産業用制御盤ロータリスイッチのガイド

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

ロータリセレクタスイッチは、産業用制御盤の標準的な操作デバイスです。ON-OFF-ON や（ON）-OFF-（ON）モーメンタリタイプなど、さまざまな構成のものがあります。この技術概要では、図1に示すように、Altechのカタログに掲載されている小さなサンプルを使用して、これらのスイッチについて説明します。

この資料は一般的にすべてのスイッチに適用できます。ただし、図1に示す赤色のブロック（ノーマリクローズ）および緑色のブロック（ノーマリオープン）のようなブロックタイプのスイッチ接点を持つ産業用スイッチに焦点を合わせています。

Figure 1: Excerpt from the Altech catalog describing the SaS2 series of selector switches.
Figure 1: Excerpt from the Altech catalog describing the SaS2 series of selector switches.991×558 123 KB

図1： セレクタスイッチ2AS2シリーズを説明するAltechのカタログからの抜粋

著者の個人的な経験： この記事では、セレクタスイッチの基本的な使い方と、それを使うべき場所についての高レベルの提案について説明しています。スイッチがどのように組み立てられるかを示す、私の作業台からの素敵な写真（図2）も掲載されています。

スイッチを本当に学びたいのであれば、Tutorial for a start stop, and jog controllerを参照してください。この実験では、さまざまなスイッチを使い、動的な考察のいくつかを探求しています。例えば、個々のスイッチ要素が常に同時に作動するとは限りません。

スイッチ接点ブロックの構成

ほとんどの産業用スイッチは、図2に示すように、スイッチ接点ブロック用の2つのスロットを備えています。これらの接点ブロックは、設計のニーズに合わせて構成します。場合によっては、緑色のノーマリオープン（N.O.）スイッチブロックもしくは赤色のノーマリクローズ（N.C.）スイッチブロックが1つあれば十分です。また、スイッチブロックをN.O.とN.C.の要素で積み重ねる場合もあります。下側のスイッチのプランジャが上側のスイッチのプランジャを作動させます。

Figure 2: A collection of Altech switch assemblies. Note that the switches may be stacked.
Figure 2: A collection of Altech switch assemblies. Note that the switches may be stacked.1038×778 70.2 KB

図2： Altechのスイッチアセンブリの一式。スイッチは積み重ねることができることに注目してください。

スイッチの接点ブロック間の関係

これは、接点ブロックのONとOFFの状態がスイッチ本体のタイプに依存するため、混乱の元となります。例えば、Altechの2AS2-1のOFF-ON保持式スイッチは、Altechの2AS2-4の（ON）-OFF-（ON）バネ式モーメンタリスイッチと動作が異なります。

この関係は、図3に示すスイッチ本体を観察することでよりよく理解することができます。図3の左から右へ見ていきます。

  • 2AML4 非常停止
  • 2AS2-1 OFF-ON保持式セレクタスイッチ
  • 2AS2-3 ON-OFF-ON保持式セレクタスイッチ
  • 2AS2-4（ON）-OFF-（ON）センター戻りバネ式モーメンタリスイッチ

非常停止スイッチの本体に焦点を当てることで、その動作を最もよく視覚化できます。図3では、写真の左下部分に黒いリングが見えます。非常停止スイッチが押されると、このリングが動き、関連するN.C.スイッチブロックのプランジャとかみ合います。図1に戻ると、各スイッチブロックのプランジャが見えます。これらは、スイッチエレメントを作動させるために内側に押し込まなければならない機械的な要素です。

プランジャの作動に関して、非常停止プランジャは左右対称であり、オペレータの押下により下降し、スイッチ接点を作動させます。その結果、アセンブリに取り付けられたすべてのスイッチエレメントが同時に作動します。

技術的なヒント： この記事で取り上げているすべてのスイッチは、同じ緑色のN.O.のS1と赤色のN.C.のS2スイッチ接点ブロックを使用しています。これらはスイッチ本体とは別売です。

Figure 3: A collection of Altech switch bodies mounted on a Phase Dock switch plate.
Figure 3: A collection of Altech switch bodies mounted on a Phase Dock switch plate.1045×588 48.2 KB

図3： Phase Dockのスイッチプレートに取り付けられたAltechのスイッチ本体一式

図3の右側にある2つのスイッチと非常停止を対比してください。ここでは、緑色のカムが見えます。図1のプランジャ機構を注意深く分析すれば、カムを回転させることで、スイッチ接点が作動することがわかります。ただし、一度に作動できるスイッチは1つだけです。時計回りに回転させると、左側のスイッチが作動します。

技術的なヒント： 「左」と「右」という相対的な表現は、スイッチブロックを説明する際に混乱を招きます。例えば、図3のパネルは、非常停止が左にあるスイッチの順序を維持するために上下逆になっています。実際の制御盤では、上が維持され、それによって左と右が入れ替わります。

保持式対センター戻りバネ式

図3の右側の2つのスイッチは同じように見えます。両者はメカニズムの内部構造が異なります。

  • 右端のスイッチはセンター戻りバネ式で、ONモーメンタリ-OFF-ONモーメンタリ、または単に（ON）-OFF-（ON）スイッチとして知られています。図3に示すように、内部バネは常にカムを静止位置に移動させます。従って、緑色のN.O.または赤色のN.C.のどちらのスイッチ接点ブロックにもプランジャが作動していない状態で静止します。

  • 右から2番目のスイッチはON-OFF-ON保持式メカニズムで、センターOFFスイッチとして知られています。他のスイッチと同様に、一度に作動させることができるのは1つのスイッチブロック（積み重ねのブロック）のみです。ただし、このスイッチ本体には、スイッチを3つの位置のいずれかに保持するためのバネと戻り止めがあります。このノッチには適度な張力があり、スイッチが振動して緩むのを防ぎます。

左から2番目のスイッチも保持式のスイッチです。図3を注意深く見ると、このスイッチは左右対称のカムを持っていることがわかります。その結果、左右のスイッチブロック（積み重ねのブロック）を同時に作動させます。

ロータリスイッチはどこに使われるでしょうか？

このセクションでは、産業環境におけるロータリセレクタスイッチの一般的な使用方法について説明します。

  • ON-OFF保持式セレクタスイッチは、何千台もの機械に使用されているスイッチの代表的なものです。時計回りでON、反時計回りでOFFというシンプルで直感的な操作です。

  • ON-OFF-ONスイッチは、ローカル制御盤とリモートオペレーターの間で制御を伝達する定番の方法です。「手動-停止-自動」（HOA：hand-off-auto）または「ローカル-停止-リモート」と表示されているのをよく見かけます。このスイッチは、リモート制御盤または装置自体に設置されます。これにより、オペレーターまたは技術者は、ローカル制御盤からシステムを制御し、プロセスを操作することができます。また、制御をリモートに切り替えることも可能で、これは多くの場合、監視制御システム（SCADA：Supervisory Control and Data Acquisition）を使用した制御を意味します。

  • （ON）-OFF-（ON）モーメンタリスイッチとOFF-（ON）モーメンタリスイッチは、ラッチ動作の開始やジョグ動作を行うための便利な手段を提供します。注意を払えば、（ON）-OFF-（ON）モーメンタリスイッチを三相モータのジョグ動作に使用することもできます。ここでいう注意を払うとは、トレーニングを受けたオペレーターによるローカル制御や、モータの回転方向が瞬時に変化しないようにするための時間遅延を意味します。

  • モーメンタリスイッチは、プログラマブルロジックコントローラ（PLC：Programmable Logic Controller）とのインターフェースに最適です。例えば、（ON）-OFF-（ON）モーメンタリは三相モータの回転方向を制御するために使用できます。ユーザーから見れば、モータを正転または逆転させるだけの簡単な命令です。バックグラウンドでは、モータを瞬時に逆転させることに伴う大電流を防ぐために、PLCがタイミング遅延の処理を行います。

技術的なヒント： 誰が、何を制御するかは、産業用制御の非常に重要な側面です。保持式スイッチは、それ自体が制御を保持するため、望ましくないと言えるかもしれません。例えば、停電が発生し、停電が復旧したときに、単純なON-OFFスイッチで保護された機器が自動的に再起動する可能性があります。これは機器の種類によっては非常に危険です。

それに関連して、機器が故障したり、リモート操作でセキュリティがかかったりすることがあります。このような場合、スイッチの位置とオペレーターの動作が一致しなくなります。ON-OFFスイッチがONの位置にあるにもかかわらず、機器がOFFになっていることがあります。

3線式スタートストップ回路は、この問題に対する典型的な解決策です。機械は自動で起動すべきでなく、ラッチの解除は機械を停止させます。どちらの場合も、機械の制御はスイッチではなくロジックで行います。

保護層をさらに強化するには、必ず安全リレーを使用してください。

技術的なヒント： ローカル制御とリモート制御の切り替えには問題があります。理想的には、スムーズな制御の切り替えが望まれます。これは、制御の切り替えが行われても、機械やプロセスが現在の状態を維持することを示唆しています。これは、ユーザーが制御を正しい位置に配置するだけの単純なものから、2つ以上のPLCがネットワークを介して動作を調整するような複雑なものまであります。

おわりに

ロータリスイッチは、満足のいく触感と自然なユーザーインターフェースを提供するために使用される標準的な操作デバイスです。この概要では、いくつかの一般的なスイッチ構成について説明しました。実際のところ、産業用制御の表面に少し触れただけです。まだまだ探求すべきトピックはたくさんあります。

ご意見、ご感想はコメント欄に記入してください。

次に何を探求すべきでしょうか？

ご健闘をお祈りします。

APDahlen

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要約（TL;DR）

  • 産業用ロータリスイッチと押ボタンは、交換可能なコンポーネントのモジュラーファミリとして提供されます。
  • スイッチ本体にノーマリオープンとノーマリクローズのスイッチブロックを組み合わせることができます。
  • ロータリセレクタスイッチ本体は、保持式とモーメンタリ型があります。一般的なタイプには、保持式OFF-ONスイッチとバネ戻り式（ON）-OFF-（ON）モーメンタリスイッチがあります。
  • 故障時の対応を考慮した安全性と安定した動作のため、スイッチの選定には人的要因が重要です。

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年間教壇に立ったことによってさらに強化されました（経験と知識の融合）。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執筆を楽しんでいます




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