リレー回路設計

Technology

(リレーかいろせっけい)

リレー回路

リレー回路設計とは、電磁リレーやタイマーリレーなどを組み合わせ、入力条件に応じてランプ、ブザー、電磁弁、モーター接触器などを動作させる電気回路を設計することです。押しボタンやセンサから受け取った信号を別の機器へ伝え、設備の起動・停止、警報、保持、遅延動作などを実現します。

リレーは、コイルへ電圧を加えることで内部の接点を開閉する部品です。入力側と出力側を電気的に分離しながら信号を受け渡せるため、異なる電圧の回路を接続する場合や、複数の接点を同時に切り替える場合にも使用されます。

リレー回路の仕組み

リレーは、主にコイルと接点で構成されます。コイルへ電流が流れると電磁力が発生し、接点の状態が切り替わります。コイルへの通電を止めると、ばねなどによって元の状態へ戻ります。

接点には、通常時に開いているa接点、通常時に閉じているb接点、2つの回路を切り替えるc接点などがあります。これらを組み合わせることで、押しボタンを押している間だけ出力する回路、押しボタンから手を離しても状態を保持する自己保持回路、複数条件がそろった場合だけ動作する回路などを構成できます。

主な用途

リレー回路は、比較的簡潔なシーケンス制御や、PLCとは独立して動作させたい回路に使用されます。代表的な用途には、次のようなものがあります。

押しボタンによるランプやブザーの制御
モーターや電磁弁の起動・停止
複数条件が成立した場合の運転許可
異常発生時の警報出力
非常停止や安全機器との連動
PLC入出力信号の絶縁・中継

例えば、ホッパーのレベルセンサが上限を検出した場合に供給機を停止し、同時にブザーと警報灯を動作させる回路を構成できます。また、搬送先が受入可能で、かつ安全扉が閉じている場合だけコンベアを起動させるといった条件回路にも利用されます。

リレー回路で使用する主な機器

電磁リレー

比較的小さな電気信号によって接点を開閉し、別の回路へ信号を伝えます。接点数、コイル電圧、接点容量、動作頻度などを確認して選定します。

タイマーリレー

入力信号を受けてから一定時間後に接点を切り替える、または入力信号がなくなってから一定時間動作を継続させる機器です。設備の起動順序、停止遅延、チャタリング防止などに使用されます。

補助リレー

PLCやセンサの出力接点数が不足する場合や、接続機器との電圧・電流条件を合わせる場合に使用します。設備内の信号を中継し、複数機器へ分配する役割もあります。

電磁接触器

モーターやヒーターなど、リレーの接点容量では直接開閉できない負荷を制御する機器です。リレー回路から電磁接触器のコイルを動作させ、主回路の電源を開閉します。

基本的なリレー回路

自己保持回路

起動ボタンを押すとリレーが動作し、自身の接点によって通電状態を保持する回路です。停止ボタンを押すまで運転状態を継続させる、モーター起動回路などで使用されます。

インターロック回路

同時に動作させてはいけない機器の一方が動作している間、もう一方の動作を禁止する回路です。モーターの正転・逆転や、2つの搬送経路の切り替えなどに使用されます。

オンディレイ回路

入力信号がONになってから設定時間後に出力をONにする回路です。上流設備を起動した後、一定時間を空けて下流設備を起動する場合などに使用します。

オフディレイ回路

入力信号がOFFになった後も、設定時間だけ出力を継続する回路です。供給機を停止した後も集塵機や搬送機を一定時間運転し、設備内に残った原料や粉じんを排出する用途などに利用できます。

PLC制御との違い

リレー回路は、接点の配線によって制御条件を構成します。動作を目視で確認しやすく、簡単な制御やPLC故障時にも独立して動作させたい回路に適しています。

一方、条件数が増えるほどリレーや配線も増え、回路変更に配線作業が必要となります。PLCはプログラムによって条件やタイマーを変更できるため、複雑なシーケンス制御や多数の入出力を扱う設備に適しています。

実際の制御盤では、設備全体の運転シーケンスをPLCで制御し、出力の中継、電圧変換、接点増幅、安全回路などにリレーを使用する構成が一般的です。

設計上のポイント

接点容量と負荷の種類

リレー接点には、開閉できる電圧・電流の上限があります。ランプ、電磁弁、接触器のコイルなど、接続する負荷に応じて適切な接点容量を選定します。

モーターやソレノイドなどの誘導性負荷では、電源を切った際に大きな逆起電力が発生することがあります。サージ吸収素子やダイオードなどを設け、接点の損傷や電気的ノイズを抑えます。

コイル電圧の選定

リレーのコイル電圧には、DC24V、AC100Vなどがあります。制御盤内の電源構成や接続する制御機器に合わせて選定し、異なる電圧を誤って印加しないようにします。

接点寿命と交換性

機械式リレーは接点を物理的に開閉するため、動作回数に応じて摩耗します。開閉頻度が高い用途では、接点寿命、負荷条件、交換のしやすさを考慮します。

保守性を高めるため、ソケット式リレーを使用し、配線を外さずに交換できる構成とすることがあります。

誤動作とチャタリング対策

機械式スイッチやセンサの接点は、切り替わる瞬間に短時間のON／OFFを繰り返すことがあります。この現象をチャタリングと呼び、そのまま受けると誤カウントや不要な動作につながる場合があります。

タイマーリレー、入力フィルター、自己保持回路などを使用し、一定時間継続した信号だけを有効とする方法を検討します。

停電・異常時の状態

停電や制御電源の低下によってリレーがOFFになった場合、設備がどの状態になるかを確認します。原料供給、モーター運転、バルブ開閉などは、安全側へ移行する回路とする必要があります。

復電時に設備が自動的に再起動すると危険な場合は、起動操作をやり直すまで運転できない回路を構成します。

ハカルプラスの対応

ハカルプラスでは、押しボタン、センサ、ランプ、ブザー、電磁弁、モーターなどを組み合わせたリレー回路を設計します。設備の動作条件、負荷容量、使用電圧、安全性、保守性を確認し、用途に適したリレーやタイマーを選定します。

オムロン、Panasonicをはじめとする各種メーカーのリレーを使用し、自己保持、インターロック、オンディレイ・オフディレイ、警報保持などの回路を構成できます。

また、PLC回路とリレー回路を組み合わせ、PLC出力の中継、外部機器との電気的な絶縁、接点数の追加、異なる電圧間の信号受け渡しなどを行います。制御盤の回路図、端子台、機器配置、配線を含め、設備全体の動作に合わせて設計します。

よくある質問

Q. リレーとPLCはどちらを使用すればよいですか？

A. 簡単な条件制御や信号の中継にはリレーが適しています。条件数が多い場合や、動作変更・データ処理が必要な場合はPLCが適しています。実際には両方を組み合わせることも多くあります。

Q. リレーでモーターを直接運転できますか？

A. 小容量の負荷を除き、一般にはリレーから電磁接触器を動作させ、電磁接触器の主接点でモーターを開閉します。負荷電流や起動電流に適した機器を選定します。

Q. オンディレイとオフディレイの違いは何ですか？

A. オンディレイは入力がONになってから一定時間後に出力し、オフディレイは入力がOFFになった後も一定時間出力を継続します。

Q. リレーが頻繁に故障する原因は何ですか？

A. 接点容量を超える負荷、開閉頻度の多さ、誘導性負荷によるサージ、周囲温度、振動などが考えられます。負荷条件に適したリレーと保護回路を選定する必要があります。

Q. 既設のリレー回路をPLCへ置き換えられますか？

A. 回路の入出力、動作条件、安全回路、タイマー設定などを整理すれば置き換えられる場合があります。ただし、非常停止などPLCだけに依存させない方がよい回路もあるため、機能ごとに構成を検討します。