物流倉庫において、センサモジュールが頻繁に故障する

導入事例

2021.01.20

この記事はトラブルの内容を分かりやすくご紹介するために、情報を簡略化して掲載しています。

物流会社　F社

F社の大型物流倉庫はECサイトで販売する商品の保管・発送を行っており、省人化を目的として自動搬送ラインを導入しました。作業員が棚から商品をピッキングしてベルトコンベアに載せると、ベルトコンベアにそって設置された包装・梱包・ラベリング・仕分け等の各システムが自動で作業を行います。各システムには近接センサ、変位センサ、画像センサ、バーコードリーダーといった様々な種類のセンサが組み込まれ、センサが商品の形状・個数を感知して、それらに応じた動作を行います。

センサの信号を処理するセンサモジュールは各システムの制御盤に格納されていますが、このセンサモジュールが何の予兆もなく故障するというトラブルが発生してしまいました。故障は一度きりではなく、部品を交換して修理しても何度も故障を繰り返しました。故障するセンサモジュールは決まっておらず、その時々でランダムに発生しました。

修理にかかるコストが無視できないものとなり、F社は各システムのメーカーに再発防止を依頼しました。しかし他社では類似の問題が起きたことは無く、各メーカーにも原因は分かりませんでした。

インバータと電磁弁で高周波ノイズが発生していた

センサモジュールのような微細な電圧で動作する機器に、外部から強い高周波ノイズが侵入すると、内部の部品を破壊してしまうことがあります。そこで自動搬送ラインおよびその周囲にノイズ発生源となりうる機器がないか調べたところ、ベルトコンベアの動力として電磁ブレーキ付モータとインバータ駆動モータが使われていることが分かりました。

F社で使用している電磁ブレーキ付モータは、ブレーキの電源を電磁弁でON―OFFするタイプでした。電磁弁は開閉する瞬間に強い開閉サージが発生するため、ノイズトラブルの原因になりうる機器の一つです。またインバータ駆動モータは速度を任意に可変できますが、インバータ内部では高速でスイッチングを行っているため、これも高周波ノイズの発生源となりやすい機器です。

そこでそれぞれのモータの電源ラインの波形を観測したところ、インバータや電磁弁が動作するタイミングで高周波ノイズが流出していることが確認されました。更にこれらの高周波ノイズがセンサモジュールに侵入しているか確認するために制御盤の電源ラインを観測したところ、インバータ・電磁弁の動作と同期した高周波ノイズが確認されました。

これらのノイズの電圧レベルは、単体ではセンサモジュールの故障を引き起こすようなレベルではありませんでした。しかし、それぞれのノイズが発生するタイミングが偶然重なってしまうと、ノイズ同士が合成されてしまい、センサモジュールの部品を破壊するほどの高い電圧レベルになる可能性がありました。