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パルス入力回路
(パルスにゅうりょくかいろ)
パルス入力回路とは、流量計、エンコーダ、近接センサ、電力量計などから出力されるON・OFFの繰り返し信号を受け取り、回数、周波数、周期、速度、積算量を計測する回路です。
パルス信号は、一つのパルスを一定量として数える用途と、単位時間あたりのパルス数から速度や流量を求める用途があります。入力回路には、電圧レベル、最大周波数、最小パルス幅、出力方式への適合が必要です。
ハカルプラスでは、入力信号の仕様を確認し、絶縁、波形整形、ノイズ除去、高速カウント、積算処理まで含むパルス入力回路を検討します。
パルス信号の用途
- 流量計の積算流量
- 電力量計のパルス出力
- ロータリーエンコーダの位置・速度検出
- 回転体の回転数測定
- コンベヤ上の製品数量カウント
- 定量供給設備の供給量演算
例えば、流量計が1パルスにつき1Lを出力する場合、1,000パルスを数えると積算流量は1,000Lとなります。
パルスの周波数と周期
1秒間に発生するパルス数を周波数といい、単位にはHzを使用します。1パルスに要する時間は周期です。
周波数が高いほど回転速度や流量が大きい用途が一般的です。低速域では一定時間内のパルス数が少なくなるため、パルス間隔を測定して速度を求める方法もあります。
入力方式
パルス出力には、無電圧接点、オープンコレクタ、電圧パルス、ラインドライバなどがあります。
- 無電圧接点：接点の開閉でパルスを生成
- オープンコレクタ：外部プルアップ電源を用いて信号を生成
- 電圧パルス：所定の電圧レベルを直接出力
- ラインドライバ：差動信号で高速・長距離伝送に対応
入力回路の電圧、極性、しきい値、入力電流を出力機器へ合わせます。
最大入力周波数
入力回路、PLC入力ユニット、マイコン処理には最大応答周波数があります。入力信号がそれを超えると、パルスを取りこぼして積算量や速度が小さく表示されます。
最大周波数は、設備の最大速度や最大流量から求めます。例えば、1回転あたり1,000パルスのエンコーダが毎秒10回転する場合、入力周波数は10kHzです。
最小パルス幅
パルスのON時間またはOFF時間が入力回路の応答時間より短いと、信号として認識できません。最大周波数だけでなく、最小パルス幅やデューティ比も確認します。
PLCの通常入力では対応できない場合、高速カウンタユニットや割込み入力を使用します。
チャタリングと二重カウント
機械式接点をパルス源にすると、接点のチャタリングによって一回の動作を複数パルスとして数える場合があります。
入力フィルタやデバウンス処理で除去できますが、フィルタ時間を長くしすぎると次のパルスを取りこぼします。機械式接点の速度と信号周期に合わせて設定します。
ノイズ対策
パルス入力は短いノイズを信号として誤認し、積算値が増えることがあります。特に長距離配線、インバーター周辺、高速信号では注意が必要です。
- ツイストペア線やシールド線を使用する
- 動力線と配線経路を分離する
- 差動信号を利用する
- シュミットトリガで波形を整形する
- フォトカプラやデジタルアイソレータで絶縁する
波形整形
入力波形の立上りや立下りが遅いと、しきい値付近で入力が不安定になることがあります。シュミットトリガ回路を用いると、ONとOFFの判定電圧に差を設け、安定したデジタル信号へ整形できます。
入力電圧が高い場合は分圧や電流制限を行い、負電圧や過電圧に対する保護回路を設けます。
積算値の保持
流量や生産数などの積算値は、停電や制御装置の再起動後も保持する必要があります。不揮発性メモリへ保存する場合、毎パルス書き込むとメモリ寿命を縮めるため、一定時間または一定量ごとに保存します。
停電検出回路とバックアップ電源を組み合わせ、電源低下時に最新値を保存する方法もあります。
速度・流量の演算
一定時間内のパルス数から周波数を求め、回転数、搬送速度、瞬時流量へ換算します。演算時間を短くすると応答は速くなりますが、表示値の変動が大きくなります。
低周波ではパルス周期を測定し、高周波では一定時間のカウント数を測定するなど、速度範囲に応じて方法を選びます。
異常時の確認
積算値が増えない場合は、出力機器の電源、配線、極性、プルアップ抵抗、入力表示、最大周波数設定を確認します。
停止中にも積算値が増える場合は、ノイズ、接点チャタリング、シールド接地、入力しきい値を点検します。別のカウンタやオシロスコープで実際の波形を確認すると原因を絞り込めます。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、無電圧接点、オープンコレクタ、電圧パルス、差動出力などに対応する入力回路を検討します。
流量、電力量、回転数、生産数量の積算、速度演算、警報、通信、データ保存まで含む制御・計測システムに対応します。
よくある質問
Q. 通常のPLC入力で高速パルスを数えられますか？
A. 入力応答やスキャン時間を超える場合は、高速カウンタや専用入力ユニットが必要です。
Q. オープンコレクタ出力には外部電源が必要ですか？
A. 一般にプルアップ用の電源と抵抗が必要ですが、入力機器に内蔵されている場合もあります。
Q. パルス信号を長距離伝送できますか？
A. 周波数、電圧、配線条件によって異なります。高速・長距離では差動信号や中継器を検討します。
Q. 停電しても積算値を保持できますか？
A. 不揮発性メモリやバックアップ電源を使用して保持する構成を検討できます。
Q. ノイズによる誤カウントを防げますか？
A. 配線分離、シールド、絶縁、波形整形、入力フィルタを組み合わせて対策します。