オンディレー（TON）リレーを使用したオフディレー（TOFF）リレーの構築ガイド

日本語フォーラム 電子部品技術の深層
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APDahlen Applications Engineer

時間遅延動作は、産業用制御システムに不可欠な構成要素です。オンディレー（TON）およびオフディレー（TOFF）には専用のリレーが使用できます。TON、TOFF、インターバル、パルス、ワンショット、点滅、ラッチ、オルタネートなどの動作モードをサポートする多機能リレーもあります。

この技術記事では、TONリレーを使用してTOFFリレーと同じ機能を構築します。一般的には専用のTOFFリレーを購入すべきですが、最適化を考慮して、物理的な回路を構成すると、重要な学びを得ることができます。この手法は、プログラマブルロジックコントローラ（PLC：Programmable Logic controller）のラダーロジック（LL：Ladder Logic）にも応用できます。ここでは、イベントが発生した後にタスクを実行するために、TONリレー構成を使用してプログラムするのが一般的です。多くの点で、正論理（アクティブハイ）の方が負論理（アクティブロー）よりも使いやすいのと同じように、TONリレー動作の方が実装が簡単です。図1のFinderのリレーとタイマを使用して、この動作を説明します。

Figure 1: The TOFF function is reproduced using a TON timer. The timer module is installed in the socket of the relay on the left. Observe that both a normally closed and a normally open pushbutton contact are necessary.
Figure 1: The TOFF function is reproduced using a TON timer. The timer module is installed in the socket of the relay on the left. Observe that both a normally closed and a normally open pushbutton contact are necessary.939×704 84.4 KB

図1： TONタイマを使ってTOFF機能を実現します。タイマモジュールはリレーの左側のソケットに取り付けられています。ノーマリクローズとノーマリオープンの両方の押ボタン接点が必要であることに注意してください。

TONリレーの選択

図1にある時間遅延モジュールを見つけられますか？

産業用リレーには、リレー、リレー用ソケット、リレーがオフになったときに発生するフライバック電圧（誘導キック）を抑えるためのスナバモジュールなど、複数の部品が含まれていることが多いことを思い出してください。図1をよく見ると、スナバモジュールが異なっていることがわかります。右側のモジュールは従来のダイオードで、左側のモジュールはこの記事で説明されているタイマです。DIPスイッチは、ソケットのA1とA2コイル接続のすぐ上に見えます。青い時間調整ネジもモジュールの上部に見えます。

設計基準

TOFF機能を実現するためにTONタイマを使用するには、いくつかの異なる方法があります。代表的なソリューションを図2に示します。最も重要な設計上の制約は消費電力です。理想的には、システムはすべてのリレーが非通電のゼロ電力状態のアイドル状態になることです。回路の複雑さが増すのは、消費電力に比べれば二の次です。

Figure 2: Ladder logic for one possible implementation for developing the TOFF function using a TON timer relay. Note that both relays are turned off when they are in the idle state.
Figure 2: Ladder logic for one possible implementation for developing the TOFF function using a TON timer relay. Note that both relays are turned off when they are in the idle state.981×588 34.9 KB

図2： TONリレーを使用したTOFF機能を実現するための1つの実装可能なラダーロジックです。両方のリレーがアイドル状態のときにオフになることに注意してください 。

回路動作

図2の回路は、以下の3つの状態を持つステートマシンとして最もよく説明さ れています。

  1. どちらのリレーにも電源が供給されていないアイドル状態

  2. オペレータが押ボタンを押している間、アクティブに動作する状態

  3. 押ボタンを離すとカウントダウンを実行する状態、この例では遅延時間を5秒に設定しています。

この回路では制御リレー（CR1）がTOFF機能を実行します。押ボタンRunが押されると直ちに動作します。押ボタンRunを離すと5秒後に解除されます。
ラング1とラング2に示されているラッチは、回路の動作にとって重要です。ラッチは、押ボタンRunのノーマリオープン接点が閉じたときに作動することに注意してください。時間遅延リレー（TON1）のノーマリクローズ接点が開くと、ラッチは解除されます。

ラング3でのタイムアウト動作は、CR1がラッチされ、ユーザーが押ボタンRunを離すと開始します。5秒が経過すると、TON1が作動します。これにより、CR1のラッチが解除され、CR1とTON1 の両方が非アクティブとなり、システムはアイドル状態（無給電状態）に戻ります。

おわりに

この演習では、リレーベースのラダーロジックの設計を垣間見ることができます。これは優れた学習方法ですが、実際には図3に示すOmronのH3CR-H8L AC/DC24 Sタイマのような専用のデバイスを選択する必要があります。このタイマは、時間遅延を素早く設定するための大きな手回しのダイヤルを備えています。また、リレーはオクタルソケットを備えており、素早く交換することができます。
学習といえば、時間をとって、このノートの最後にある問題と批判的思考を使う問題に答えてください。

ご健闘をお祈りします。

APDahlen

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Figure 3: Image of the Omron H3CR-H8L AC/DC24 S TOFF relay featuring an octal socket and a large hand dial to set the delay time.
Figure 3: Image of the Omron H3CR-H8L AC/DC24 S TOFF relay featuring an octal socket and a large hand dial to set the delay time.975×975 49.2 KB

図3： OmronのH3CR-H8L AC/DC24 S TOFFリレーは、オクタルソケットと遅延時間を設定するための大きな手回しダイヤルを備えています。

著者について

Aaron Dahlen氏、LCDR USCG（退役）は、DigiKeyでアプリケーションエンジニアを務めています。彼は、技術者およびエンジニアとしての27年間の軍役を通じて構築されたユニークなエレクトロニクスおよびオートメーションのベースを持っており、これは12年間（一部、軍での経験を織り交ぜて）教鞭をとったことによってさらに強化されました。ミネソタ州立大学Mankato校でMSEEの学位を取得したDahlen氏は、ABET認定EEプログラムで教鞭をとり、EETプログラムのプログラムコーディネーターを務め、軍の電子技術者にコンポーネントレベルの修理を教えてきました。彼はミネソタ州北部の自宅に戻り、このような記事のリサーチやエレクトロニクスとオートメーションに関する教育記事の執筆を楽しんでいます。

注目すべき経験

Dahlen氏は、DigiKey TechForumに積極的に貢献しています。この記事を書いている時点で、彼は150以上のユニークな記事を作成し、さらにTechForumへ500にものぼる投稿を提供しています。Dahlen氏は、マイクロコントローラ、VerilogによるFPGAプログラミング、膨大な産業用制御に関する研究など、さまざまなトピックに関する見識を共有しています。

Dahlen氏の産業制御とオートメーションに関する記事のコレクションは、このインデックスページでご覧いただけます。

問題

以下の問題は、記事の内容の理解を深めるのに役に立つでしょう。

  1. リレー式ラッチ回路の動作を説明してください。起動時とラッチ期間について必ず説明してください。

  2. 理想的なTONリレーとTOFFリレーの動作を時間の関数として描いてください。押ボタンでコイルを駆動すると仮定します。

  3. 正/誤：3PDT（三極双投）の時間遅延リレーは、オクタルソケットを使用して構築できます。

  4. 正/誤：押ボタン接点ブロックの機能は、多くはその色やプランジャタブの色に示されています。

  5. 正/誤：産業用24V DC回路では、青色はプラスを示し、白色に青色のストライプは非接地リターン用に割り当てられています。

  6. ラング2のワイヤがCR1のラッチを妨げた場合の、図2の回路の動作を説明してください。.

  7. 押ボタンRunが壊れ、ノーマリオープンの接点が開かなかった場合の、図2の回路の動作を説明してください。

  8. 専用のTOFFリレーに対応できるように、図2を変更してください。

批判的思考を使う問題

これらの批判的思考の問題は、記事の内容を発展させ、その内容や隣接するトピックとの関係を全体像として理解することができます。このような問題は、自由回答形式であることが多く、リサーチが必要であり、エッセイ形式で答えるのが最適です。

  1. 図1の左側にある電力分配ブロックに使用されているユニークな部品はいくつありますか？

  2. 図2の回路を再設計し、押ボタンRunのノーマリクローズ接点ブロックを外してください。

  3. 物理的なリレーは、特にPLCプログラマーのように考えている場合には難しいかもしれません。実際のリレーが作動するのに時間がかかることを忘れると、しばしばトラブルに巻き込まれます。図2を調べて、オンとオフのサイクルの両方に競合条件が存在するかどうかを判断してください。 ヒント： TONリレーの動作を考えてみましょう。

  4. オクタルソケットは、大型の産業用リレーの接続によく使用されています。一般的に、DPDT（双極双投）オクタルリレーは交換可能ですか？機能的に適切であると仮定すると、従来のリレーを時間遅延リレーに簡単に交換できますか？




オリジナル・ソース（English）