPLCや通信プロトコルと互換性があります。産業プロセスに VFD - PLC システムの導入を検討している場合、または既存のセットアップをアップグレードする必要がある場合は、当社がお手伝いいたします。当社の専門家チームは、適切な VFD ソリューションとサポートを提供し、シームレスな統合を保証します。お客様の特定の要件について話し合い、当社の製品がお客様の業務にどのようなメリットをもたらすかを検討するには、当社までお問い合わせください。
参考文献
- 『産業オートメーションハンドブック』ピーター・ウェルボーン著
- 「可変周波数ドライブ: 選択、適用、およびメンテナンス」ダン・ジョーンズ著
- 各種VFD・PLCメーカーの技術マニュアル