三菱A1SHCPU・A1SD75P2-S33をFX5Uへ置き換える方法｜I/O配線流用とサーボ位置決めの注意点

三菱電機のMELSEC-AnSシリーズで構成された既設シーケンサをMELSEC iQ-FのFX5Uシリーズへ更新する場合、CPUだけを単純に置き換えるのではなく、I/O点数、入出力方式、既設コネクタ配線、位置決めユニットの機能、既存プログラム、サーボアンプとの接続方式を一つずつ整理することが重要です。

たとえば既設構成がA1S61PN、A1SHCPU、A1SD75P2-S33、A1SX41、A1SX40、A1SY41で、40ピンコネクタから東洋技研PCN-1H40へフラットケーブル配線している場合、FX5U-80MR/ESを選べばI/O点数自体には余裕があります。しかし、そのまま既設40ピンケーブルをFX5U本体へ差し替えられるわけではなく、さらにサーボのパルス列位置決めを行う場合はリレー出力型のFX5U-80MR/ESをそのまま選定してよいかも再検討が必要です。

この記事では、このようなAnSシリーズからFX5Uへの更新をできるだけスマートに進めるために、既設構成の整理、I/O移行、PCN-1H40の流用方法、A1SD75P2-S33の置換え、FX5U-80MR/ESとトランジスタ出力型の選び分け、プログラム移植まで順番に解説します。

まず既設システムを機能ごとに分解して考える

既設シーケンサを更新するときは、型式だけを新しい型式へ一対一で置き換えようとすると判断が難しくなります。最初に「CPU」「一般I/O」「位置決め」「外部端子台」の4つへ分けて整理すると分かりやすくなります。

既設機器	役割	更新時の主な検討内容
A1S61PN	電源ユニット	FX5UではCPU本体の電源仕様へ置換
A1SHCPU	CPU	FX5U CPUへプログラム移植
A1SD75P2-S33	2軸位置決め	FX5内蔵位置決めまたはFX5位置決めユニットへ再設計
A1SX41	DC入力32点	FX5U内蔵入力または増設入力へ割付
A1SX40	DC入力16点	FX5U内蔵入力または増設入力へ割付
A1SY41	トランジスタ出力32点	FX5U内蔵出力または増設出力へ割付
PCN-1H40	40極コネクタ端子台	既設フィールド配線をできるだけ残して中継

三菱電機の仕様では、A1SX41はDC12/24V入力32点・40ピンコネクタ、A1SX40はDC12/24V入力16点・20点ネジ端子台、A1SY41はDC12/24Vのトランジスタ出力32点・40ピンコネクタです。

[参照] 三菱電機 A1SX41仕様

[参照] 三菱電機 A1SX40仕様

[参照] 三菱電機 A1SY41仕様

既設I/Oは入力48点・出力32点なのでFX5U-80点クラスは点数上ちょうどよい

A1SX41が32入力、A1SX40が16入力なので、一般入力は合計48点です。A1SY41は32出力です。したがって一般I/Oだけを見ると、入力48点・出力32点が必要になります。

FX5U-80MR/ESは、三菱電機の現行仕様では入力40点、リレー出力40点です。そのため80点という総点数だけを見ると十分に見えますが、入力側は40点しかないため、既設の48入力をすべて使用しているのであれば8点不足します。

つまりFX5U-80MR/ES単体だけでは既設入力48点を完全には収容できず、少なくとも入力増設が必要です。未使用入力が8点以上あるのであれば別ですが、型式だけから判断して「80点だから足りる」と考えないほうが安全です。

[参照] 三菱電機 FX5U-80MR/ES仕様

FX5U-80MR/ESはリレー出力なのでサーボ用パルス出力とは分けて考える

サーボ位置決めを検討している場合、最も注意したいのが「MR」という型式です。FX5U-80MR/ESの出力はリレー接点です。一般的な高速パルス列によるサーボ指令をリレー接点から直接出すことは適しません。

FX5Uにはトランジスタ出力タイプのFX5U-80MT/ESやFX5U-80MT/ESSもあります。CPU内蔵の高速パルス出力を利用してパルス列指令型サーボを制御する構成では、基本的にトランジスタ出力型を候補にします。

一方、既設のA1SY41はシンクタイプのトランジスタ出力です。そのため既設出力の負荷条件をなるべく合わせたい場合にも、FX5U-80MR/ESへ全出力をリレー化するより、トランジスタ出力型を含めて検討する価値があります。

サーボ位置決めを予定しているなら、FX5U-80MR/ESを先に確定せず、サーボアンプの指令方式を確認してからCPU型式を決めるのが重要です。

サーボがパルス列指令ならFX5-20PG-PやFX5-20PG-Dも有力

既設のA1SD75P2-S33は位置決め専用ユニットなので、更新後も同等の役割をCPU内蔵機能だけに持たせる必要はありません。MELSEC iQ-Fには専用の2軸位置決めユニットがあります。

現在のFX5シリーズでは、FX5-20PG-Pが2軸・トランジスタ出力・最大200kpps、FX5-20PG-Dが2軸・差動ドライバ出力・最大5Mppsの位置決めユニットとして用意されています。直線補間や円弧補間にも対応します。

既設サーボアンプがオープンコレクタ入力なのか、差動ラインドライバ入力なのかによって適切なユニットは変わります。現在接続されているA1SD75P2-S33とサーボアンプの間の配線図を確認し、パルス＋方向、CW/CCW、差動など、現在どの信号方式を使用しているかを特定してから置換機種を選定します。

[参照] 三菱電機 MELSEC iQ-Fシリーズ位置決め機能

三菱サーボへ更新するならSSCNET対応シンプルモーションも検討できる

サーボアンプ自体も同時に更新する予定なら、従来のパルス列方式をそのまま再現する方法だけでなく、ネットワーク接続型のモーション制御へ変更する選択肢もあります。

たとえばFX5-40SSC-Sは最大4軸を制御できるSSCNET III/H対応シンプルモーションユニットです。対応するMELSERVOとの組み合わせで、位置決めや同期制御などを行えます。

既設サーボをそのまま残すのであればパルス列の互換性を重視した置換えが現実的ですが、サーボアンプ・モータまで老朽化している設備なら、PLCだけを新しくして旧サーボを残すより、機械の今後の使用年数を考えてサーボ系も同時更新するほうが保守しやすくなる場合があります。

[参照] 三菱電機 FX5-40SSC-S

PCN-1H40は端子台側を残し、PLC側だけ変換する考え方がスマート

A1SX41とA1SY41からフラットケーブルで東洋技研PCN-1H40へ配線されている場合、現場側の配線を全部外してFX5Uへ一本ずつ配線し直すより、PCN-1H40側を残してPLC側だけ作り直すほうが更新工事を短縮できる可能性があります。

東洋技研のPCN-1H40は40極のコネクタ端子台で、端子番号とコネクタ番号が1対1で接続されています。つまりPCN-1H40自体が三菱PLC専用のI/O論理を持っているわけではなく、基本的にはコネクタとネジ端子を1対1で中継しています。

したがって既設端子台を残し、PCN-1H40から新しいPLC側I/Oへ接続する変換ケーブルや中継端子構成を設計する方法が考えられます。ただし、旧A1SX41・A1SY41の40ピン配列と新I/Oユニットのピン配列は同じとは限らないため、ケーブルをそのまま差し替えるだけでよいとは判断しないことが重要です。

[参照] 東洋技研 PCN-1H40仕様

既設の40ピンケーブルを流用する場合はピンアサイン表を作る

スマートな置換えで最も役に立つのが、旧PLCと新PLCのI/O対応表です。単にX0→X0と考えるのではなく、物理端子まで記録します。

たとえば次のような一覧を作ります。

設備信号	既設アドレス	既設端子	PCN端子	新アドレス	新PLC端子
原点センサ	X20	A1SX41 Pin xx	PCN A○	X20	FX5入力○
運転許可	X21	A1SX41 Pin xx	PCN B○	X21	FX5入力○
電磁弁1	Y40	A1SY41 Pin xx	PCN A○	Y40	FX5出力○

実際には既設図面、A1SX41・A1SY41の端子配列表、PCN-1H40の配列表、新FX5 I/Oの端子表を並べて、全信号を一本ずつ照合します。ここを丁寧に作っておけば、現地工事ではケーブル交換と導通確認だけで済む範囲を増やせます。

A1SX41とA1SY41は40ピンでも入力・出力条件が違う

40ピンだから同じ配線として扱えるわけではありません。A1SX41はプラスコモンタイプのDC入力32点、A1SY41はシンクタイプのトランジスタ出力32点です。

そのため置換え時には、入力側ではセンサのNPN・PNPやコモン配線、出力側では負荷電流、外部DC24V電源、コモン構成を確認する必要があります。

特にA1SY41は1点あたり最大0.1A、1コモンあたり2Aという仕様です。更新先の出力ユニットで許容電流やコモン数が変わる場合、既設負荷がそのまま使用できるか確認します。

A1SX40は16点ネジ端子なので別系統として移設するほうが簡単

A1SX40はA1SX41と違い、16点入力・20点ネジ端子台です。PCN-1H40経由ではないのであれば、この16点は端子番号を記録してFX5U側の入力へ直接移設する方法が比較的分かりやすいでしょう。

ただしA1SX40とFX5U入力では入力電流やON/OFFしきい値などの仕様が完全に同一ではありません。通常の24V接点入力や一般センサで大きな問題にならない場合でも、古い近接センサや漏れ電流のある機器などが接続されている場合は仕様照合が必要です。

現場更新では「今まで動いていたから新PLCでも動くはず」と考えず、使用している入力機器の出力方式と漏れ電流も確認しておくとトラブルを減らせます。

AnSからFX5Uへの更新はプログラムの完全自動変換を期待しない

A1SHCPUのプログラムをFX5Uへ移行する場合、ラダーの基本回路は考え方を引き継げる部分が多いものの、すべてをそのまま読み込んで終わりとは考えないほうが安全です。

特にA1SD75P2-S33を使用している場合、位置決めユニットへ書き込んでいるバッファメモリ、FROM/TO命令、起動条件、完了信号、エラー処理などは、新しいFX5の位置決め機能に合わせて組み直す可能性があります。

またタイマ、カウンタ、特殊リレー、特殊レジスタ、インデックスレジスタ、データレジスタの保持範囲なども確認します。Aシリーズ時代の特殊デバイスとFX5のシステムデバイスには違いがあるためです。

三菱電機はAnS/QnASシリーズからQシリーズなどへの置換え手引きを公開しており、旧ユニットと新ユニットの仕様差を確認する資料として参考になります。FX5Uへ直接置換える場合でも、既設側の特徴や注意点を洗い出す資料として利用できます。

[参照] 三菱電機 置換え技術資料

スマートに進めるなら「機器選定より先にI/Oリストを完成」させる

PLCリニューアルでは、先にFX5U-80MR/ESを購入してから「入力が足りない」「サーボ用パルスが出せない」「既設コネクタが接続できない」と判明すると手戻りが発生します。

おすすめの順番は、まず既設I/Oリストを作り、実際に使用している入力・出力点数を確認します。次にA1SD75P2-S33からサーボアンプへの配線とパラメータを調査し、位置決め方式を確定します。その後に初めてFX5U本体と増設ユニットを選定します。

たとえば既設入力48点のうち実使用が35点、出力32点のうち実使用が20点ならFX5U-80点タイプ単体でまとめられる可能性があります。一方、全点使用なら入力増設が必要です。このように実使用点数を確認するだけでも構成をかなり最適化できます。

候補構成例1：一般I/O中心でサーボをCPU内蔵パルス出力する

サーボが少数軸で、パルス列入力に対応しており、高度な補間機能が不要であれば、トランジスタ出力型FX5Uを中心とする構成が候補になります。

例として、FX5U-80MT/ESまたは信号方式に合うトランジスタ出力CPUに、不足分の入力ユニットを増設する構成です。一般出力とサーボ用高速出力の割付を事前に決めます。

ただしCPU内蔵パルス出力には使用可能な出力番号や周波数、軸数などの制約があります。既設A1SD75P2-S33と同じ機能を完全に再現できるとは限らないため、現在使用している位置決めデータ、補間、速度変更、原点復帰などの機能を確認してください。

候補構成例2：FX5U＋専用2軸位置決めユニット

現在A1SD75P2-S33で2軸位置決めを行っているのであれば、FX5U＋FX5-20PG-PまたはFX5-20PG-Dという構成は分かりやすい置換候補です。

位置決めを専用ユニットへ分離するため、一般I/Oとモーション系の設計を分けやすくなります。また2軸直線補間・円弧補間などを使用する場合にも検討しやすい構成です。

オープンコレクタ系ならFX5-20PG-P、差動信号を利用する構成ならFX5-20PG-Dという方向になりますが、最終決定は接続するサーボアンプの入力仕様と必要パルス周波数に基づいて行います。

候補構成例3：サーボまで更新してシンプルモーション化する

装置を今後10年以上使用する予定で、既設サーボアンプ・モータも古い場合は、PLCだけでなくサーボ系もまとめて更新する方法があります。

FX5UとFX5-40SSC-Sなどを組み合わせ、対応MELSERVOをネットワーク接続すれば、パルス列配線を減らせるほか、位置決めデータやモニタリングを統合しやすくなります。

初期費用は高くなりやすい一方、旧サーボが故障して後から再設計するリスクを減らせるため、設備の残存寿命によっては結果的に合理的です。

置換工事前に必ずバックアップしておきたいデータ

PLC更新で最も避けたいのは、古いPLCを撤去した後に必要な設定が分からなくなることです。動作している間に可能な限り情報を保存します。

最低限、A1SHCPUのプログラム、コメント、デバイスデータ、パラメータ、I/O割付、特殊リレー・特殊レジスタ使用箇所を保存します。

A1SD75P2-S33については、位置決めデータ、軸パラメータ、原点復帰設定、速度・加減速時間、パルス出力方式なども記録します。さらにサーボアンプ側の型式とパラメータもバックアップしておくと安全です。

紙の電気図面だけでなく、PLC端子から現場機器まで実際に導通を追い、図面と現物が一致しているか確認することも重要です。古い設備では長年の改造によって図面と現物が異なっていることがあります。

停止時間を短くするなら新制御盤を事前に完成させる

既設設備を長時間止められない場合は、現場で旧PLCを外してから新しいPLCを組み始める方法は避けたいところです。

新しいFX5U、端子台、中継コネクタ、電源などを別の盤板上に事前組立し、机上でプログラムとI/O確認を済ませます。そして現場工事では既設PCN-1H40へのケーブル接続とA1SX40系統の配線移設を中心にします。

既設40ピン端子台を残せるのであれば、この方法によって一本ずつ現場配線を外して付け直す作業を大幅に減らせる可能性があります。

更新時は非常停止など安全回路をPLCだけで考えない

サーボを含む機械設備の更新では、通常I/Oだけでなく非常停止、リミット、サーボOFF、安全扉などの安全関連回路も確認する必要があります。

既設設備では非常停止がPLC入力へ入っているだけでなく、接触器やサーボアンプの強制停止信号へハード配線されていることがあります。PLC更新時にこの配線を不用意に変更すると安全機能に影響するおそれがあります。

安全回路やサーボ制御の設計変更は、対象機械のリスクアセスメント、適用規格、メーカー仕様を確認できる電気設計者・制御技術者が実機を確認したうえで行うことが重要です。

おすすめの置換え手順

実際の更新作業は、次の順番で進めると手戻りを減らしやすくなります。

1．既設プログラムと全パラメータをバックアップする。

2．A1SX41・A1SX40・A1SY41の実使用I/Oを一覧化する。

3．PCN-1H40までの40ピン配線をピン番号単位で記録する。

4．A1SD75P2-S33とサーボアンプ間の信号方式・制御内容を確認する。

5．CPU内蔵位置決め、FX5-20PG-P/D、シンプルモーションのどれを使うか決める。

6．必要I/O点数からFX5U本体と増設I/Oを選定する。

7．旧X/Yアドレスと新X/Yアドレスの変換表を作る。

8．新PLCプログラムをGX Works3で作成し、机上試験する。

9．新盤側のコネクタ変換配線を事前製作する。

10．現地でI/Oチェック、単動確認、位置決め確認、インターロック確認を順番に行う。

FX5U-80MR/ESをそのまま採用する前に確認したいこと

FX5U-80MR/ES自体は高性能なCPUですが、この既設構成の置換候補として見ると、少なくとも2点は確認が必要です。

一つ目は入力点数です。既設はA1SX41の32点＋A1SX40の16点で合計48入力ですが、FX5U-80MR/ES本体は40入力なので、全点使用していれば不足します。

二つ目は出力方式です。FX5U-80MR/ESは40点のリレー出力ですが、既設A1SY41はトランジスタ出力であり、さらにサーボの高速パルス制御を検討しています。そのため、FX5U-80MT/ESなどのトランジスタ出力型＋必要な増設I/O、またはFX5U＋専用位置決めユニットのほうが構成として自然になる可能性があります。

ただし、既設A1SY41の32点が高速用途ではなく単純な電磁弁やランプだけで、サーボはFX5-20PG-P/Dから独立して制御するのであれば、リレー出力CPUを採用する構成も設計上は考えられます。最終的には負荷種類と必要動作回数を確認して決めます。

まとめ：AnSからFX5Uへの更新は「配線流用」と「位置決め分離」がポイント

A1SHCPU、A1SD75P2-S33、A1SX41、A1SX40、A1SY41で構成された既設システムをFXシリーズへ更新する場合、スマートに進めるポイントは既設I/O配線をできるだけ残しながら、PLC側だけを新構成へ置き換えることです。

PCN-1H40は40極の1対1コネクタ端子台なので、既設端子台とフィールド配線を残し、新PLC側との間に適切な変換ケーブル・中継配線を作れば、現場での配線作業を減らせる可能性があります。ただし旧ユニットと新ユニットのピン配列やコモン方式は必ず照合してください。

また一般I/Oだけを見ると既設は48入力・32出力なので、FX5U-80MR/ESの40入力では全点使用時に入力が不足します。さらにFX5U-80MR/ESはリレー出力なので、サーボのパルス列位置決めまで考える場合はFX5U-80MT/ESなどのトランジスタ出力型、FX5-20PG-P、FX5-20PG-D、あるいはシンプルモーションユニットを含めて比較するのが適切です。

最も重要なのは、PLC型式を先に決めることではありません。既設I/Oの実使用点数、40ピン配線、A1SD75P2-S33の使用機能、接続サーボアンプの型式と指令方式を調査してから新機種を決めることです。この順序で進めれば、不要な機器購入や現場での配線変更を抑え、停止時間の短いリニューアルにつなげやすくなります。