『電気特性検査に学ぶ！アナログ信号処理』
「アナログ信号をPLCで 計測処理する」
一昔前であれば到底考えられなかったことも、
最新のPLCの変換速度・変換精度・分解能を持ってすれば十分実現できるレベルになりました。
今回は、アナログ信号をPLCで計測・処理するテクニックをご紹介します。
超高速CPU マルチ入力ユニット
KV-5000 KV-TP40
CO NTENTS
1. 太陽電池の電気特性検査は？ ２. バッテリの電気特性検査は？
４.ノイズ影響を受けずに、
３. LEDの電気特性検査は？
長距離のアナログ信号を伝達
ア ナ ロ グ 信号
長距離伝送すると、信号劣化・
ノイズで元信号は読取れない。
4 . ア ナロ グ信 号 の 長 距 離 伝 送
デジタル全盛の今も、インバータへの指令、圧力・流量の検出などはアナログ信号が主流です。
しかし、アナログ信号の長距離伝送では、ノイズの影響や、伝送路での損失による信号劣化が
発生します。
この問題はAD変換データをデジタル伝送し、DA変換して出力すれば簡単に解決できます。
当社KL-LINKシステムならPLCレスで実現
A/D変換 D/A変換
デジタル伝送
◆省配線
◆伝送距離MAX1200m
◆PLCレスによるコスト
ダウン
ア ナ ロ グ 信号 ア ナ ロ グ 信号
KL-4AD KL-2DA
PLCのアナログ計測ならキーエンス
豊富なアナログ入出力機器が用途に適合
キーエンス PLC KV-5000/3000シリーズなら、用途に応じたアナログ入出力機器が豊富にあります。
必要な入出力点数・精度・変換速度から、ご自由にお選びいただけます。
※KL-LINKは、PLC入出力を省配線で実現するネットワークシステムです。
0120-66-3000
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株式会社キーエンス 制御システム事業部
1. 太陽電池の特性検査
一般的な太陽電池の特性は、左図のような
電流I
電流-電圧特性グラフにより示されます。
製造時、これら特性を測定することは検査
短絡電流
に必要ですが、高価な測定器を使わなければ
Is [A] 最大出力点 Pmax [W]
測定できないのでは、量産は困難になります。 最大出力電流
そこで、今回はPLCでできる測定のテクニッ Imax [A]
クをご紹介します。
安定使用領
域
最 解
電圧V
大 放
Vo [V]
1-1. 短絡電流の測定
Vmax [V]
出 電
力 圧
電
圧
R[Ω] Is[A] V[V]=Is・R
測定のために、上図のような回路を作成します。この時、抵抗Rは極力小さい抵抗値であり、精
度の高いものを使うのが望ましくシャント抵抗と呼ばれます。一般に入手可能なシャント抵抗は、
10mΩ～500mΩ程度が入手可能です。
この時の、電圧Vを測定することで、オームの法則(V=IR)より短絡電流Isを求めることができます。
しかし、シャント抵抗は小さいほど測定時の影響を小さくできますが、シャント抵抗が小さいと、
電圧Vも小さくなります。このため、微小電圧が測定でき、絶縁された測定機器が必要となります。
1-2. 解放電圧の測定
Vo[V]
測定は、上図のように端子を解放した際の電圧を測定します。
一般的な太陽電池セルは0.6～3Vのため、通常の測定器でも十分対応できる電圧範囲にあります。
1-3. 最大出力電流、最大出力電圧の測定
R[Ω] Imax[A] Vmax[V]
上図のような回路を作成します。この時、抵抗Rは予め設定されたImaxとVmaxを用いて、
R = Vmax / Imax で求めた抵抗値を使用します。
例えば、Vmax = 1.2V,Imax = 1Aの太陽電池セルでは1.2Ωの抵抗値となります。
この測定も短絡電流と同じく、測定には絶縁された測定機器が必要となります。
太陽電池の測定なら、KV-TP40が最適
－100～100 m Vレンジ で分解能5μVの高精度測定が可能で す。
例えば、10mΩのシャント抵抗を使用した場合、0～10Aの電流が、分解能0.5mAで測定可能です。
この測定を複数の太陽電池セルに対して行う場合、絶縁された系統での測定が必要です。
熱電対・白金測温抵抗体の入力にも対応しているため、温度補正も１ユニットで対応できます。
CH0 超高速CPU マルチ入力ユニット
KV-5000 KV-TP40
CH1
絶縁
CH2
CH3
絶縁
絶縁 マルチ入力ユニット K V-TP40
【電圧入力】
－10～＋10V / 0～10V / －5～＋5V / 0～5V / 1～5V
－100～＋100mV / 0～100mV
【電流入力】
0～20mA / 4～20mA
シャント抵抗10mΩ使用時 【温度センサ入力】
0～10A/分解能0.5mA 熱電対 K、J、T、E、N、R、S、B、WRe5-26
白金測温抵抗体 Pt100、JPt100
2. 二次電池の特性検査
鉛電池から、ニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池など二次電池の需要が
高まっています。
ここではPLCを使った二次電池の測定をご紹介します。
R [Ω]
r [Ω]
V [V]
二次電池
SW1
E [V]
※抵抗Rは、二次電池の仕様により決まります。
例：電圧 3.7V 定格容量 2500mAhのバッテリーの場合、
R = 3.7 / ( 2500 / 1000 ) = 1.48[Ω]を使用します。
内部抵抗を測定することで、内部電解液の充填状態や品質の確認が可能です
①SW1をOFFした状態で、電圧Vを測定します。この時のVをV1とします。
②SW１をONした状態で、電圧Vを測定します。この時のVをV2とします。
③内部抵抗 r = (V1 – V2) / (2500 / 1000) で二次電池の内部抵抗を測定することができます。
二次電池の測定なら、KV-TP40が最適
温度・電圧・電流を１ユニットで入力
電池は温度の影響を受けることから、試験には温度管理が必須になります。
KV-TP40なら、温度入力からアナログ入力までの１ユニットで統合できます。
PLC KV-5000/3000シリーズ
◆高速処理
◆SDカードへのロギング機能
◆ロギングデータのFTPアップロード機能
を使い、ラダープログラムでPID命令を使えば、カスケード制御を含む
高精度温調システムとデータロギングシステムをPCなしに構築できます。
超高速CPU マルチ入力ユニット
KV-5000 KV-TP40
KV-5000からPCへ
自動アップロード
※PC（サーバ）側の
プログラムは不要
3 . LE D 検 査
高輝度LEDは右図のような光度-順方向電流特性を示します。
製造時の特性検査では、電流を 10mA ～ 100mAの範囲で 光
度
測定する必要があり、高価な測定器が必要でした。
1000
[mcd]
PLCでできる測定テクニック！ 0 1 10 100
順方向電流[mA]
光度計
+
V[V] R[Ω] Vi[V]
-
I[A]
測定のために上図のような回路を作成します。抵抗Rは電源電圧Vと流す電流Iから求めます。
LEDの順方向電圧Vfとし、下記式にて求めます。
R = (V – Vf)/ I
電圧Viを計測することで、ダイオードに流れる電流Iと順方向電圧Vfを求めることができます。
LED検査なら、KV-TP40が最適
1ユニットで4系統の電流測定 【4ch絶縁・マルチ入力】
電流計測は、測定時の電気基準点が異なることや、微小電圧としての計測が必要
であるため、絶縁された系統で計測することが必須となります。
また、安定した測定には温度の影響を無視することができません。
マルチ入力ユニット KV-TP40は、ch間絶縁・マルチ入力対応のため、１台で電流・
電圧・温度が測定でき、PLC計測に最適です。
電圧入力
CH0
絶縁
CH1
電流入力
絶縁
CH2
電圧入力
絶縁
CH3
温度入力
1
日本語 英 語 中国語
ＡＢＳ樹脂 ABS resin
ＡＦＭ Atomic force microscope
Ａ●︱ X線 X-ray
あ● アーク溶接 Arc welding
アース Ground
亜鉛ダイキャスト Zinc die-cast
空き容量 Free space
アクセス権 Access authority
アクリル Acrylic
アスペクト比 Aspect ratio
あそび Clearance
値 Value
アダプタ Adapter
あたり Contact
圧延 Rolling
圧痕 Indentation
圧縮 Compress
圧縮成形 Compression molding
圧縮率 Compression ratio
圧接 Pressure welding
アップロード Upload
後入先出法 Last in, first out method/Lifo method
後処理 Post-processing
アドレス Address
厚み Thickness
圧力ポート Pressure port
穴あけ Holing
アナログ Analog
アナログ信号 Analog signal
アニーリング Annealing
従来のトルク制御装置の構成
従来のトルク制御方法と課題
課題① 制御方法により、制御用の信号、ユニットが異なっていました。
位置決め制御：パルス列信号
トルク制御 ：アナログ信号
位置決め制御用
パルス列信号
トルク制御用
アナログ信号
課題
複合用途で使用する場合、
それぞれ配線する必要がありました。
圧入機器
課題② 位置とトルクを同時に管理できないため周辺機器が必要でした。
位置決め制御中：トルクを管理するにはロードセルなどが必要
トルク制御中 ：位置座標を管理するには変位センサなどが必要
位置決め制御中 トルク制御中
外付けエンコーダ
変位センサ
（トルク制御で
外付けロードセル
押し付けられている際の
（実際にワークにかかる
移動量を測定するため）
荷重を測定するため）
アプリケーション⑦
表示レンジの変更
～アナログデータの計測データのレンジへの変換方法～
KVスクリプトで条件分岐する制御文は「SELECT～CASE」です。
アナログ信号をスケーリングしてレンジ変更するプロジェクト例
'変位計などから入力されるアナログ信号を、
'変位の最小値と最大値でスケーリングします。
'ダミーデータ（必要に応じて値を変更してください。）
@DM0 = 5000 '変位計最小値
@DM1 = 12000 '変位計最大値
@DM2 = 6000 '変位計最小値時のAD変換値
@DM3 = 14000 '変位計最大値時のAD変換値
'ch0のAD変換値（DM10101）の値で条件分岐します。
SELECT CASE DM10101.S
'変位計最小値時のAD変換値（下限値）以下のデータは-30000とします。
CASE IS < @DM2.S
DM1000.S = -30000
'変位計最大値時のAD変換値（上限値）以上のデータは30000とします。
CASE IS > @DM3.S
DM1000.S = 30000
'変位計最小値時のAD変換値（下限値）以上、
'変位計最大値時のAD変換値(上限値）以下の場合、スケーリングします。
CASE ELSE
DM1000.S = (@DM1.S-@DM0.S)*(DM10101.S-@DM2.S)/(@DM3.S-@DM2.S)+@DM0.S
END SELECT
翻訳キーワード集
