回路図(展開接続図)の設計

生産現場において、その機械設備がラインやラインの一部であっても、単体の設備であったとしても、必ず、半自動、全自動に限らず、シーケンス制御が使われています。

シーケンス制御には、主にリレーが使われますが、近年ではこれがＰＬＣという制御機器にとって代ってきています。

しかしながら、ＰＬＣに代わったといっても、その前段の電源や保護ブレーカー、ＰＬＣに必要なＤＣ電源、ノイズフィルターなどの接続も必要です。

またＰＬＣではカバーできない周辺の特定のコントローラーなどとの接続、操作盤、表示盤など、必要なものはすべて回路図（展開接続図）に記載、記述する必要があるんですよね。

ないと抜けますから。

ＰＬＣラダープログラム（ソフトウェア）の作成記事についてはこちらを参照

電気設計者の作業概要！！

制御における”回路図”は、会社により“展開接続図”と呼ばれることも多くあります。

制御における回路図は、制御盤、操作盤、装置(M/C)に取付けの全ての電気に関する接続が書かれたものになります。

全ての部品に部品番号、全ての配線に線番号が割り振られ、回路図上にも、実部品、配線のも記載されています。

これにより、制御盤、操作盤、中継ＢＯＸなどの製作図、実態配線図や実機、及び盤間の配線図の設計が、可能となります。

また、加えて今後の検査やメンテナンスが可能となります。

ＰＬＣやパソコンが使われなかった時代のリレー（マグネットリレー）回路が主流だった頃は、数ページから数１０、数１００ページにも及ぶリレーシーケンス回路が描かれており、制御盤自体もかなり大型なものもありました。

しかしながら、シーケンス制御に"ＰＬＣ"や"専用ボードコンピューター"、あるいは"パソコン"が使われるようになってからは、このリレーシーケンスの回路図の部分がほぼなくなることとなり、電源回路を除けば機器の接続図の様な形になることが多くなっています。

これらの場合、ＰＬＣ使用時ではリレー回路と同じシーケンスをラダー図としてソフトウェアで記述し、またはパソコンや専用ボードコンピュータの使用時では、ＣやＪＡＶＡ言語などで制御プログラムを作成するようになっています。

回路図作成準備

下記に、基本的な電気の設計における回路図について、図１～図６の回路図例を示し概要を説明していきます。

まず、電気回路設計者は、Ｍ／Ｃ（マシン）の動きや客先の要求、使用などを完全に理解する必要があります。

適当にすすめると後で変更が多発し、まともな回路図は出来ません。

まず、客先の仕様書を読んで理解する。

Ｍ／Ｃ（マシン）設計者、メカ設計者と打ち合わせを行い、Ｍ／Ｃの構造、動作を理解する。

動作タイムチャートをメカ設計者もらうか、ないならば、打ち合わせ後にこちら側から作って確認する。

　　　　　　　　　　　　自動運転タイムチャート参考例

複雑なＭ／Ｃで、メカ設計者からタイムチャートを出してこない場合は、その機械設計者が設計ミスをしている場合が多い。つまり、実際の動きであるタイムチャート全体を設計検討されていないからだ。

タイムチャートレベルの図を出してこない場合の設計打ち合わせや、メーカーからの設計依頼については気を付けることが必要です。

最悪でもこちらから作成してでも準備が必要となります。

それから、仕様や客先との打ち合わせにより、全体的なシステム構成を決める必要があります。

　　　　　　　　　　　　システム構成参考例

回路図作成例

Ｍ／Ｃ制御の回路設計の図面としては、おおよそ下記の通りとなります。

※ただし、本記事において各図の内容は適当に近いところを集めて参考図として紹介していますので、入出力が異なっています、あくまで参考と考えてください。

１．電源回路

　主電源の受け、電源入り切りの操作回路、各ユニットへの電源供給回路など

２．主コントローラ接続回路

　・Ｉ／Ｏ入出力接続回路

　・通信ユニット入出力接続回路

　・モーター制御ユニット入出力接続回路

　　※モータ制御は、３種類

　　　出力回路から直起動し、入力回路のセンサーにより停止などの制御を行うもの

　　　増設のコントローラユニットで制御するもの

　　　専用のモーターコントローラと通信にて制御を行うもの

３．自立型のモーターコントローラー等の接続図

４．外部へのインターフェース回路

　　前後のＭ／Ｃや必要な機器への信号の有接点出力

　　※ただし、無接点出力や入力は、主コントローラのＩ／Ｏ入出力接続回路へ直接接続される

１．電源回路

図１　電源回路

＜保護回路を施した主電源回路(図１の電源回路)＞

電源回路の各ブレーカーは、それ以下にぶら下がる配線を必要最小限の容量のサイズにダウンさせるための配線の保護と各機器の異常電流を検知することにより起こりうる破損、異常動作を出来る限り阻止するものです。

その他、電源回路で必要な構成部品としましては必要に応じて、絶縁トランス、ノイズカットトランス、ノイズフィルター、サージキラー、DC電源等を使用します。また、サービスコンセントや盤内照明なども試運転時や今後のメンテナンス時の為にお勧めです。

図１の電源・操作回路は、PLC、パソコン、サーボコントローラ複数台の構成した場合の参考例です。

規模が小さくなれば、コスト、制御盤の大きさの観点から回路を簡素化する必要も出てきますが、安全上、または動作上に問題が無いように十分考慮することが重要です。

＜安全な操作回路(図１の操作電源回路)＞

漏電ブレーカーなどで受電したＡＣ電源を図１の"操作電源回路"とコメントしています電磁接触器などの接点により、全体の回路に供給します。操作電源回路は、安全上、または規格上ＤＣ電源回路で構成し、電源ＯＮ押ボタンスイッチを１プッシュすことにより自己保持、同時に主回路開閉用電磁接触器により各パートへ電源を供給します。オペレーターが操作する部品には、危険電圧（AC６５V以上）を使用する回路であってはならないとされています。危険電圧は、規格により若干異なりますが、したがって。DC24Vか、DC１２Vを使っておくのが良いかと思います。

危険電圧(Hazardous voltage)
ある一定の値を超える電圧。（規格により異なる）　例）IEC60950-1規格では42.4Vpeak又はDC60Vを超える電圧。　IEC61010-1規格では46.7Vpeak又はDC70Vを超える電圧。

＜パソコン、ＰＬＣ、各種コントローラへのノイズを考慮した電源供給回路、コントローラなどの電源供給回路)＞

ノイズを考慮した部品配置、及び配線、特にパソコン用の電源、ＰＬＣの電源やコントローラーの電源は、各々独立させたノイズフィルター、サージキラーやＤＣ電源を介して供給します。また、これらの外部に引き回される入力用のＤＣ電源と出力のＤＣ電源は別電源とし、またこれらの配線も近くを並走しない様に出来る限り距離をおきます。出力電源ラインから入力ラインへのノイズの影響を最小限とする様にします。

※ただし、装置の設置環境や機器構成内容により、さらに主電源の入力に絶縁トランスやノイズカットトランスを使用したり、さらにパソコンやコントローラの元にノイズカットトランスを入れることもあります。