4–20mA信号の異常切り分け｜3.6mAをゼロ扱いしない

監視画面の流量がゼロになった。現場の配管には流れているように見える。ここで「流量計が故障した」と決める前に、画面が受け取った電流値と、その値の扱いを確認したい。測定下限、信号異常、前回値の保持が、同じゼロ表示に見えている可能性があるからである。

本稿は4–20mA信号を受ける監視・記録系の切り分けを扱う。実際の配線確認や電流測定は、担当者が設備の作業許可・隔離・計器取扱手順に従って行う範囲である。制御や保護に接続されたループを、その場の判断で切断・強制出力する手順ではない。

4mAは測定下限、3.6mAの意味は機器の仕様で確認する

説明用に、0～100の物理量を4～20mAへ直線で対応させる架空の設定を考える。この場合、4mAが0、12mAが50、20mAが100となる。3.6mAを同じ式に入れると−2.5になる。しかし、この計算結果を実際の測定値として採用してよいとは限らない。

横河電機のYTAシリーズ温度伝送器の取扱説明書には、センサバーンアウト時の出力としてLowの3.6mA、Highの21.6mA、任意値などを選ぶ機能がある。ここでは、センサ異常を電流出力で知らせる設定が存在するのである。[1]

重要なのは、「3.6mAなら全機種で同じ故障」という読み方をしないことだ。同じ説明書でも、センサ異常とハードウェア異常は項目が分かれている。参照した資料は2009年初版のHART通信機能編であり、現用品の型式、仕様、機器版に対応する説明書と実設定の照合が必要になる。

異常時に4mAや固定値を出す機器もある

もう一つ、横河電機のAXFA11P電磁流量計変換器の説明書を見ると、アラーム時の電流出力には、2.4mA以下、4.0mA、保持、21.6mA以上という選択肢がある。何をアラームとして認定するかも設定に関わる。[2]

この仕様例から分かるのは、電流が4mAだから正常な測定下限とは言い切れないこと、動いていない値が安定したプロセスを示すとも限らないことである。この機種の保持設定では、アラーム発生時の電流値に固定される。電流の範囲だけを見て「通信正常」と記録すると、機器診断の情報を取り落とす。

この資料は2017年6月の第7版であり、全ての流量計へ一般化するためのものではない。古い設備の設定を読み解く具体例として参照し、実機の仕様と別物であることを明確にする。

画面のゼロから、上流へ順に戻る

現場で確認したい情報を、次のように分ける。これは原因を絞るための整理であり、電気作業の順序や安全措置を代替しない。

例えば、説明用の架空例として、受信側に3.6mAの記録があり、画面では0に丸めていたとする。この段階で言えるのは、画面のゼロがそのまま正常な下限値を示していないということまでである。センサ断線、配線、機器設定などの原因は、現場の診断と照合して初めて絞れる。

受信側が4mAなのに画面の単位や値だけが違うなら、換算設定が候補になる。一方、値の更新自体が止まっているなら、電流ループだけでなく、収集周期、通信、履歴保存の状態も調べる。異なる時刻の指示値を並べて、同時に食い違っていたと判断しないことも大切だ。

説明書の値と、納入後の設定を突き合わせる

切り分けが長引くのは、機器の説明書があっても、現在の設定が記録されていない場合である。入力レンジ、出力レンジ、異常時の出力方向、保持動作、受信側の範囲外判定を、一つの信号経路として確認する。

「出荷時はLowだった」という情報と、運転中の設定がLowであることは別である。機器更新、センサ変更、DCSやPLCの改造などで、片側だけが変わっていないかを履歴で追う。既設設備なら、図面上のタグと実機銘板の一致も出発点になる。

なお、YTAの資料には強制出力機能もあるが、設定ツールを外しただけでは出力が直ちに終わらない条件も記載されている。[1] 試験信号を出す場合は、影響先の確認、関係者への連絡、復旧確認を含む設備固有の承認された手順が前提である。画面を一度正常に見せることを復旧確認にしない。

一件の不具合を、後から読める記録にする

前述の架空例なら、発生時の画面0、受信側3.6mA、確認した時刻、機器診断の表示を別々に記載する。その後に説明書と実設定を照合し、出力が何を意味したかを追記する。「3.6mAを見た」と「センサ異常を確認した」を同じ事実にまとめないことが重要である。

また、修理後に値が戻ったという結果だけでは、原因が確定したとは限らない。電源再投入、端子の処置、設定修正を同時に実施したなら、どの処置が効いたかは不明な場合がある。実施内容と確認できた効果を分けて残せば、次に似た症状が出たとき、部品交換を繰り返す前に調べる材料になる。

原因が確認できた場合は、信号異常を画面で見抜けなかった理由も振り返る。担当者の見落としとする前に、品質表示が存在したか、表示が小さくなかったか、履歴へ残っていたかを確認する。現場機器と監視側の担当が別なら、この照合結果を共通のタグ番号で結び付ける。

履歴には、値と「使える状態」を一緒に残す

保全記録へ「流量0、機器交換」とだけ残しても、次の担当者は判断を再現できない。発生時刻、画面表示、受信値、機器診断、確認した型式と説明書の版、変更した設定、復旧を確かめた条件を結び付けたい。

監視データの利用側でも、数値と品質を分けて保持する設計を検討する。欠測をゼロに置換した列を、そのまま設備の稼働判定やAIの学習へ使えば、信号異常を運転状態と取り違える余地が残る。正常なゼロ、範囲外、保持、未更新を、後から判別できる形にしておくことが重要である。

これは本稿の記録設計の提案であり、特定製品が自動で判別するという意味ではない。すでに保存時に丸めている場合は、残っていない生値を推測で補わず、確認できた範囲と不明点を明記する。後から取得方法を変えた場合も、その適用日を残す。

復旧後は、平常時の一点だけでなく、今回問題になった異常の表示・記録がどう扱われるかも、承認された試験範囲で確認する。機器を直すことと、異常を正しく受け取れることの両方がそろって、次の切り分けに使える履歴になる。

参考文献

[1] 横河電機（2009）『YTAシリーズ 温度伝送器 機能編（HART通信）』IM 01C50T01-01、初版。3.5.2強制出力機能、3.5.3バーンアウト機能。メーカー取扱説明書

[2] 横河電機（2017）『AXFA11P 電磁流量計 高機能変換器（スタンダードタイプ）』IM 01E20C03-01、7版。G21・G22、6.5アラーム機能。メーカー取扱説明書