APDahlen Applications Engineer
この投稿は、産業オートメーション（IA）の入門授業に向けて教室を整備する高校教師または大学講師を対象としています。また、IA分野への転身を目指して準備している方のための指針としても役立ちます。
IAキットは、DigiKeyのField Guide to Industrial Automation and Controlに掲載されている、増え続ける関連教育コンテンツで共通して使用されているハードウェアプラットフォームです。
このキットは、端子台、押ボタン、リレー、および関連機器を集めた、IA用のブレッドボードと表現するのが最も適切です。これらは、実際に稼働している制御盤で使用されているものと同じ、耐久性の高いIA機器です。
このキットにPLCは含まれていませんが、PLCの入門授業に必要な補助コンポーネントがすべて揃っているため、PLCに対応しています。能動部品はすべて同一の+24V DCエコシステムの一部であり、そのままPLC用に転用できます。なお、小型という言葉は、機能が制限されたPLCを意味するものではありません。 Siemens Gen 2 S7-1200 などのPLCを搭載するために、このベースを使用しています。
ショッピングカートは、DigiKeyのmyListとしてこちらに用意されています。カートの内容を確認し、特定のコンポーネントを追加するなど、ニーズに合わせて変更できます。MS Word形式の学生用部品一覧表も用意されています。
産業オートメーション在庫表.docx（350.1 KB）
主な要点
- 学生は、端子配線、リレーロジック、トラブルシューティング、コンポーネントの特定、およびデータシートの読み取りに関する実践的なスキルを身につけます。これらのスキルは、産業用制御盤で使用されているコンポーネントを用いて習得します。
- 電線、フェルール、工具、試験装置、および適切な24V DC電源は、別途必要または推奨されます。
- IAキットは、任意のPLC（別売）に対応しています。
この記事は、DigiKey Field Guide for Industrial Automationの一部です。
分類： Teach It → Kits
学習経路： Industrial Automation Technician → Fundamentals
難易度： 
Student — 難易度レベルの説明
著者： Aaron Dahlen | MSEE | Senior Applications Engineer, DigiKey
最終更新日： 2026年7月28日
図1： 時間遅延リレーを使用する実験の準備が整った産業用ブレッドボード
従来の教育用トレーナーを使用しないのはなぜですか？
このキットは、技術者やエンジニアが現場で扱う実機に合わせて設計されています。
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学生は、端子間を電線で接続する作業を繰り返すことにより、配線作業を身体で覚えます。従来のバナナプラグ式パネルを、実際の制御用電線に置き換えています。IAキットでは、費用をかけて産業機器の複雑さを隠すのではなく、初日からその複雑さを実際に体験できるようにしています。また、接続の緩みからネジ端子のネジ山の損傷に至るまで、実際の配線作業に伴うさまざまな問題も経験できます。
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プラグボード式トレーナーと比較すると、IAキットは、コンポーネントを容易に追加できるため、カリキュラムとともに拡張できるように設計されています。前述のように、このキットはPLCトレーナーのベースになります。また、安全リレーの学習にも使用できます。個人的な好みは、2台のキットを使用して分散I/Oを学習する方法です。一方のトレーナーにPLCを設置し、もう一方にリモートI/Oステーションを設置します。
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電子工学の初歩的な授業は、産業分野の視点から学びます。簡単な例として、学生は端子台や実際のコンポーネントの形状や感触を通じて、ノードの概念を習得する必要があります。
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学生は、データシートを使用してコンポーネントの仕様を確認します。たとえば、リレーには、最初は不可解に見えるA1、A2、11、12、および14という端子表示があります。学生はデータシートを使用して、これらの表示の意味を確認する必要があります。
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学生は、抵抗器を使用してKCL（キルヒホッフの電流則）を学習する代わりに、リレーと表示灯を使用します。さらに、コンポーネントのデータシート内から情報を見つけることにより、その概念への理解を深めます。
これらを総合すると、このキットは、はんだ付け不要のブレッドボードと配線済みのPLCトレーナーとの間に欠けていた中間的な役割を果たすことがわかります。基礎的な概念は、実際のIAコンポーネントを操作することによって学習します。また、抵抗器を使用する従来の授業と比較すると、抽象化の度合いも低くなります。理論はそのままですが、コンポーネントのデータシートと直ちに関連付けられます。
産業用ブレッドボードと呼ばれるのはなぜですか？
IAキットは、産業用ブレッドボードです。教育の観点では、はんだ付け不要のブレッドボードと同じ機能を果たします。事前に切断してフェルールを取り付けた電線と組み合わせることにより、学生は、はんだ付け不要のブレッドボードと同様の速さと利便性で回路をすばやく組み立てることができます。これは、制御盤で実際に目にする可能性の高いものと同じIAコンポーネントを使用して行います。表1に、IAキットとはんだ付け不要のブレッドボードの比較を示します。
| はんだ付け不要のブレッドボード | IAキット | 共通の目的 |
|---|---|---|
| はんだ付け不要のブレッドボード | DINレールおよび端子台 | 回路の構築と変更に使用できる、再利用可能なプラットフォームを提供します。 |
| DIP集積回路 | 押ボタン、リレー、タイマ、またはセンサ | 機能デバイスを実験回路に組み込みます。 |
| ブレッドボードの電源レール | +24V DCおよびリターン配電ブロック | 回路全体に電力を分配します。 |
| ジャンパ線 | 青色および青色ストライプ入り白色の電線 | 恒久的な配線を行わずに、回路の接続点 をつなぎます。 |
| ICのピン番号 | A1、A2、11、12、14などの産業用端子番号 | 学生は、回路図とデータシートに基づいて配線する必要があります。 |
| 論理ゲートまたフリップフロップIC | 押ボタンおよびリレー | 目に見える産業用ハードウェアを使用して、ロジックとメモリを実装します。 |
表1： IAキットと従来のブレッドボードとの比較
主なコンポーネント
IAラボキットのショッピングカートは、DigiKeyのmyListとしてこちらに用意されています。この部品リストは、学習のロードマップとして捉えるのが最も適切です。これらの部品は、相互に組み合わせることでIAカリキュラムをサポートし、教室でよく生じる課題に対応できるよう、私が厳選したものです。リスト全体を詳細に検討するのではなく、ここではその要点を見ていきます。
技術的なヒント： これは、産業用トレーナーを整備する唯一の方法ではありません。構成を簡素化し、より低コストで組み立てることもできたでしょう。しかし、ここで取り上げるコンポーネントは互いに補完し合うものであり、教室における特定の障害に対処するために選定されています。ここで示す構成は、 DigiKeyのField Guide to Industrial Automation and Controlをまとめる取り組みから生まれたものです。
外観で容易に区別でき、構成可能なスイッチブロックを使用するのはなぜですか？
Altechのスイッチブロックは構成を変更できます。ここで取り上げる部品には、シンプルな押ボタンに加えて、オン - オフのセレクタスイッチ、さらには（ON）- OFF -（ON）の中点OFF両ハネスイッチも含まれています。講師の観点から見た最大の利点は、スイッチ本体の色です。教室の反対側からでも見えるため、各学生のハードウェア構成をすばやく確認できます。
機械的に異なる2つのDPDT（2回路2接点）リレーを含めるのはなぜですか？
Phoenix ContactとWeidmüllerのDPDTリレーは同じ機能を果たしますが、図2に示すように、それぞれの構造がわずかに異なります。学生は、以下の点を確認するためにデータシートを調べる必要があります。
- 端子の識別：思い込みで判断せずにデータシートを読むよう、学生に常に注意を促します。
- フライバック抑制：一方は内蔵型で、もう一方は外付けで取り外し可能です。これにより、極性の授業に加えて、接点の復帰時間やインターポージングリレーの重要性などの高度な概念を扱いやすくなります。
- ラッチングレバー：WeidmüllerのDPDTリレーには、ラッチングレバーが備わっています。これにより、リレーのラッチ回路に関する授業に新たな要素が加わります。リレーを強制操作すると、ラッチが閉じて、その状態を維持するためです。
図2： Phoenix ContactとWeidmüllerのDPDTリレーを並べて比較
M12コネクタ付き近接センサを含めるのはなぜですか？
どのようなIAトレーナーにも、少なくとも1つのセンサが必要です。近接センサと付属ケーブルには、一見しただけでは分からない学習要素があります。長さ2メートルのケーブル自体が、センサ配線の教材になるためです。
- 学生は、「茶色はホット、青色はホットじゃない」とされるM12コネクタ特有の電線色に戸惑います。
- 学生は、センサ/アクチュエータブロックを実際に扱います。
- 新しい学生グループが来るたびに、電線の被覆を剥ぎ、フェルールを取り付け、端末処理する作業を学ぶため、ケーブル自体が消耗品になります。
技術的なヒント： 青色の電線が別の意味を持つようになるため、学生は戸惑います。学生は最初、+24V DC接続点に青色を使用します。M12コネクタと関連する電線では、青色が+24V DCのリターンを表します。「茶色はホット、青色はそれ以外」というフレーズを冗談めかして歌うと効果的であることに気づきました。
熱過負荷リレー付きモータスタータを含めるのはなぜですか？
3線式モータスタータとスタート-ストップ-ジョグコントローラは、リレーロジックの基本中の基本です。多機能モータスタータを含めることで、従来のリレーによって制御を模擬するのではなく、実際に動作する制御回路を学生が確認できます。
この決定は、この一連の教育記事に組み込まれている実践能力ベース教育（CBE）の学習単元の実施順序にも関係しています。学習は、比較的安全な+24V DC制御回路から始めます。この段階で、一部の教育プログラムでは、厳格な監督の下で120V AC制御回路を使用する実習へ学生を移行させます。したがって、ここで取り上げるモータスタータは、ACベースの回路へ進むための導入段階となります。言い換えると、より危険性の高い120V ACおよび208V ACシステムに移行する前に、モータスタータを十分に調査し、その特性を確認できます。
安全上の注意： AC電源を使用するシステムでは、有資格者による監督と、個人用保護具、安全マット、およびロックアウト/タグアウト手順を含む、教育機関が承認した安全手順が必要です。大電力システムでは一般に、誤操作や試行が許容されにくく、誤操作による影響も大きくなります。
たとえば、可変DC電源を使用して、モータスタータの熱過負荷リレーのサーマルトリップ機構を試験できます。120V ACまたは208V AC環境で同等の試験を行うには、大電力抵抗器、またはモータに接続されたダイナモメータの負荷が必要です。これらの方法では、+24V DC環境には存在しない電気的および機械的な危険に学生がさらされます。
キットには含まれていないものの、必要な部品は何ですか？
このキットを使用するには、教室にすでに備わっている可能性のある補助的な資材や機材が必要です。
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電線とフェルール：学校で使用する場合は、すべての学生が共有して使えるよう、電線を一括購入し、適切な工具を選定することをお勧めします。これにより、事前に切断してフェルールを取り付けた電線を作製して保管できます。また、この作業により各年度の学生が電線の準備方法を習得できるため、学習演習の一部になります。個人で学習する場合は、少量の電線を購入できます。ただし、この記事で解説した理由から、青色および白地に青のストライプを推奨します。
- 青色、22 AWG：Alpha Wire 3053 BL001
- 白地に青のストライプ、22 AWG：Alpha Wire 3053 WU001
- フェルール：Schneider Electric DZ5CE007
- 2本線用フェルール：Schneider Electric AZ5DE005
- ワイヤストリッパ：Phoenix Contact 1212150
- フェルール圧着工具：Phoenix Contact 1213146
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手工具：トレーナーの組み立てには、ドライバーやナットドライバーなどの簡単な手工具が必要です。IAコンポーネントの配線や設定操作には各種の小型ドライバーが必要になるため、 Weller XP600 のような小型ドライバーキットが役立ちます。
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試験装置：トレーナーは24V DCに制限されているため、学習を始める段階では、ほぼすべてのテスタが使用できます。最も費用対効果の高い選択をするには、カリキュラムの最終到達点、または学生が現場でも使用する測定器を自分で購入するかどうかを判断する必要があります。産業オートメーション制御盤での作業には、CAT IV定格の測定器を強くお勧めします。制御盤内で作業する前に、該当するすべての安全手順に必ず従ってください。
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電源：24 VDC、3Aを供給できる実験用電源で、入門実習には十分です。通常、実験で3Aを消費することはありませんが、回路ブレーカおよびモータ用熱過負荷リレーの動作を学習する中級実験に役立ちます。実際、これらの実験では、2出力または3出力の電源を使用すると便利です。
技術的なヒント： B&K Precisionの1760A のような一般的な実験用電源も、引き続き有用です。アナログ回路にも使用できるため、2つの用途を兼ねることができます。
より低価格の選択肢として、24V DCノートパソコン用AC アダプタ電源の使用を検討してください。1Aの熱磁気式回路ブレーカをトリップさせる能力を備えた電源を選択してください。さらに別の方法として、この記事で説明している電子式回路ブレーカを使用できます。この保護装置は、短絡時にサーマルトリップするまで待機するのではなく、所定の電流値に制限します。
キットには含まれていないが、推奨される部品は何ですか？
三相モータシミュレータは、IAキットへの優れた追加機器です。リンク先の記事では、このキットについて説明し、部品リストとプログラミング手順も掲載しています。キットを組み立てるには、基本的なはんだ付け技術が必要です。
学生が製作したプロジェクトのトラブルシューティング
最後に、このキットを通じて得られるトラブルシューティングの機会について考えてみましょう。
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学生が形成的学習の過程でミスをするのは当然のことです。これは避けられないことであり、必要なことでもあるため、+24V DCトレーナーの範囲内では、むしろミスをすることは奨励されるべきです。また、学生が自ら作成した配線図は極めて重要な成果物となる点にも留意してください。配線図は、トラブルシューティングのプロセスと切り離すことはできません。
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講師は、学生が製作したプロジェクトを利用して、総括的なトラブルシューティング評価へ移行することができます。プロジェクトには、いたずら心がありながらも学習に役立つ不具合を際限なく仕込むことができます。また、学生が作成した配線図を最後にもう一度見直す機会にもなります。
産業制御システムをさらに学ぶ
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DigiKeyナビゲーション
- 全製品カタログ： 産業用オートメーションおよび制御
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著者について
Aaron Dahlen氏、元米国沿岸警備隊（USCG）少佐（LCDR）は、シーフリバーフォールズにあるDigiKeyのシニアアプリケーションエンジニアを務めています。エレクトロニクスおよび産業オートメーションに関する彼の知識と経験は、技術者およびエンジニアとして従事した27年間の軍歴と、その後10年以上にわたる教育経験を通じて培われました。
Dahlen氏は、ミネソタ州立大学マンケート校で電気工学修士号（MSEE）を取得しています。また、ABET認定を受けた電気工学プログラムで教鞭を執ったほか、電子工学技術プログラムのコーディネーターを務め、軍の技術者に対して部品レベルの修理技術を指導してきました。
現在は、ミネソタ州北部の故郷へ戻り、コンデンサ探しから始まった数十年にわたる旅を終えました。彼の物語はこちらからお読みください。