Technology
計量コントローラ・ソフト設計
(けいりょうコントローラ・ソフトせっけい)
計量コントローラ
計量コントローラ・ソフト設計とは、ロードセルなどから得られる重量信号を取り込み、フィーダー、ゲート、ポンプ、バルブなどの供給機器を制御する計量コントローラの設定・制御ソフトを設計することです。
計量対象や生産工程に応じて、バッチ計量、減算計量、分割計量、連続減算計量などの方式を使い分けます。目標重量へ到達した際に供給を停止するだけでなく、粗供給・微供給の切替、落差補正、重量安定判定、過量・不足判定などを組み合わせ、計量精度と処理能力を両立させます。
ハカルプラスでは、自社製の計量コントローラに加え、ユニパルス、ミネベアミツミなど他社製コントローラを使用した制御実績があります。計量機、供給機器、PLC、タッチパネル、上位システムとの接続条件を確認し、設備に適したソフトウェアを設計します。
計量コントローラの役割
計量コントローラは、ロードセルからの微小な電気信号を重量値へ変換し、その値に基づいて供給機器を制御します。主な機能には次のようなものがあります。
- ゼロ点・スパンの調整
- 重量値の表示と安定判定
- 粗供給・微供給の切替
- 供給停止と落差補正
- 過量・不足・ロードセル異常の検出
- 計量実績のPLCや上位システムへの送信
計量コントローラ単体で一連の計量を制御する構成と、PLCが運転順序を管理し、コントローラが重量演算と供給出力を担当する構成があります。
バッチ計量方式
バッチ計量方式は、空の計量容器へ原料を加え、目標重量まで計量する加算式の方式です。1回ごとに計量、排出、ゼロ確認を繰り返す、最も一般的な計量方式です。
目標重量から離れている間は粗供給を行い、目標へ近づくと微供給へ切り替えます。供給停止後もシュートやフィーダー内を落下中の原料が入るため、目標より手前で停止指令を出します。
ホッパースケール、容器充填、紙袋充填、配合計量などに使用されます。
減算計量方式
減算計量方式は、原料を入れた計量ホッパーや供給機全体を計量し、開始時の重量から減少した量を実計量値として扱う方式です。
例えば、開始重量が100kgで、供給後の重量が92kgの場合、供給量は8kgです。供給先の容器を計量する必要がないため、複数の供給先へ原料を払い出す設備にも利用できます。
供給機の振動や配管・ケーブルから加わる外力が重量値へ影響しやすいため、計量中の振動対策や機械構造が重要です。
分割計量方式
分割計量方式は、一つの目標量を複数回に分けて計量する方式です。計量機のひょう量より大きな量を扱う場合や、一度に供給すると過量になりやすい原料に使用されます。
例えば、100kgを30kg、30kg、30kg、10kgのように分割し、最後の計量でそれまでの実績誤差を反映して目標値を微調整します。
各回の排出完了やゼロ復帰を確認し、計量回数と累積重量を管理する必要があります。途中で異常停止した場合は、何回目まで完了したかを保持し、二重計量を防ぎます。
連続減算計量方式
連続減算計量方式は、計量ホッパーから減少する重量を一定時間ごとに測定し、時間当たりの供給量を制御する方式です。ロスインウェイト方式とも呼ばれ、供給量はkg/hなどで設定します。
一定時間に減少した重量をΔW、測定時間をΔtとすると、供給量Qは次の関係で求められます。
Q＝ΔW÷Δt
実際の供給量が設定値より少ない場合はフィーダー速度を上げ、多い場合は速度を下げます。重量値には振動や原料の流動変化が含まれるため、短すぎる測定時間では制御が不安定になり、長すぎると応答が遅くなります。
粗供給・微供給と落差補正
バッチ計量では、処理時間を短くするための粗供給と、目標付近を細かく合わせる微供給を使い分けます。スクリューフィーダーでは回転速度を切り替え、ゲートでは開度や使用するゲートを切り替える方法があります。
供給停止後に入る原料量を落差量と呼びます。落差量は、原料の流動性、供給速度、付着、残量などによって変化します。計量結果から落差補正値を自動学習する機能を使用する場合もあります。
補正を強くしすぎると計量値が変動しやすくなるため、補正範囲や更新条件を設定します。
重量安定判定
供給停止直後は、計量機の揺れや落下中の原料によって重量値が変動します。一定時間、重量変化が設定範囲内に収まったことを確認してから、計量完了値として確定します。
安定判定条件を厳しくすると精度を確認しやすくなりますが、計量時間が長くなります。振動の多い設備では、機械的な振動対策とフィルタ設定の両方を検討します。
PLC・タッチパネルとの連携
PLCは、配合選択、原料順序、前後設備とのインターロックなど、設備全体の運転を管理します。計量コントローラとの間では、計量開始、目標値、実重量、完了、過量、異常などをやり取りします。
通信接続する場合は、データ形式、単位、小数点位置、更新タイミングを一致させます。通信異常時は、古い目標値で計量を開始しないよう、新規運転を禁止する処理が必要です。
タッチパネルには、目標値、現在重量、粗供給・微供給状態、計量結果、異常内容などを表示します。
異常処理と復旧
代表的な異常には、重量値不安定、ゼロ異常、過量、供給不足、ロードセル断線、通信異常、供給機過負荷があります。
目標重量へ一定時間内に到達しない場合は、原料切れ、フィーダー詰まり、ゲート動作不良などが考えられます。供給を停止し、異常原因を確認できるようにします。
停電や非常停止から復旧する際は、計量途中の重量、供給機器の状態、排出の有無を確認します。計量を継続するか、内容物を排出して最初からやり直すかを設備仕様に応じて決めます。
コントローラ更新時の注意点
既設の計量コントローラを更新する場合は、ロードセル仕様、励起電圧、入力感度、出力信号、通信方式、端子配列を確認します。
同じメーカーの後継機でも、パラメータ名や通信アドレス、完了信号の動作が変わる場合があります。既設設定を単純に移すだけでなく、PLCソフトやタッチパネルとの連携を含めて確認します。
更新後は、ゼロ点、スパン、下限・中間・上限の重量、粗供給・微供給、過量判定、異常時の停止動作まで試験します。
ハカルプラスの対応
ハカルプラスでは、バッチ計量、減算計量、分割計量、連続減算計量など、設備に応じた計量コントローラのソフト設計に対応します。
自社製コントローラだけでなく、ユニパルス、ミネベアミツミなど他社製機器の仕様を確認し、目標値設定、供給制御、落差補正、安定判定、異常処理を構成します。
計量コントローラ単体の設定に加え、ロードセル、供給機器、制御盤、PLC、タッチパネル、実績保存、上位システム連携まで、設備全体の仕様に合わせて検討します。
よくある質問
Q. バッチ計量と減算計量はどのように使い分けますか？
A. 受け容器へ加えた重量を測る場合はバッチ計量、供給元から減った重量を測る場合は減算計量が適しています。
Q. 計量コントローラだけで供給機を制御できますか？
A. 機種によっては可能です。設備全体の運転順序や複数機器との連動が必要な場合は、PLCと組み合わせます。
Q. 連続減算計量で供給量が安定しない原因は何ですか？
A. 原料の流動変化、ホッパー内の残量、振動、フィーダー能力、制御ゲインなどが考えられます。
Q. 他社製の計量コントローラにも対応できますか？
A. 入出力仕様、通信仕様、設定資料を確認できれば、ユニパルスやミネベアミツミなど他社製機器を使用した制御を検討できます。
Q. 古い計量コントローラを更新できますか？
A. ロードセル、入出力、通信、既設PLCソフトを確認し、後継機または別機種への更新を検討します。