水処理プラントの管理

　故障・保守　（１　故障）

２０　滞水池の長い物語

１　始まり

数十年前になります。
新設する雨水滞水池の電気設備の設計担当者となりました。
工事の受注後、電気メーカーの設計屋と設備仕様の打ち合わせを開始します。

メーカーの設計屋は、何度か一緒に設備を完成せたことがあります。優秀です。実力を高く評価していました。
特に設計製作に不安を感じることなく仕様をきめて行きます。
こちらも、設備設計に少しなれてきた時期で良き設備ができると確信していました。

こちらは全く把握していなかったのですが、実は優秀な設計者には悩みがありました。
当時、小型シーケンサ（小型ｓｑｃ）による設備構築がはやりだした時期であり、各メーカーが 同様のシステムを競って開発していました。

この優秀な設計者も小型ｓｑｃの開発に携わっていたようです。 しかし、設計者のプラントメーカーの小型ｓｑｃは思っていたほど売れなかったようです。

２　設計者の誤算

滞水池の制御設備は、以下のような通常のシステム構成を想定していました。
シーケンサー（ＳＱＣ）、マイクロコントローラ（ＣＴＲ）、補助継電器盤（ハードリレー）等です。

ところが、制御設備が納入され、ハードリレー盤を確認して驚きました。
ハードリレーがありません。 中には、小型ｓｑｃ２０台以上とリモート入出力装置（ＲＩＯ）がびっしり

ハードリレー盤とは似てもにつかないものとなっていました。
こちらの発注仕様のハードリレー盤と矛盾が生じそうです。かの優秀な設計者、曰く「無接点リレー盤」 で問題ありません。
確かに初期に通常のリレーを「有接点リレー」、半導体で構成されているリレーを「無接点リレー」とよばれることがありました。
また、当時、滞水池制御に支障はありません。機能は満たしています。

この結果は、設計仕様書が事前に提出されていたので気付くように思いますが、当時の記憶がありません。
他の仕事でアップアップだったのかもしれません。
または、リレー盤がそれとなく表現されていたのかもしれません。

ハードリレー盤ではなく無接点リレー盤ですが確かに機能は満たしています。
最終的に、時間の戻しようがなく渋々承認しました。

思い込まず、設計承認図は、ものを作る基本です。まじめにチェックしましょう。

３　その後、時間が流れ数十年

さすがに小型ｓｑｃは、更新されていました。
もともと、小型ｓｑｃはソフトウェアでリレー機能が構成されています。このため、小型ｓｑｃの機能を全てマルチコントローラ（ＭＣＴＲ）のシーケンスソフトとして取り込まれる形で更新されました。

しかし、無接点リレー盤内には今も小型ｓｑｃが眠っています。理由は、裏面に取り付けられたＲＩＯがＭＣＴＲの手足としてその後も使用しなければならなかったためです。
全てのＲＩＯを更新するには現場盤内のＲＩＯとセットで行うことが必要です。このため、現場盤の改造（更新の方が安価）や制御ケーブルの追加布設、中継端子盤の増設等を行う必要が生じます。

全てを更新する時期はまだ数年先のようです。

この間、小型ｓｑｃ方式のデメリットとしていくつか見えたものがあります。

（１）ハードリレー盤と無接点リレーの寿命差
当初の予想通り、電子ものは長期の使用に耐えないということです。
ＲＩＯの故障は少ないのですが、供給用のＤＣ電源については故障が頻発しました。確かに３０年以上動作すれば当然でしょう。

（２）故障時のわかりにくさ
ＲＩＯが故障すると小型ｓｑｃが対象としている設備の「○○ポンプの通信異常」と中央の監視ＬＣＤに表示されます。
しかしこの故障、１台の○○ポンプのＲＩＯ故障ではなく、小型ｓｑｃが対象としている代表機器の名称で対象としている数台の機器のＲＩＯと言う意味です。どのＲＩＯかは不明です。

（３）故障調査のわかりにくさ
ある程度設備ごとに小型ｓｑｃを分けていますが、②で述べたようにきれいに設備分散（例えばポンプであれば何号機用のように）できていません。
このため、不具合が発生した場合、調査のためプログラム端末を接続するのですが、どの小型ｓｑｃが制御しているのか調べないとすぐわかりません。
なお、当時のシステムは個別にプログラム端末を接続していました。
現在のシステムを構築すれば、端末を１台を接続すれば、全ての小型ｓｑｃにソフト的アクセス可能な仕組みにできると思います。当時の技術的な限界です。

４　遅すぎた気付き

小型ｓｑｃシステムの故障初期では、小型ｓｑｃなのか、ＲＩＯの入出力ユニットなのか、ＤＣ電源なのかが不明でした。
特にＭＣＴＲに更新されてからは、故障発生頻度が上がってくると原因がＲＩＯの電源で、ＲＩＯの入出力ユニットの故障がほとんどないことがわかりまいた。

ここ数年は、ＲＩＯの電源がよく故障します。
ただ、故障が発生しても、どのＲＩＯ電源が調子が悪いのかわかりません。これは同じです。
グループの機器を操作して正常に動作するか、不具合の対象機器を絞り込みます。
この時点でも小型ｓｑｃ盤のＲＩＯ電源か現場盤側の電源かわかりません。順次交換し、「通信異常」復帰が時点でその電源が悪いとの判断をしていました。

ここで、少し考え、自分が電気屋であることに気付きました。
小型ｓｑｃ盤内及び現場盤内各ＲＩＯ電源の電圧を全てチェックしてみることにしました。大きな進歩です。
劣化がわかるかもしれないとの予想です。

ＲＩＯのＤＣ電源は１２Ｖ電源です。負荷がかかかっても正常な電源は概ね１１．５Ｖ以上ありました。このため正常を１１．５Ｖ以上をしました。
以下を不良と区分けしました。
その中で１１Ｖ～１０Ｖの電圧のものが数十台見つかりました。
たぶん、今後近い将来に故障するであろう電源です。

この調査により、劣化していると思われるＤＣ電源が数十台見つかりました。
故障を待つのではなく、やっと先回りができるようになりました。

５　自腹でお試し

ＤＣ電源の不良の原因は、電解コンデンサの劣化が大多数です。試しにコンデンサを交換しようと考えました。

このＤＣ電源には以下の電解コンデンサが内蔵されていました。
２００Ｖ　６８μＦ（１個）
３５Ｖ　４７０μＦ（２個）
３５Ｖ　２２０μ（１個）
３５Ｖ　　　１μＦ（１個）
通販でコンデンサを購入しとりあえず交換作業を行いました。

交換前には、低い出力電圧で激しく発生していたリップルが、交換後、安定した１２Ｖでリップルはほとんどゼロです。交換の効果は絶大でした。

なお、コンデンサの劣化を測定してみたのですが、中には、容量すら測定できないものがありました。
その後、気をよくしたため劣化していると思われるＲＩＯ電源を取り外し都合３０台程度を内職で交換修理しました。
たぶん途中で故障で交換しているＲＩＯ電源もあるので、全てのＲＩＯ電源が３０年以上経過ではないと考えます。
交換した電源がまぎれているとは言いながら３０年経っても使用している電源があります。相当劣化が進んだものが紛れています。
ただ、３０年近く使用できるものが存在するというのは、さすが「日本製」と考えるべきなのでしょうか。

電子もので３０年持たせるのは酷なはなしなのですが、ハードリレー方式ではこの苦労はなかったとやはり後悔がのこります。

６　遅すぎる更新

ところで、問題となるＤＣ電源を修理工事を出して全て交換すれば良いのではとの疑問が発生しますが 現状、同型の電源はメーカーで遙か前に製造中止になったそうです。
現在、使用している電源は、休止した他の設備から取り外した中古品で対応していました。 ただ、個数に限りがある状況でした。

後輩にコンデンサを交換しても良いが、世の中に１２Ｖ電源の互換品はあまたあります。悲観せず、取り付けの加工が生じますが、最悪 更新までの延命は可能と他人事のように説明しています。

設計者の責任は置いておくとして、諸事情がいろいろあったとは思えますが、ＲＩＯの修理（交換）をもう少し 早い時期に、お願いできなかったかとも考えます。
また、メーカーが互換製品を出せなかったのも誤算です。

７　小型ｓｑｃのメリット

当時の考えられるメリットは、
（１）現場盤までの制御ケーブルが減らせる。
（２）小型ｓｑｃで故障の際の機能分散が生かされる。
（３）小型ｓｑｃでＳＱＣの機能が組み込めるのでＳＱＣ設置の必要がない。 等ですが、今回はハードリレー代替えだけなのでＳＱＣ本体は別途設置しています。

当時、機能仕様は満たされています。 後々に問題になるかもしれないのでハードリレー盤、ケーブル類の削減を含めたコスト的な比較を行ってみました。
結果は小型ｓｑｃの使用数量（小型ながらこの数量は必要ない）などからのこの方式の方がコスト的に上回っていたように思います。
コスト的には、改善点はありません。
結果的に、優秀な設計者は、売れない小型ｓｑｃの合理的な捨て場所を探していたように思います。

このシステムでコスト優位をするには、当初からハードリレー盤、ＳＱＣを設置せず、小型ｓｑｃの台数を絞り込んだ形にして発注すべきだったのでしょう。
ただ、発注する側としては、設備のシステム構成の検討・見直しとメーカー差を意識する必要があるかもしれません。

８　再認識

今回のことで再認識したのは電源管理の重要性と電源の劣化は監視できるということです。
過去、毎年の制御設備の保守点検をメーカーに委託していました。点検項目の中に電源電圧の測定などがあります。その項目を何気なくスルーしていました。

電源の内蔵コンデンサの寿命＝電源の寿命＝制御機器の寿命

ということを再認識させられました。
直流電源の電圧とリップル波形（リップル率）の監視は重要です。

９　振り返り

今回の設備は、長期に関わる機会がありました。
ということで当たり前ですが、
（１）設計によって設備の寿命は、変化する。
（２）電気設備ではやはり電子ものを使用ざるを得ないが長期に使用できない。
（３）制御機器の電源管理は重要
滞水池の電気設備は、更新工事の遅れとともに、設計時点の仕様変更の問題点が顕在化してしまったことです。
今更ながら、ハードリレー方式にしておくべきだったか。