ごみ詰まりを自動逆転で解消する、ごみ破砕機のモーター制御盤（製造業の工場向け）

課題の背景

この課題は、工場ですでに使用していたごみ破砕機から生じたものです。新しい制御盤は破砕機の既存モーターに取り付ける必要があり、モーターの電流をごみ詰まりの信号として使用します。当社は2019年に本件を開始しました。

要件と制約

本件の要件は要求仕様書（User Requirement）に記載されています。この文書には、破砕機の動作手順、システム設定、システムのソフトウェア環境が定められています。

• 動作手順：正転で破砕、電流からごみ詰まりを検出、停止、逆転、再び正転で破砕
• 詰まり解消動作の繰り返しは3回までに制限します。上限に達したら、モーターは停止し、オペレーターが盤のForwardボタンを押すのを待つ必要があります。
• 盤面にはManual/Off/Autoモード切替スイッチ、操作ボタン、状態表示灯、非常停止ボタン（Emergency Stop）が必要です。
• 無線ルーター（Wireless Router）経由で遠隔からシステムを設定します。
• システムのソフトウェア環境：Ubuntuオペレーティングシステム上のPythonとMySQLデータベース
• 制御盤は、工場で使用中のごみ破砕機のモーターに取り付けられるものでなければなりません。

なぜモーターの電流でごみ詰まりを判定するのか

当社がモーターの電流を使用するのは、ごみ詰まりによってモーターが過負荷となり、引き込む電流が通常とは異なる値になるためです。そのため、電流値によってモーター自体の状態から詰まりを把握できます。電流センサーが値をArduino ATmega328ボードへ送り、制御盤はこの値を逆転手順を開始する条件として使用します。

逆転では解消できないほどの詰まりが起きたときに制御盤が逆転を繰り返し続けないよう、解消動作の繰り返しを3回までに制限しました。上限に達した後は、運転を続けるかどうかをオペレーターが判断する必要があります。

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   Startを押してモーターを正転

   オペレーターが盤面のStartボタンを押すと、モーターは正転（Forward）方向に回転してごみを破砕します。

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   電流センサーがごみ詰まりを検出

   ごみが詰まって破砕できなくなると、モーターの電流が通常とは異なる値に変化し、盤面のOverloadランプが点灯して、制御盤がモーターを停止します。

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   逆転してごみをほぐす

   制御盤がソリッドステートリレー（SSR）とマグネットコンタクタに指令してモーターを逆転（Reverse）させ、詰まったごみを動かします。その後、回転方向を切り替える前に再度停止します。

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   正転で破砕を継続、または停止してオペレーターを待つ

   モーターは再び正転に戻って破砕を続けます。再び詰まった場合は同じ手順を繰り返し、3回繰り返すと、オペレーターが盤のForwardボタンを押すまでモーターは停止して待機します。

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   非常停止と遠隔設定

   オペレーターはいつでも非常停止ボタンを押すことができます。システム設定はWireless Router経由の遠隔接続で行います。

当社が設計・製作したもの

当社は本件を、システム分析から破砕機のモーターへの制御盤の設置まで一貫して担当しました。作業はハードウェア、ソフトウェア、文書に分かれ、内容は次のとおりです。

• 30馬力モーター用のForward/Reverseモーター制御盤（盤の設計図および電気工事を含む）
• 電流検出ユニット：Arduino ATmega328ボードに接続した電流センサー
• モーター回転方向切替ユニット：ソリッドステートリレー（SSR）とマグネットコンタクタ
• 盤面：Start Forward、Stop、Run Reverseボタン、Manual/Off/Autoモード切替スイッチ、状態表示灯、非常停止ボタン
• 制御ボードのプログラムと、Wireless Router経由でアクセスする設定画面
• システム試験および関連文書

この制御盤はどのような試験に合格しましたか

この制御盤は当社オフィスでAutoモードとManualモードの両方のプログラム試験に合格し、2020年に工場へ設置しました。記録されている結果は2つのモードのプログラム試験結果です。現場での継続運用による数値は記録されていないため、このページではそれらの数値を報告していません。

私たちが学んだこと

本件から、手順に沿って詰まりを解消する必要があるモーター制御盤の案件に向けて、3つの原則が得られます。

• 動作手順と、制御盤が自動で詰まりを解消できる回数は、プログラム作成前に文書で合意する必要があります。その回数に達したら、制御盤は自動での解消動作を続けず、停止して人の判断を待たなければなりません。
• 制御盤の設置位置は製作前に確定する必要があり、保守作業の安全も確保しなければなりません。本件ではプロジェクトの途中で設置場所が変更になり、プロジェクト記録には設置場所が保守作業にとって安全ではないと記載されています。
• 工場側の電気配線とネットワークケーブル（LAN）の配線範囲は、作業開始時点で明確に文書化する必要があります。本件ではプロジェクト記録に、LAN配線の範囲が不明確だったと記載されています。

この考え方をお客様の破砕機や粉砕機にどのように適用できますか

お客様の破砕機や粉砕機が頻繁に詰まり、材料をほぐすためにモーターの回転方向を切り替える必要がある場合は、本事例と同じ考え方を適用できます。つまり、モーター電流を測定して詰まりを検出し、合意した回数に従って制御盤に停止、逆転、正転の手順を実行させます。調整が必要な部分は、お客様のモーター、機械、設置場所によって異なります。

• モーターの銘板情報を準備し、機械が詰まったときの症状を記録します。
• 動作手順、逆転時間、人の判断を待つ前に制御盤が自動で解消動作を行う回数を文書で合意します。
• 制御盤の製作開始前に、設置位置と電気配線およびLANケーブルの配線ルートを確定します。
• 工場側の範囲について、誰が場所の準備と配線を担当するかを明確にします。