センサの誤動作・誤検出の原因と切り分け表｜ノイズ・取り付け・検出体・設定

物がないのにセンサが反応して機械が止まる。物はあるのに、たまに入らない。センサを交換したのに、また同じことが起きた。

センサの誤動作・誤検出の原因は、ノイズ・取り付け・検出体・設定の4つにしぼれます。最初にセンサ本体のランプと PLC の入力ランプを見比べ、おかしいのがセンサの側か、配線・入力の側かを分けます。

この記事では、センサを工場の番犬にたとえて説明します。番犬が「いないのに吠える」「来ても吠えない」とき、犬が悪いとは限りません。症状から疑う順番を決める切り分け表もあります。

誤検出とは?番犬の2つの失敗

センサは、物が「ある・ない」「来た・まだ」を電気の ON・OFF で PLC(機械の脳にあたる制御装置)に知らせる部品です。この知らせが、本当の様子と食い違うことを、誤検出や誤動作と呼びます。

どの失敗かで、疑う原因の順番が変わります(④)

失敗の種類	センサでは	機械で起きること
いないのに吠える	物がないのに ON(反応しっぱなし・ときどき ON)	部品がないのに次の動きに進む、異常で止まる
来ても吠えない	物があるのに OFF(たまに入らない)	待ち続けて止まる、数え落とす
吠えたりやめたり	ON・OFF が細かくばたつく(チャタリング)	数が多く数えられる、動きがぎくしゃくする

ここで大事なのは、どちらの失敗もセンサの故障とは限らないことです。センサそのものが壊れていることは、実はそれほど多くありません。まわりの条件を先に疑います。

まず記録:いつ・どんなふうにおかしいか

誤動作は、起きたり起きなかったりすることが多く、あとから思い出そうとしても条件がわかりません。番犬が吠えたとき、「何時に・何の音がしたか」をメモしておけば、原因が見えてきます。

上から順に、わかる範囲で書きます

記録すること	なぜ要るか
症状の形(ないのに ON・あるのに OFF・ばたつく)	疑う原因の順番が決まる(④)
センサ本体のランプと、PLC の入力ランプの様子	センサの側か、配線・入力の側かが分かれる(⑤)
そのとき動いていた機械(モーター・溶接・電磁弁)	ノイズを疑うかが決まる(⑦)
品種・ロット・材料の変更	検出体の変化を疑うかが決まる(⑩)
時刻・天気・季節、清掃や段取りの直後か	外の光・温度・汚れ・取り付けのずれ(⑧⑫)
直前に変えたこと(設定・配線・部品の交換)	変えた所が原因のことが多い

原因は4つにしぼれる:雑音・犬小屋・相手・しつけ

左の列で覚えておくと、現場で思い出しやすくなります

番犬のたとえ	センサの原因	具体的には
まわりの雑音	ノイズ	モーターやインバータ・電磁弁の電気の揺れが、信号の線に入る
犬小屋の場所と向き	取り付け	ゆるみ・振動・すきまが限界ぎりぎり・となりのセンサ・周りの金属
相手の見えにくさ	検出体	材質・色・光沢・透明・大きさが変わった、汚れや付着物
しつけ	設定	感度・入力フィルタ・タイマ・プログラムの条件

どれから確かめるかは、症状で変わります。動く図で、症状を選んで「次を確かめる」を押してみてください。

見てほしいのは、どの症状でも最初の1歩は同じ「ランプの見比べ」で、その次から順番が変わることです。たとえば、決まった機械が動いたときだけおかしいならノイズから、品種が変わってからおかしいなら検出体から確かめます。

最初の分かれ道:センサのランプと入力ランプを見比べる

多くのセンサには、出力が ON になると光るランプがついています。PLC の入力にも、入力が ON になると光るランプがあります。この2つを見比べるだけで、調べる場所が半分になります。

センサが PLC から離れているときは、2人で無線や電話で同時に見ると確かです

センサのランプ	PLC の入力ランプ	おかしいのは	次に見る所
おかしい(物がないのに点く・あるのに消える)	センサと同じ	センサの側(取り付け・検出体・設定・ノイズ)	⑥の表の上から
正しい	違う(点かない・点きっぱなし)	配線・電源・PLC の入力の側	配線、入力の条件(PLC の切り分けの記事)
正しい	正しい	PLC の中(プログラム・フィルタ・タイミング)	⑪の計算、プログラムの条件

入力ランプが点かない・消えないときの配線と入力の確かめ方は、PLCのエラーで止まったときの切り分けで、測る順番まで説明しています。

センサの誤動作の切り分け表

上の行から順に確かめます。センサの取り付けや配線に触るときは、機械を止め、動かないようにしてから行います

症状・いつ出るか	まず疑う原因	確かめる場所・測るもの	直し方
決まった機械(モーター・溶接・電磁弁)が動いた時だけ ON・OFF する	ノイズ	信号の線と動力線の並び、サージキラーの有無、接地	線を離す・別の配管にする・サージキラー・接地(⑦)
機械の振動に合わせてばたつく	取り付けのゆるみ、すきまが限界ぎりぎり	金具のゆるみ、すきまと検出距離	締め直す、すきまを7割の内側に(⑧⑨)
となりのセンサを付けてからおかしい	相互干渉	センサどうしの間隔	間隔をとる・異周波タイプ・干渉防止の機能
品種・材料が変わってからおかしい	検出体(材質・色・光沢・透明・大きさ)	新しい品物で検出距離・反応を確かめる	センサの位置・方式・感度を見直す(⑩)
物がないのに ON のまま	検出面の付着物(切り粉・汚れ)、うしろの壁や台	検出面、センサのうしろにある物	清掃・カバー・背景を遠ざける(⑩)
朝だけ・晴れた日だけ・季節で変わる	外の光、温度、結露	その時刻に光が当たるか、温度	向き・フード・遮光(⑫)
センサは正しいのに PLC の入力が違う	配線・電源・入力の条件・フィルタ	入力ランプ、電圧、フィルタの設定	配線を直す、フィルタを見直す(⑪)

ノイズ:まわりの雑音で吠える

ノイズは、モーターやインバータ、電磁弁などが出す、よけいな電気の揺れです。センサの信号はとても小さな電気なので、近くにある大きな電気の線から揺れがうつると、物がないのに ON になったり、ばたついたりします。

対策は、雑音の元に近い所から行うほど効きます

ノイズの入り方	よくある場面	パナソニックの資料にある対策
線どうしで移る	センサの線を、モーターの動力線と同じダクトや配管に通している	高圧線や動力線との並行配線・同じ配線管を避ける
電源・コイルから出る	電磁弁やマグネットスイッチが切れる瞬間	サージキラーでサージを抑える
機械の金属を伝わる	インバータやスイッチング電源の近く	ノイズを出す機器の F.G.(フレームグラウンド)端子を接地

インバータが出すノイズの通り道と対策の順番はインバータのノイズ対策で、ノイズそのもののしくみは同じ筆者の shirasusolo.net のノイズとはで説明しています。

取り付け:犬小屋の場所がずれている

取り付けの問題でいちばん多いのは、すきまが検出距離の限界ぎりぎりになっていることです。カタログの検出距離は「ここまでなら初めて反応する」最大の値なので、そこで使うと、温度の変化や機械の振動で、届いたり届かなかったりします。

近接センサには、ばたつきを防ぐしかけがあります。近づくときに ON になる距離と、離れるときに OFF に戻る距離を、わざと少しずらしてあるのです。このずれを応差(ヒステリシス)と呼びます。パナソニックの資料では、通常は最大動作距離の10〜20%の応差を持たせ、検出物体の振動などによるチャタリングを防いでいると書かれています。

動く図で確かめましょう。すきまと振れ幅を変えて「スタート」を押し、出力が何回ばたつくかを見てください。

見てほしいのは、振れ幅が応差より小さければ、すきまが限界の近くでもばたつかないことと、すきまを内側(7割)に寄せると、振れ幅が大きくてもばたつかないことです。次の節で、これを計算で確かめます。

ほかにも、取り付けで起きることがあります。となりにセンサを近づけて並べると、おたがいに影響して不安定になります(相互干渉)。近接センサは周りの金属にも反応することがあります。選ぶときの注意は近接センサの選び方で説明しています。

計算してみよう:振動でばたつくか?

ここで計算するのは、「いまの取り付けで、振動によるばたつきが起きるか」と「どこまで近づければ止まるか」を、現物をいじる前に知るためです。

式の出どころ:「ON になる線」と「OFF に戻る線」を両方またぐか

ばたつきは、物が揺れて、ON になる距離より近くと、OFF に戻る距離より遠くの両方に、行ったり来たりするときに起きます。片方だけなら、ON か OFF のどちらかに落ち着きます。OFF に戻る距離は、ON になる距離に応差の分を足した所です。

OFF に戻る距離 = ON になる距離 × (1 + 応差の割合)

ばたつく条件:いちばん近い所 ≦ ON の距離 かつ いちばん遠い所 > OFF の距離

割合には単位がないので、答えは mm のままです

記号・言葉	意味	単位	例の値
ON の距離	近づいて ON になる距離(鉄の場合)	mm	4.0(定格 4 mm のセンサの例)
応差の割合	パナソニックの資料の目安 10〜20% の厳しい側	なし	0.10
すきま	物が止まったときの、センサの面との距離	mm	4.2 と 2.8
振れ幅	振動で物が近づいたり離れたりする幅	mm	±0.3

つまり、ばたつきを止めるいちばん確かな方法は、設定やタイマでごまかすことではなく、すきまを内側に寄せて、両方の線をまたがないようにすることです。答えが「すきま 28 mm」のように桁違いなら、割合と mm を取り違えていないかを見直します。

検出体:相手が見えにくくなった

センサのカタログの検出距離は、決められた標準の物(近接センサなら鉄の板、光電センサなら通常は白い無光沢の紙)で測った値です。パナソニックの資料にあるとおり、実際の検出距離は、物の大きさ・色・表面の凹凸で変わります。

パナソニックの資料の注意をまとめました

検出体の変化	起きやすいこと	確かめること
材質が鉄からアルミ・ステンレスに(近接センサ)	近づかないと反応しない → たまに入らない	材質の補正係数で検出距離を見直す
色が白から黒に(光電センサの反射形)	光が返らない → 入らない	新しい品物で反応を確かめる
光沢のある物・鏡のような物	光の返り方が向きで変わる → ばたつく・ないのに ON	向きを変える、鏡面体用の方式
透明な物	光が通り抜ける → 入らない	透明体用の方式
うしろに壁や台がある	うしろの物を見てしまう → ないのに ON	背景を取り除く・黒くする・遠ざける

近接センサで材質が変わったときは、材質の補正係数を掛けて検出距離を見積もり直します(計算のしかたは⑧でリンクした近接センサの選び方の記事にあります)。光電センサの方式ごとの得意・不得意は、光電センサの選び方の記事で説明します(公開しだい、ここにリンクします)。

設定:しつけで吠え方を変える(入力フィルタの窓)

PLC の入力には、短すぎる信号を無視するしかけ(入力フィルタ)があります。三菱電機 FX5U の取扱説明書では、デジタルフィルタの初期値は 10 ms で、なしや 10 µs〜70 ms から選べ、ノイズの多い所ではフィルタを設定するよう書かれています。

ここで計算するのは、「フィルタで雑音を消しても、本物の信号を見落とさないか」を知るためです。

式の出どころ:時間 = 距離 ÷ 速さ

センサの前を品物が通り過ぎる時間は、品物の長さを速さで割ると出ます(速さ=距離÷時間 を並べかえた式)。この時間が、本物の信号の長さです。フィルタの時間は、ノイズの長さより長く、本物の信号の長さより十分短くなければなりません。PLC は決まった間隔(スキャン)で入力を読むので、本物の信号は「フィルタ+1スキャン」より長いことを、安全側の目安にします。

本物の信号の長さ = 品物の長さ ÷ 速さ

使える条件:ノイズの長さ ＜ フィルタ かつ フィルタ + 1スキャン ＜ 本物の信号の長さ

つまり、フィルタはノイズ対策の万能薬ではない、ということです。答えが 60 s のように大きすぎたら、mm を m に直し忘れていないかを見直します。

決まった時だけおかしい:光・温度・汚れ

パナソニックの資料では、太陽光は季節や時間帯で入る角度が変わるので、実機で確かめるよう書かれています

いつ起きるか	疑うこと	対策の例
朝や夕方の決まった時刻・晴れた日	窓からの日ざしがセンサに入る	向きを変える、フード、遮光
照明を替えてから	強い光やインバータ式の蛍光灯の光	光が直接入らない向きにする
暑い日・寒い日、機械が温まってから	温度で検出距離が変わる	すきまを7割の内側に(⑨)
しばらく清掃していないとき	レンズや検出面の汚れ・切り粉	清掃の周期を決める、カバー
湯気・水がかかる所	水滴・結露	向き・カバー・方式の見直し

確かめる順番:止める → 見る → 動かして試す → 測る

直したつもりで再発する、よくある思い込み

左の列に心当たりがあれば、右の列を先にやります

思い込み	残る原因と、どうするか
センサを交換したら直った	取り付けを触ったついでに、すきまやゆるみが変わっただけかもしれない。すきまを測って記録する
フィルタやタイマを長くしたら直った	ノイズや振動は残っている。速さや品種が変わると見落としになる(⑪)
感度を上げたら入るようになった	うしろの物や汚れにも反応しやすくなる。物がないときに OFF かを必ず確かめる
しばらく起きないから大丈夫	条件(時刻・品種・動いている機械)がそろっていないだけかもしれない。記録を続ける

仕事で使うとき:誤動作を起こしにくくする設計のチェックリスト

このうち、線のルートは設備を作るときに決めるのがいちばん楽です。誤動作が出てからダクトを入れ替えるのは大がかりになりやすいからです。

よくある質問

まとめ:センサの誤動作は「番犬のまわり」を順に疑う

センサの誤動作が直ったら、センサの信号を受ける PLC や、ノイズを出す側の機器の見方も確かめておきましょう。