プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要
株式会社 e・オータマ

佐藤智典

2019 年 12 月 24 日

目次

1

概要

1

概要

1

2

適用範囲

1

IEC 61131-2[1] はプログラマブル・コントローラ(PLC) やその関連機器に関する規格で 、機能、性

3

エミッション要求

2能、耐環境性などに関する要求とともに、EMC に4

イミュニティ要求
4.1 PFVP と性能判定基準 . . . . . . . . . . . .
4.1.1 構成 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.2 動作条件 . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1.3 性能判定基準 . . . . . . . . . . . . . .
4.2 ゾーン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 イミュニティ試験レベル . . . . . . . . . . . .
4.4 各試験のポイント . . . . . . . . . . . . . . .

2
2
2
2
2
3
4
4

5

試験報告書

8

6

ユーザーへの情報

97

その他の電源関連の試験
7.1 電圧範囲、電圧リップル、及び周波数 (§6.2.2.1)
7.2 シャットダウン (§6.2.2.2) . . . . . . . . . . .
7.3 始動 (§6.2.2.3) . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.4 緩やかなシャットダウン /始動 (§6.2.2.4) . . .
7.5 電源電圧変動 (§6.2.2.5) . . . . . . . . . . . .
7.5.1 速い電源電圧変動 . . . . . . . . . . .
7.5.2 遅い電源電圧変動 . . . . . . . . . . .
7.6 DC 電源極性の反転 (§6.2.2.6) . . . . . . . . .
7.7 停電 (§6.2.2.7) . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.8 メモリ電源バックアップ (§6.3) . . . . . . . .
7.8.1 バックアップ期間耐力 (§6.3.2.1) . . .
7.8.2 エネルギー源交換 (§6.3.2.2) . . . . . .

9
9
9
9
9
9
9
10
10
10
10
10
10

8

安全関連システムでの使用を意図したもの

10• プログラミング /デバッギング・ツール (PADT);

9

参考資料

11

• 工業用 PC 、工業用パネル PC;

関する要求も含む。
本稿では、この IEC 61131-2:2017[1] の EMC に関する要求の概要を述べる。なお、本稿は規格の内容全てをカバーするものではなく、また正確であるとも限らないので、規格についての正確な情報は規格そのもの [1] を参照していただきたい。

2

適用範囲
この規格は以下のようなものに適用される:• プログラマブル・コントローラ (PLC);• プログラマブル・オートメーション・コントロー
ラ (PAC);• リモート I/O;

• 工業用の表示器やヒューマン・マシン・インー
ターフェース (HMI);• 分散制御システム (DCS) やそのコンポーネン
ト;• その主目的が工業用制御機器の機能の実行である任意の機器、また機械、自動生産、及び工業プロセスの制御や指示のための使用が意図された周辺装置。
この規格はこれらのコンポーネントとなる電源装

図 1: モジュール型 PLC の例

置、デジタル /アナログ I/O のようなペリフェラ

1プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要• 動作モード、例えば始動、シャットダウン、コー
ルド /ウォーム/ホット・リスタート †3 、通常動作;

ル、工業用ネットワーク機器にも適用されるが、セ†1

ンサ やアクチュエータには適用されない。

• 性能。

エミッション要求34.1.1

製造業者が他の条件を示さない限り、この規格の構成対象となる機器は工業環境向けに設計されたものとこの規格の対象となるものは、必要に応じて複数なり、そのエミッション要求は IEC 61000-6-4 (工業のユニット (例えば 電源、ソルバ 、複数の I/O ユ

環境向けの一般エミッション規格) に示されている。

ニット ) を組み合わせて、かつ/もしくは機器に様々なモジュールを組み込んで目的の機能を達成するこ

その機器が他の環境向けに設計された場合には、とも多い。そのようなものについて実際の使用で予他の規格、例えば IEC 61000-6-3 (住商業環境向け期されるそれぞれの構成での試験を行なうことは実の一般エミッション規格) 、IEC 61000-3-2 (低圧電際的ではないため、選択された構成での試験に基づ源への高調波電流エミッション ) 、IEC 61000-3-3 (低いて実際の使用での EMC を担保できるように、試

圧電源の電圧変動/フリッカの制限) のような規格

験時の構成、それぞれの試験でどの部分を EUT との適用が必要となるかも知れない。

して扱うか、どのポートをどの試験の対象とするかなどを製造業者が事前に決定し 、試験計画として文4

イミュニティ要求

書化することが必要となるだろう。

4.1

PFVP と性能判定基準

EMC への影響があるようなキャビネットや保護
素子†4 の試験での使用は、その機器のユーザーへの機能の検証のための手続き (PFVP; proper func-

情報 (§6) と整合しているべきである。

tioning verification procedures) は製造業者が規定
する。

4.1.2

これは、試験時の構成、動作モード、機能の確認

動作条件

試験は最も不利な条件で行なう。試験に際して、の方法、各機能に対する具体的な性能判定基準など

EUT の全ての関係する機能や部分はそれらの機能や部分からの、あるいはそれらへの情報経路が動作するような形で機能させなければならない。また、を含むであろう。
この決定に際しては、例えば次のような事項の考慮が必要となるかも知れない:

EUT の I/O や通信チャネルは全て動作させなけれ• 外部/内部状態の情報の報告の手段;ばならない。

• 表示;
4.1.3

• アラーム信号;

性能判定基準

試験中、以下のことがあってはならない:• 自己診断結果レジスタ; †2• ハード ウェアの損傷;• 入出力;• オペレーティング・システムや試験プログラムの変異、あるいはその実行の変化;• 試験プログラムの長さ;• システム、あるいは保存もしくはやりとりされるデータの意図しない変異;†1 多くのものには IEC 61326-2-3 を、そしてそれ自身が安全†3 PLC の始動モードで、概ね次のようになる。コールド・リスタート : メモリ上の全てのデータを消去して再始動、ウォー
ム・リスタート : 非保持データは消去するがプログラムやデータは保持して再始動、ホット・リスタート : 全てのデータを保持してプログラムの実行を中断した箇所から継続。
†4 例えば電源入力や I/O などへのサージ・アブソーバの接続。

関連機能を提供するのであれば IEC 61326-3-1 か IEC 613263-2[3][4] を適用できるだろう。また、ESPE (電気的検知保護設
備) の IEC 61496-1 のように、該当する規格がイミュニティに関する要求を含むことなどもある。
†2 この規格では機器が自己試験/検査の手段を備えることも要求されている (IEC 61131-2 §6.10)。

2

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要• EUT の誤った、あるいは意図しない挙動;

基準• アナログ 入出力の規定された範囲を超えた偏

A

差。†5

試験中

試験後

EUT は 意 図し た

EUT は意図したよ

よ うに 動作し 続け

うに 動作し 続けな

なければならない。 ければならない。
この判断のため、それぞれの EUT について、正し

PFVP に従い 、機い機能の限界をどのように同定するかの仕様が必要

能や性能の喪失が

となる。

ない。

B

EUT の挙動は PFVP に従って 表 1 に示すように A〜C に分類される。†6 †7

EUT は意図したよ

され る 。動作モー

うに 動作し 続けな

ド の 変 化が な い 。 ければならない。性それぞれの試験で A〜C のいずれへの適合が必

PFVP に従い 、保存され たデ ータの不可逆的な 喪失が要となるかは表 3 に示しているが、基本的に、連続的な妨害に対しては A が 、過渡的な妨害に対しては B が 、但し厳しい電源電圧低下や停電に対して能の一時的な 低下
は 自己回復し なけ
ればならない。

ない。

は C が適用される。

C

4.2

性能の低下が 許容ゾーン

機能の喪失が 許容

手動での再始動かされるが、ハードウ

電源の再投入の後、ェアやソフトウェア

EUT は自動的に意図し たよ うに 動作の破損がない。

IEC 61131-2 では、機器の使用環境はその厳しさに応じてゾ ーン A (最も穏やか ) 、ゾ ーン B (中程し 続けなければ な度) 、ゾーン C (最も厳しい) の 3 つのゾーンに分類らない。
表 1: 性能判定基準の枠組みされる。

• ゾーン C

サージ保護 (過電圧カテゴ リ III) 、激しい干渉
結合のようなプラクティスによって特徴付けら工場の主電源。

れる。

通常は 、例えば 専用の変圧器で公共配電網から絶縁された 300/520 V 以上の電圧†8 、一次EMC に関しては、ゾーン C は通常の工業環境よりも幾分厳しい環境と言える。

†5 それぞれのアナログ入出力の偏差の許容範囲はフル・スケー

ルに対する割合として規定される (IEC 61131-2 Table 48 & 52参照)。
†6 ここで示されているのは枠組みだけで、これだけでは判断を行なえない (例えば何が「意図した動作」なのかがわからない)ので、それぞれの機能について具体的な判断基準や確認方法の規定が必要となる。性能判定基準 B に関しては、許容できる性
能の一時的な低下の範囲、また性能の一時的な低下の解消までに許容される最大時間の規定が必要となるかも知れない。
†7 アナログ入出力に関しては、値の偏差が、性能判定基準 A
では通常の仕様 (IEC 61131-2 Table 47 & 51 参照) の範囲内にあることが、性能判定基準 B では試験中は別に規定された一時的な最大偏差 (IEC 61131-2 Table 48 & 52 参照) の範囲内にあり、かつ試験後は自動的に通常の仕様の範囲内に戻ることが必要となる。これらの最大偏差の情報は IEC 61131-2 §8.3 で要求されている他の一連の情報とともにユーザーに提供することが必要となる。
†8 大規模なプラントなどは、図 2 のように、高圧 (日本では特別高圧)†9で受電して構内の変電所で降圧したものを構内の各所に配電し 、さらに変圧器で低圧に降圧して様々な設備に給電するような形となることがある。このような場合、この変電所から直接給電されている領域が ゾーン C となるだろうが、通常はその領域に接続されるのはそうすることが必要な電力関係の設備のみとなるだろう。小規模な工場は中圧や高圧で受電して変圧器 (キュービクル ) で直接低圧に変換するかも知れないが 、その場合は変圧器の二次側は ゾーン C ではなく ゾーン B とみなせると思われる。
†9 例えば 1 kV 以下が低圧 (LV) 、1〜35 kV が中圧 (MV) 、• ゾーン B
専用配電。
このゾーンは工場主電源工業環境 (ゾーン C)
で囲まれる。
通常は、例えば専用の変圧器で工場主電源から絶縁された 300/520 V 以下の電圧、二次サー
ジ保護 (過電圧カテゴ リ II) 、専用の DC 電源
網、中程度の干渉結合のようなプラクティスで特徴付けられる。

EMC に関しては、ゾーン B は通常の工業環境と言える。
製造業者の情報が他のゾーンを示さない限り、制御機器は ゾーン B 向けに設計されているものと考えられる。
それよりも高いものが高圧 (HV) のように呼ばれることがある。
日本では、600 V 以下が低圧、600 V〜7 kV が高圧、それよりも高いものが特別高圧と呼ばれる。

3

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要• ゾーン A

機器が複数のゾーンにまたがるような形での使用が意図されたものとなることも珍しくない。†11 †12こ

ローカル配電。

のような場合、機器全体に最も厳しいゾーンの要求

このゾーンは専用配電工業環境 (ゾーン B) でを適用するか 、あるいはポートによって適用する囲まれる。

ゾーンを変えることになるが、試験計画はその情報

通常は、例えば短い配線、良く保護された電源も含むべきである。

(SELV/PELV†10 、あるいは適切に保護された
120 V 以下の電源) 、I/O インピーダンス制限、保護回路網、AC/DC コンバータ、絶縁変圧器、
サージ・サプレッサ (過電圧カテゴリ I) 、ローカ

4.3

イミュニティ試験レベル

IEC 61131-2 のゾーン A とゾーン B に対するイ
ミュニティ試験レベルを表 3 に示すが、ゾーン A と比較してゾーン B の方がやや厳しくなっていること

ル DC 電源、局所保護の設置、そして低い干渉
結合のようなプラクティスで特徴付けられる。

EMC に関しては、ゾーン A は通常の工業環境がわかるだろう。

よりも幾分穏やかな環境と言える。

ゾーン C の要求の適用は相当稀と思われるため、ゾーン B の要求を満たす機器は ゾーン A でも

本稿ではゾーン C のイミュニティ試験レベルは示さ使用できる。

ないが 、ゾーン B と比較して IEC 61000-4-4 (ファスト・トランジェント /バースト ) と IEC 61000-4-5

過電圧カテゴ リは電源系統の過渡過電圧の条件を(サージ ) の試験レベルが高くなる、またゾーン A

規定するもので、表 2 に示すように、例えば系統のやゾーン B の要求には含まれていない IEC 61000-

公称電圧が 150〜300 V の場合の定格インパルス電

4-18 (減衰振動波) †13に対するイミュニティの要求

圧は、過電圧カテゴ リ I では 1.5 kV 、過電圧カテが加わるなどの違いがある。

ゴ リ II では 2.5 kV 、過電圧カテゴ リ III では 4 kVとなる。
公称電圧 (V)4.4

定格インパルス電圧 (V)ライン –中性線

I

II

III

IV

50
100

330
500

500
800

800
1 500

1 500
2 500

150
300
600

800
1 500
2 500

1 500
2 500
4 000

2 500
4 000
6 000

4 000
6 000
8 000

1 000

4 000

6 000

8 000

12 000

各試験のポイント

表 3で示されている試験について、いくつかのポイントを述べる。†14• 共通事項– EUT から出たケーブルを EUT の他のポートにそのまま接続されている (フォー
ルバックされている) 場合や、EUT と 1

表 2: 過電圧カテゴ リ (IEC 60664-1 より抜粋)

つの周辺機器のあいだに複数のケーブル†11 例えば 、AC 230 V で給電される、接点出力とアナログ入出力を持つ機器は、電源入力や接点出力は ゾーン B 、アナログ
入出力は ゾーン A を意図したものとなるかも知れない。図 2 やIEC 61131-2 Figure 16 も参照。
†12 異なるゾーンは地理的に分離されているとは限らない。同
じ 部屋に通常の AC 230 V や AC 100 V など の電源 (ゾーンB) と低レベルの信号 (ゾーン A) の配線が混在するのは珍しくなく、このような場合、必要に応じてケーブルの隔離や遮蔽などの手段でゾーン A に追加の保護を与えることになるだろう。また、異なるゾーンを横切る接続には 、一般に適切なサージ保護
素子の接続や絶縁などによる追加の保護が必要となるだろう。
†13 IEC 61000-4-18 (減衰振動波) は主に高圧の電力の開閉で生じることがあるような激しい妨害の模擬を意図したもので、この試験は変電所などでの使用を意図した機器に適用されることがある。
†14 IEC 61000-4-2, -4-3 などの試験法に関しては [6] で触れている。

異なるゾーンでの使用が意図されている機器は、意図されたゾーンの最も厳しい組み合わせに対して設計され 、試験されなければならない。

†10 SELV (safety extra-low voltage) 回路は通常状態と接地故障を含む単一故障状態で、PELV (protective extra-low voltage)
回路は通常状態と接地故障を含まない単一故障状態で、回路の電圧が AC 30 V 、ピーク 42.4 V 、あるいは DC 60 V 以下と
なる回路。

4

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要

試験

IEC 61000-4-2
IEC 61000-4-3

IEC 61000-4-8
IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5
IEC 61000-4-6
IEC 61000-4-11

IEC 61131-2:2017 ゾーン B

IEC 61131-2:2017 ゾーン A

エンクロージャ・ポート
接触: ±4 kVB
気中: ±2, ±4, ±8 kV
B
80 MHz〜1 GHz: 10 V/m
A
1.4〜2 GHz: 3 V/mA
2〜6 GHz: 3 V/m
A
30 A/m (50 Hz & 60 Hz)
A

⇐=
⇐=
⇐=
⇐=
⇐=
⇐=

B
B
A
A
A
A

機器電源 (AC)±2 kV
ライン –ライン : ±0.5, ±1 kV
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
0.15〜80 MHz: 10 V
0 % Ue , 0.5 サイクル
40 % Ue , 10/12 サイクル (50/60 Hz)
70 % Ue , 25/30 サイクル (50/60 Hz)

B
B
B
B
A
C
C

±1 kV
ライン –ライン : ±0.5, ±1 kV
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
0.15〜80 MHz: 3 V
⇐=
⇐=
⇐=

B
B
B
A
A
C
C

0 % Ue , 250/300 サイクル (50/60 Hz)

C

⇐=

C

0 % Ue min , 0.5 サイクル , 20 回 (機能試験)

A

⇐=

A

機器電源 (DC)±0.5 kV
ライン –ライン : ±0.5 kV
ライン –接地: ±0.5 kV
0.15〜80 MHz: 3 V
⇐=
⇐=

B
B
B
A
A
A

I/O 電源、補助電源出力 (AC)±2 kV
Bライン –ライン : ±0.5, ±1 kV
B
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
B
0.15〜80 MHz: 10 VA

±1 kV
ライン –ライン : ±0.5, ±1 kV
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
0.15〜80 MHz: 3 V

B
B
B
A

I/O 電源、補助電源出力 (DC)±2 kV
Bライン –ライン : ±0.5 kV
B
ライン –接地: ±0.5 kV
B
0.15〜80 MHz: 10 VA

±0.5 kV
ライン –ライン : ±0.5 kV
ライン –接地: ±0.5 kV
0.15〜80 MHz: 3 V

B
B
B
A

IEC 61000-4-6

I/O (AC 、シールド なし )±2 kV
Bライン –ライン : ±0.5, ±1 kV
B
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
B
0.15〜80 MHz: 10 VA

±1 kV (5 kHz)
ライン –ライン : ±0.5, ±1 kV
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
0.15〜80 MHz: 3 V

B
B
B
A

IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5
IEC 61000-4-6

データ通信、I/O (アナログ /DC 、シールド なし ) 、I/O (シールド あり)±1 kV
B±0.5 kV
ライン –接地: ±0.5, ±1 kV
B—
0.15〜80 MHz: 10 VA
0.15〜80 MHz: 3 V

IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5
IEC 61000-4-6
IEC 61000-4-29

IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5
IEC 61000-4-6
IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5
IEC 61000-4-6
IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5±2 kV
ライン –ライン : ±0.5 kV
ライン –接地: ±0.5 kV
0.15〜80 MHz: 10 V
PS1: 0 % Ue min , ≥ 1 ms, 20 回 (機能試験)
PS2: 0 % Ue min , ≥ 10 ms, 20 回 (機能試験)

B
B
B
A
A
A

表 3: IEC 61131-2 ゾーン B 、ゾーン A のイミュニティ試験レベル

5

B
—
A

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要

Zone C

Zone B33 kV

6.6 kV

200/100 V

PLCなど

100 V 接点出力
アナログI/O(0-5 V, 4-20 mA)

24 V

Zone A
図 2: ゾーンのイメージ– 間接放電試験も適用する。†16が接続されている場合、規格に従って試験を行なうことが困難となることがある。

– 選択されたそれぞれの箇所に各条件で 10可能であればこのような接続は避けるこ

回以上印加する。

とが 、またそのようにするのであれば試– EUT が試験中に 1 回だけ許容できない反応を示した場合、さらに 10 回の放電を行なって許容できない反応があれば不合格

験での不都合がないかど うかを事前に検討することが望ましい。

– 試験によっては試験対象のポートに接続された周辺機器にも強い妨害が印加されとする。

ることがあり、周辺機器が EUT と同程• IEC 61000-4-3 (放射電磁界)度以上のイミュニティを持つことが必要– 妨害は 1 kHz 80 % AM で変調する。

となるかも知れない。

– ド ウェル・タイムは、機器が動作し 、その• IEC 61000-4-2 (静電気放電)

妨害に反応するのに充分な時間としなけ
ればならない。†17– 直接放電は以下の箇所に印加する:∗ オペレータがアクセスできるデバイス– ラックやキャビネットに組み込むことが意∗ エンクロージャ

図された機器はその状態で試験すること∗ 保守中の偶発的な接触から保護されができる。†18ていない部分†15†16 キャビネット内に取り付けるように指定されているモジュー
ルについては、モジュール自身を間接放電に曝さなくても良いよ
うに思えるかも知れない。だが、特に通電状態でキャビネットの扉を開けて作業を行なうことが予期されるような場合、そのモジュールの近傍の導電性の部分への静電気放電が起きるかも知れないことを考えると、そのようなモジュールについてもモジュー
ル自身を間接放電に曝しての確認が必要となりそうである。そのような場合、適切な位置に垂直結合板 (0.5 m × 0.5 m の金属板) を入れられるように準備を行なうか、あるいはモジュール
をキャビネットから出すことが必要となるかも知れない。
†17 各周波数の妨害は、あらかじめ決定されたド ウェル・タイム (dwell time) のあいだ印加される。動作サイクルが長い、間欠的に動作する機能がある、あるいは妨害への反応が遅い (例えば時定数の長いフィルタが関係する) 、評価の対象となる機能がある場合、それに応じてド ウェル・タイムを長くすることが必要となるだろう。そのような場合、試験時間を抑えるため、評価の対象となる機能を短いド ウェル・タイムで評価できるようにする
試験用のソフトウェアの用意などを考える価値があるかも知れない。
†18 機器をキャビネットに入れて試験する場合、使用するキャビネットやそれにど のように組み込むかが試験の結果に顕著に影響することが予期される。その機器の実際の使用に際して所

但し 、以下の箇所には印加しない:∗ 相手側のコネクタが取り付けられていない通信ポート∗ I/O ポート
∗ 電源ポート∗ ESD 警告マーク (IEC 60417-5134)の付けられたポート†15 通常の使用時はキャビネットに入れて保護されるモジュールであっても、保守でキャビネットを開けることが想定され、その作業中に意図せずにモジュールに触れられるようであれば 、直接放電試験の対象となる。

6

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要• IEC 61000-4-4 (電気的ファスト・トランジェン
ト /バースト )– 機器電源ポートには電源用 CDN で 、その他のシールド されていないポートには信号線用 CDN で印加する。

– AC の機器電源ポート 以外については 、
ケーブル長が 3 m 以下と規定されたポー• IEC 61000-4-6 (RF 電磁界によって誘導された

トは試験不要。

伝導性妨害)– AC/DC 電源アダプ タとともに使用することが意図された DC 電源ポート (機器電源、I/O 電源) は製造業者が規定した– 電源ポート以外については 、ケーブル長が 3 m 以下と規定されたポートは試験不要。†19AC/DC 電源アダプ タの 、あるいは指定がない場合は典型的な AC/DC 電源アダ

– 公称 60 V 未満の機器電源ポートは I/O
電源ポートとして試験する。

プタの AC 側で試験する。

– 妨害は 1 kHz 80 % AM で変調する。

– 機器電源ポートには CDN で 、その他の– ド ウェル・タイムは、機器が動作し 、そのポートには容量性結合クランプで印加す妨害に反応するのに充分な時間としなける。

ればならない。†17– 公称 60 V 未満の機器電源ポートは I/O
電源ポートとして試験する。

– 試験では、EUT を基準接地面から 0.1 mの高さに置くこと 、妨害の注入のための– 試験では、EUT を基準接地面から 0.1 m

デバイスを EUT から 0.1〜0.3 m の距離の高さに置くこと、妨害の注入のためのに取り付けることなどが必要で 、ラックデバイスを EUT から 0.5 m の距離に取やキャビネットに組み込むことが意図されり付けることなどが必要で、ラックやキャた機器もラックやキャビネットに組み込ま

ビネットに組み込むことが意図された機ずに試験することが必要となるだろう。

器もラックやキャビネットに組み込まずに試験することが必要となるだろう。

• IEC 61000-4-8 (電源周波数磁界)• IEC 61000-4-5 (サージ )– 磁界に敏感なデバイスを含む機器にのみ適用される。

– AC の機器電源ポート 以外については 、
ケーブル長が 30 m 以下と規定されたポー– 1 m × 1 m のコイルで浸漬法で試験する。

トは試験不要。

• IEC 61000-4-11 (交流電源のデ ィップ /短時間
停電)

– DC 電源網への接続が意図されていない
DC 電源ポート (機器電源、I/O 電源) は試験不要。

– AC/DC 電源アダプ タとともに使用する– EMC 試験 (Table 45, 46) と別に機能試験(Table 21) でも IEC 61000-4-11 の要求がことが意図された DC 電源ポート (機器あり、EMC 試験では Ue からのディップ

電源、I/O 電源) は製造業者が規定したを 3 回づつ行なうように 、機能試験ではAC/DC 電源アダプ タの 、あるいは指定がない場合は典型的な AC/DC 電源アダ
プタの AC 側で試験する。

Ue min から 0 % へのディップを 20 回行
なうように規定されている。†20– 試験間隔は 1 s < 試験間隔 < 10 s とする。

– 公称 60 V 未満の機器電源ポートは I/O†19 IEC 61000-4-4 と異なり、どの電源ポートもこの除外の対象とならない。
†20 U は定格電源電圧、Uee min は電源電圧の許容幅の下限
で 、電源電圧の許容幅は DC では −15 %/ + 20 % 、AC では −15 %/ + 10 % となっている。従って、例えば Ue が AC
230 V の場合、Ue min は 195.5 V となる。電源電圧やその許
容幅は IEC 61131-2:2017 Table 26 を参照。

電源ポートとして試験する。

望のイミュニティを期待できるようにするためには 、試験はその機器のユーザーへの情報 (§6) に従った範囲で最も不利な条件で行なうことが必要となるだろう。

7

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要– 0.5 周期の停電は標準的にはゼロ・クロス
からの 0.5 周期について行なうが、製造業– 試験システムが高い突入電流供給能力 (例えば公称 48 V の場合で 100 A 、110 V の者は追加でランダムな位相角での試験を場合で 220 A 以上) を持つか、あるいは選択しても良い。
また、製造業者はより長い停電への耐性

EUT のピーク突入電流が試験システムの突入電流供給能力の 70 % 以下であるこを宣言しても良い。

とが必要となるので、EUT の突入電流を事前に把握しておくことが望ましい。

– より長い時間の停電では 、機器は通常の動作を維持するか 、あるいは通常の動作が再開されるまであらかじめ決定され明5確に規定された動作を行なう。

試験報告書
試験報告書はこの規格を、また該当する章とその• IEC 61000-4-29 (直流電源のディップ /短時間停

表題を (そして、必要な場合はその章の中のどの試

電) †21

験かを ) 参照しなければならない。
試験報告書は試験の再現に必要な全ての情報を含– 機能試験 (Table 21) に IEC 61000-4-29

まなければならず、特に以下の事項を含まなければの要求があり、Ue min †20 から 0 % へのならない:

ディップを 20 回行なうように規定されて• バージョンや製造番号を含む、EUT と関連機器全て (モジュール、ケーブルなど ) を同定すいる。

– 試験間隔は 1 s < 試験間隔 < 10 s とする。

る情報

– バッテリか PS2 に適合した DC 電源装置

• バージョンや製造番号を含む、EUT のシステ
ム・ソフトウェア (BIOS) 、オペレーティング・から給電される機器には PS1 の、その他の機器には PS2 の要求を適用する。†22

システム (OS) を同定する情報– PS1 では 1 ms 、PS2 では 10 ms の停電が規定されているが 、製造業者はより長• 型番、ブランド、校正の詳細を含む、試験機器

い停電への耐性を宣言しても良い。

を同定する情報– より長い時間の停電では 、機器は通常の動作を維持するか 、あるいは通常の動作が再開されるまであらかじめ決定され明• 温度、湿度、気圧を含む、環境条件• そのハード ウェアやソフトウェアの組み合わせ確に規定された動作を行なう。

の使用の根拠– 短時間停電の試験には高インピーダンス
条件 (停電時、EUT の電源入力は開放状• 合否、試験中や試験後の EUT への影響を含む、試験結果態となる) と低インピーダンス条件 (停電• 適合性を達成するために必要な全ての条件 (例えばエンクロージャ、シールド、接地、ディレー

時、EUT の電源入力は短絡される) の 2
†23

つがある。

ティングなど )†21 IEC 61000-4-29 は直流電源入力に対して IEC 61000-4-11と似た試験を行なうものとなる。
†22 PS2 での 10 ms (AC 入力の場合は半サイクル ) の短時間停電の要求は 、主に 、電源系統の他の箇所での短絡がブレーカやヒューズによって切り離されるまでの期間の電源電圧の喪失を考慮したものと考えられる。DC 電源装置が PS2 に適合しているということは 、電源装置の入力側で 10 ms (AC 入力の場
合は半サイクル ) の短時間停電があってもその電源装置からの給電の電圧は許容範囲内に維持されるということになり、従ってその先の機器が 10 ms の停電に耐える必要もなくなりそうである。但し 、その電源装置の出力側の他の負荷での短絡の可能性が考えられるような場合は、依然として PS2 の適用の考慮が必要となるかも知れない。
†23 電源入力に大容量のコンデンサを接続すれば高インピーダ
ンス条件の停電に対するイミュニティは改善するであろうが、低インピーダンス条件では停電の瞬間にコンデンサが短絡されてその電荷が急激に放電されることになる。これを防ぐためには、
電源入力とコンデンサのあいだに逆流防止用のダ イオード (これは §7.6 で試験されるような逆電圧に対する保護のためにも必要となるかも知れない) の接続などが必要となりそうである。また、電源入力に大容量のコンデンサを接続する場合、その大きな突入電流に伴う問題を避けるため、突入電流の管理も必要となるかも知れない。

8

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要• DC 電源ユーザーへの情報

6

要求を満足させるために特別な EMC 対策手段が– DC 電圧 0.85 Ue 、リップル電圧 0.05 Ue

必要であれば 、規格でユーザーへの提供が要求され– DC 電圧 1.2 Ue 、リップル電圧 0.05 Ueているその他の一連の情報 (IEC 61131-2 §8) ととリップル試験の具体的な方法についての記載はな

もにその情報も明確に示す。

いようだが 、IEC 61000-4-17[5] が参考になるかも

これは以下のようなものを含むかも知れない:

知れない (図 3 参照)。

• シールド された 、あるいは特殊なケーブルのUrippleUdc

使用;• シールド 接続の終端;• 最大ケーブル長;• ケーブルの隔離;• フィルタなどの外部のデバイスの使用;

図 3: 電圧リップルの試験波形の例 (IEC 61000-4-17[5]より)• 正しい接地接続。
ゾーンや環境によって違いがある†24 場合は、それも明確に示す。

7.2

シャットダウン (§6.2.2.2)

性能判定基準 (表 1) に関連して最小限の性能レ

電源を切断した時、通常のプログラムによって生

ベル、あるいは許容できる性能の喪失を規定したなじるもの以外の変化がなく、また誤った、あるいはらば 、その性能レベルは取扱説明書に記載しなけれ意図しない状況を生じないことを確認する。

ばならない。

7.3

その他の電源関連の試験

7

始動 (§6.2.2.3)

電源を再投入した時、製造業者の仕様 (自動的な、

EMC 試験と別に、機能試験として電源関係の試

あるいは手動での動作の再開、初期化シーケンスな験が含まれている。以下ではその概要を示す。

ど ) に従って EUT が再始動すること、また始動中に誤った、あるいは意図しない状況を生じないこと

7.1

を確認する。

電圧範囲、電圧リップル、及び周波数 (§6.2.2.1)

7.4以下の電源で正常に動作することを確認する:• AC 電源

緩 や か な シャ ット ダ ウ ン /始 動(§6.2.2.4)

電源電圧の Ue †25 から 0 V までの低下と復帰– 電圧 0.85 Ue 、周波数 0.94 fn †25を図 4 のように緩やかに行なった時の動作を確認
し 、またシャットダウン動作か異常動作を開始する– 電圧 1.10 Ue 、周波数 1.04 fn

電圧 (SDL; shut-down limit) を測定する。

†24 例えば 、ゾーン A では特別な保護は不要だが 、ゾーン B

ではサージ・アブソーバとフィルタの外付けが必要となるような場合。
†25 U は定格電源電圧、f は定格電源周波数。†20 も参照。
e
n

7.5

電源電圧変動 (§6.2.2.5)

7.5.1

速い電源電圧変動

Ue min †20 と 0 V のあいだの電源電圧の低下と復帰を図 5 のように行なった時の挙動を確認する。
9

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要

製造業者の仕様、
または60 s ± 10 %10 s ± 20 %7.8

メモリ電源バックアップ (§6.3)

7.8.1

バックアップ期間耐力 (§6.3.2.1)

60 s ± 10 %Ue
Ue minSDL シャットダウン動作か電源を切って以下の時間放置した後、機器が完全異常動作が始まる電圧に動作し 、また保存されたデータの喪失がないこと
0を確認する。
図 4: 緩やかなシャットダウン /始動試験は 40◦ C の環境で 300 h

1s<t<5sUe

5 s ± 10 %5 s ± 10 %• 試験 A — 開放型機器†26は 55◦ C 、閉鎖型機器• 試験 B — 15〜35◦ C の環境で 1000 h

Ue min7.8.2

エネルギー源交換 (§6.3.2.2)

製造業者の指示に従ってバックアップ用のエネル
0

ギー源 (バッテリ) を交換した後、機器が正常に機
図 5: 速い電源電圧変動試験

能し 、また保存されたデータの喪失がないことを確
認する。

7.5.2

遅い電源電圧変動

8

安全関連システムでの使用を意図したもの
PLC や関連機器は安全に関連する用途で使用さ1s<t<5s

60 s ± 10 %Ue

60 s ± 10 %Ue min †20 と §7.4 で測定した SDL (3 回の平均値)の 0.9 倍のあいだの電源電圧の低下と復帰を図 6 のように行なった時の挙動を確認する。

れることがあるが 、E/E/PE (電気/電子/プログラ
マブル電子) 安全関連システムのロジック・サブシ
ステムとしての使用が意図された PLC や関連機器

Ue minに対する規格としては IEC 61131-6[2] がある。

0.9 SDLav± 10 %

参考までに、表 4 に IEC 61131-6:2012 の一般環
境のイミュニティ試験レベルを示しておく。ここで0“FS” と言っているものは安全関連機能に対する性能判定基準で、IEC 61326-3-1[3][4] などで “DS” と図 6: 遅い電源電圧変動試験

言っているものと同様のものである。
なお、IEC 61131-6 は安全関連機能のイミュニティ

7.6の評価を意図しているものではあるが、単にやや厳

DC 電源極性の反転 (§6.2.2.6)

しいイミュニティ試験レベルでの試験を要求しているだけであり、IEC 61326-3-1 などと同様、この規格へ

DC 電源入力に最大定格電圧を逆極性で 10 s のあいだ印加する。

の適合によって機能安全のための EMC を達成できるわけではない。機能安全のための EMC に関する

7.7

プロセスや方法論などは IEC 61508 や IEC 61000-

停電 (§6.2.2.7)

1-2 で述べられており、少なくともこれらの規格に、また関係するその他の要求に従うことが不可欠とな

AC 電源入力については 0.5 サイクル、DC 電源
入力については 1 ms (PS1) か 10 ms (PS2) の停電

るであろう。
†26 開放型機器 — それに含まれる危険ライブな、あるいは動く部分への偶発的な接触から人を保護しない、あるいは機械的強度、可燃性、及び安定性 (該当する場合) の要求に適合しない機器。閉鎖型機器 — そのような保護を与えるエンクロージャを持つ機器。

があっても正常な動作を継続することを確認する。
これと類似の試験が EMC 試験にも含まれているため、この試験については 表 3 にも示している。

10

プログラマブル・コントローラの EMC — IEC 61131-2 の概要

試験

IEC 61000-4-2
IEC 61000-4-3

IEC 61000-4-8

IEC 61131-6:2012 (一般環境)

IEC 61131-2:2017 ゾーン B

エンクロージャ・ポート
接触: ±6 kVFS
気中: ±2, ±4, ±8 kVFS
80 MHz〜1 GHz: 20 V/m
FS
1.4〜2 GHz: 10 V/m
FS
2〜2.7 GHz: 3 V/m
FS
30 A/m (50 Hz & 60 Hz)
FS

接触: ±4 kV
気中: ±2, ±4, ±8 kV80 MHz〜1 GHz: 10 V/m
1.4〜2 GHz: 3 V/m
2〜6 GHz: 3 V/m
30 A/m (50 Hz & 60 Hz)

B
B
A
A
A
A

機器電源、I/O 電源 (AC)
±3 kV
FS
±2 kV
ライン –ライン : ±0.5, ±1, ±2 kV
FS
ライン –ライン : ±0.5, ±1 kV
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2, ±4 kV FS
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
15 kHz〜80 MHz: 10 VFS
0.15〜80 MHz: 10 V

B
B
B
A

IEC 61000-4-6

機器電源、I/O 電源 (DC)
±3 kV
FS
±2 kV
ライン –ライン : ±0.5, ±1 kV
FS
ライン –ライン : ±0.5 kV
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
FS
ライン –接地: ±0.5 kV
15 kHz〜80 MHz: 10 VFS
0.15〜80 MHz: 10 V

B
B
B
A

IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5
IEC 61000-4-6

I/O (一般)±2 kV
FS
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
FS
15 kHz〜80 MHz: 10 V
FS

B
B
A

IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5
IEC 61000-4-6
IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5

IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5
IEC 61000-4-6±1 kV
ライン –接地: ±0.5, ±1 kV
0.15〜80 MHz: 10 V

I/O (電源網に直接接続されるもの)
±3 kV
FS
±2 kV
ライン –ライン : ±0.5, ±1, ±2 kV
FS
ライン –ライン : ±0.5, ±1 kV
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2, ±4 kV FS
ライン –接地: ±0.5, ±1, ±2 kV
15 kHz〜80 MHz: 10 VFS
0.15〜80 MHz: 10 V

B
B
B
A

機能接地

IEC 61000-4-4
IEC 61000-4-5
IEC 61000-4-6±2 kV—
0.15〜80 MHz: 3 V

FS
FS
FS

—
—
—

—
—
—

表 4: IEC 61131-6 のイミュニティ試験レベル

9

参考資料

Testing and measurement techniques – Ripple ond.c. input power port immunity test

[1] IEC 61131-2:2017, Industrial-process measurement and control – Programmable controllers –Part 2: Equipment requirements and tests[6] IEC 61000-4 シリーズ イミュニティ試験規格の概要, 株式会社 e・オータマ, 佐藤, 2018,
http://www.emc-ohtama.jp/emc/reference.html[2] IEC 61131-6:2012, Programmable controllers –Part 6: Functional safety[3] IEC 61326-3-1:2017, Electrical equipment formeasurement, control and laboratory use – EMC
requirements – Part 3-1: Immunity requirements for safety-related systems and for equipment intended to perform safety-related functions (functional safety) – General industrial applications[4] 安全関連機能を 持つ機器の イミュニティ —IEC 61326-3-1 、-3-2 の概要, 株式会社 e・オー
タマ, 佐藤, 2019,http://www.emc-ohtama.jp/emc/reference.html

c 2019[5] IEC 61000-4-17:1999+A:2001+A2:2008, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-17:

e-OHTAMA, LTD.

All rights reserved.

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