①自動制御
制御とは、ある目的に適合するように制御対象に所要の操作を加えることです。例えば、壁に備えられた照明器具のスイッチを人間が押して点灯させることは制御といえます。こうした人間が直接操作する制御を手動制御といいます。同じ照明器具でも暗くなると自動点灯する門灯や、人が近づくと点灯する防犯灯は最初に設定しておけば、指定した条件が整うと自動的に点灯します。こうした制御は自動制御といいます。自動制御には様々な種類がありますが、主に使われているのがシーケンス制御とフィードバック制御です。
シーケンス制御とは、あらかじめ定められた順序、または論理に従って制御の各段階を逐次進めていく制御とされています。洗濯機が一連の作業を順番に進めていくような制御や、交通信号機のランプ一定時間で切り替わっていくような制御がシーケンス制御です。
フィードバック制御とは、フィードバックによって制御量を目標値と比較してそれらを一致させるように操作量を生成する制御とされています。例えば、エアコンは室温を設定温度に近づけるために室温を測定し、その設定値をフィードバックとして目標値である設定温度と比較して、モータなどの制御量を決めます。そうした制御がフィードバック制御です。実際には、目標値と測定値との差が大きい場合にはモータの制御量を大きくして差が小さくなると制御量を小さくするといった制御が行われます。結果として、フィードバック制御は制御内容の質を向上させることができるのです。また、フィードバック制御は多くの場合、シーケンス制御と組み合わせて使われます。自動化がシーケンス制御によって行われ、制御の質を向上させたい部分にはフィードバック制御が採用されます。
②シーケンス制御
シーケンス制御の実際のシステムは、命令用装置・制御用装置・検出用装置・制御対象・電源用装置・表示警報用装置によって構成されます。
命令用装置は操作者が制御システムの始動や停止などの命令を与える装置であり押しボタンスイッチなど各種の命令用スイッチが用いられます。検出用装置は、制御対象の動作状態を検出する装置であり、位置を検出するリミットスイッチや温度を検出する温度スイッチといった検出用スイッチが用いられます。これらの命令用スイッチと検出用スイッチ空の信号を受けて、制御用装置が制御対象に直接的に働きかけて動作させます。制御用装置がシーケンス制御の中枢であり、この部分もスイッチの組み合わせで構成されています。電源用装置は、制御システムや制御対象を動作させる電力を供給させる装置であり、表示警報装置は、制御対象び状態や以上を操作者に知らせる装置となります。
シーケンス制御システムではさまざまなスイッチが使われていますがその中枢ともいえる制御用装置に使われるスイッチの種類によってシーケンス制御を分類することができます。一般的には有接点式、無接点式、プログラム式の三種類に分類されます。
有接点式シーケンス制御→接点とは機械的に動作して電気回路を開閉するスイッチのことで機械的接点ともいいます。有接点式シーケンス制御の制御用装置では、こうした機械式接点備えた電磁リレーで制御回路が構成されます。電気の分野におけるリレーとは、電気信号によって動作させることのできるスイッチのことで、電磁リレーでは電磁石を利用して接点の開閉を行います。電磁リレーはメカニカルリレーや有接点リレーともいい、単にリレーということも多いです。そのため有接点式シーケンス制御は、有接点リレーシーケンス制御や、*単にリレーシーケンス制御ともいいます。
無接点式シーケンス制御→無接点式シーケンスの制御装置では、トランジスタなどの半導体素子のスイッチング作用を利用して制御回路を構成しています。機械的な接点を使用しないため、無接点式と言われています。こうした電子回路によるリレーは、半導体リレーや無接点リレーともいうため、無接点式シーケンス制御は、半導体リレーシーケンス制御や無接点式リレーシーケンス制御とも言われています。
プログラム式シーケンス制御→マイクロコンピュータ式シーケンス制御ともいい、コンピュータのプログラムによって制御回路が構成されています。工場の生産ラインのような場合は、プログラマブルコントローラまたは、プログラマブルロジックコントローラと呼ばれる専用のマイクロコンピュータが使用されます。
③電気の基礎知識
電気回路とオームの法則について電気とはエネルギー形態の一つです。電気エネルギーを利用するためには、電流が流れる経路が必要です。こうした経路を電気回路や単に回路といいます。回路は電源と負荷で構成されています。負荷とは実際に仕事をする部分のことで、電気エネルギーを他の形態のエネルギーに変換する装置といえます。電球であれば電気エネルギーを光エネルギーに変換し、モータであれば電気エネルギーを運動エネルギーに変換します。回路を流れる電流の大きさは、電源の電圧と負荷の電気抵抗で決まります。電気抵抗は単に抵抗ということも多く、電流の流れにくさを示します。抵抗が大きいほど、つまり電流が流れにくいほど電流が小さくなります。逆に抵抗が小さいほど電流が大きくなります。電流の単位には【A】アンペア、抵抗の単位には【Ω】オームが使われます。この電圧、電流、抵抗の関係を示したものがオームの法則と言われています。
手動制御とスイッチについて
例えば、乾電池と電球を接続した回路の途中に制御用装置としてスイッチを配置すると手動制御が行えるようになります。それにより点灯と消灯を容易に操作できるようになります。このようなスイッチには機械式接点が用いられます。スイッチがOFFの状態では接点を 開いていて回路が成立しないので電球が点灯しません。このように接点が開いている 状態を開路といいます。スイッチをＯＮにすると、接点が閉じて回路が成立するので電球が点灯します。このように接点が閉じている状態を閉路といいます。
回路図と図記号について
電気回路の内容を示す際には、構成する要素を記号化した電気回路図が一般的に使われ ています。使用する記号は電気用図記号としてJISで定められています。電気用図記号 は回路図記号や図記号、またシンボルともいいます。回路図の線は接続線といいますが、実際の配線と回路図の接続線は別物だと考えた方が いいと言われています。接続線は回路を構成する要素の電気的なつながり方を説明して いるだけのものだからです。リレーシーケンス制御では、制御の動作や機能を中心にして回路を示したシーケンス図という図が用いられます。シーケンス図では各要素の相互の関連が示されているので制御の動作を順番を追って把握しやすくなっています。
直流と交流について
電流には直流と交流があります。直流とは、流れる方向と電圧が一定の電圧・電流のことで代表的な直流の電源が電池です。交流とは、流れる方向と電圧が周期的に変化する電圧・電流のことで狭義の交流は横軸を時間、縦軸を電圧にするとサインカーブ（正弦曲線）を描きます。サインカーブの山と谷のセットをサイクルといい、１サイクルに要する時間を周期といいます。１秒間のサイクルの回数を周波数といい、単位には【Hz】ヘルツが使われ ます。家庭などに供給されている商用電源が代表的な交流です。100Vか200Vが一般的で、50Hzの地域と60Hzの地域があります。同じ電圧と周波数の３組の交流を周期が1/3ずつずれた状態でまとまったものが三相交流です。そもそも三相交流は別々に作られた３組の交流をまとめたわけではなく、三相交流 発電機で作られます。家庭に供給されている交流は、三相交流の各相がばらばらにされた もので、単相交流といいます。
三相交流は単相交流より効率よく送電できるというメリットがあるうえ、発電機の回転 によって作られた電気なので、モータを回転させることに適しています。そのため、大出力が求められる工場などへは、三相交流が供給されることが多いです。
直列接続と並列接続について
電気回路を構成するつなぎ方の基本になるのは、直列接続と並列接続です。直列接続は数珠つなぎに要素を接続していくつなぎ方で、電流は一本の流れになります。負荷を直列接続すると、それぞれの要素が電圧を分け合うことになります。電気回路を構成する各要素には、製造者が保証する出力の限度や製造者が指定する電圧・電流などの値が示されています。これらを総称して定格といいます。シーケンス制御の回路では、定格の電圧が得られなくなるため複数の負荷を直列に接続 することは基本的 にありません。負荷は必ず並列接続されます。一方、接点は直列接続しても並列接続しても問題ありません。
電磁石について
リレーシーケンス制御で使われる電磁波リレーは、電磁石を応用した装置です。コイルに電流を流すと電磁石になります。コイルに鉄心を入れると、さらに磁力を強くすることができます。磁石には、N極とS極があり異なる極同士には吸引力が働き、同じ極同士には反発力が働きます。またどちらの極も鉄を吸引します。電磁石では、コイルの巻き方と電流が流 れる方向で極が決まりますが、リレーシーケンス制御を考える上では極を意識する必要 はありません。重要なのは、電磁石は鉄を吸引できるということです。こうした鉄を吸引する力で、電磁リレーは接点を動作させているからです。コイルに電流を流して電磁石にすることを励磁といいます。また、電磁石の電流を停止 して磁力をなくすことを消磁といいます。
④接点の種類
シーケンス制御は命令用装置・制御用装置・検出用装置のスイッチが組み合わされること によりで、自動制御が実現されています。有接点式シーケンス制御であるリレーシーケンス制御では、その中枢である制御装置に接点を備えた電磁リレーが使用されます。また、命令用装置に用いられる命令用スイッチや検出用装置に用いられる検出用スイッチもそれぞれの接点を備えています。接点は正式には開閉接点といい、メーク接点・ブレーク接点・切替接点の３種類に大別されます。
メーク接点・ブレーク接点・切換接点について
接点の状態は、動作っと復帰という用語で表現します。スイッチが操作された時の接点の状態を動作といい、動作以前の状態に戻すことを復帰といいます。メーク接点は、復帰状態で開路であり、動作すると閉路する接点です。つまり、スイッチを操作していない状態では接点がＯＦＦであり、操作するとＯＮになります。ＯＮの状態を作る（make）ことになるため、メーク接点といいます。ドイツ語の働く（arbeit）を略してa接点ともいわれます。通常は開路している接点であるため常開接点ともいい、英語で表現するとnormallyopenになるため、その頭文字をとってＮＯ接点ともいいます。
ブレーク接点は、復帰状態では閉路であり、動作すると開路する接点です。つまりスイッチを操作していない状態では接点がONであり、操作するとOFFになります。ONの状態を壊す（break）ことになるため、ブレーク接点といい、略してb接点といいます。通常は閉路しているため常閉接点ともいい、その英語であるnormally closedからNC接点ともいいます。切換接点は、メーク接点とブレーク接点を組み合わせた接点のことです。電流が流れる経路を切り換える（cheange over）ことができるため、略してｃ接点といいます。トランスファ接点ともいわれます。
スイッチの極と投
メーク接点やブレーク接点のように、1つの接点を備えたスイッチは単投型スイッチと いい、切換接点のように２つの接点を備えたスイッチは双投形スイッチといいます。英語ではスイッチをＯＮにする操作を【throw】で表現することがあるため、【投】という用語が使われます。またスイッチには、複数の接点を備えていて、１度の操作で複数の開路を同時に制御で きるものもあります。スイッチが制御できる回路の数は【極】という用語で表現されます。
制御できる回路の数が１の場合は１極形スイッチまたは単極形スイッチといい、2回路の場合は2極形スイッチまたは双極形スイッチといいます。３回路以上の場合は、３極形スイッチや４極形スイッチというように数字で表現されま す。図記号では、連動を意味する破線によって複数の接点が接続されます。
こうした極の数を極数といいます。極と投の双方を示したい場合は、１極単投形スイッチ（単極単投形スイッチ）、１極双投形スイッチ（単極双投形スイッチ）、2極単投形スイッチ（双極単投形スイッ チ）、2極双投形スイッチ（双極双投形スイッチ）と表現します。
⑤手動操作自動復帰形接点
シーケンス制御の命令用装置としてもっとも使われているのが、手動操作自動復帰形接点を備えたスイッチです。手動で操作している間だけ接点が動作し、操作をやめると自動的に接点が復帰します。手動操作自動復帰形接点を備えた代表的なスイッチが押しボタンスイッチです。
押しボタンスイッチの構造
押しボタンスイッチは、操作機構部と接点機構部で構成されています。操作機構部はコンタクトブロックともいい、実際に指で操作するボタンとその動きを接点機構部に伝えるボタン軸、これらを支持するボタン台で構成されています。ボタン軸に備えられた復帰ばねとボタン台によって、ボタンの位置が保持されています。接点機構部は、ケース内に位置を動かすことできない２個１組の固定接点と、移動することができる可動接点が収められています。
両側の固定接点は、それぞれ配線を接続する端子につながれています。可動接点はボタン軸につながっていて、接点機構部の復帰ばねによって固定接点とは離れた位置に保持されています。ボタン操作をしていない復帰状態では、２つの固定接点が離れているので端子間を電流が流れない開路の状態になっています。ボタンを押すと、可動接点が移動して固定接点に接触します。これにより２つの固定接点が可動接点でつながれるため端子間を電流が流れることができる閉路の状態になります。
これが動作状態であり、復帰ばねは圧縮されています。ボタンから指を離すと、復帰ばねの力で可動接点が元の位置に戻るため開路状態になります。ブレーク接点の押しボタンスイッチの場合も操作機構部の構造は共通で接点機構部の固定接点の位置が異なります。可動接点は、復帰ばねの力で固定接点に押し付けられているため、ボタンを操作していない復帰状態では閉路の状態になっています。
切換接点の押しボタンスイッチの場合は、接点機構部にメーク接点用の固定接点とブレーク接点用の固定接点があります。ボタンを操作していない復帰状態では、可動接点がブレーク接点用の固定接点に押し付けられていて、メーク接点用の固定接点とは離れているため、メーク接点が開路、ブレーク接点が閉路の状態になっています。ボタンを押すと可動接点が移動し、メーク接点が閉路、ブレーク接点が回路の状態になります。
⑥押しボタンスイッチの基本回路
実際のシーケンス制御の回路において、メーク接点・ブレーク接点・切換接点という３種類の接点がどのように作用するかは、回路がシンプルであるほどわかりやすいです。 ここでは電源・負荷・接点というもっとも御シンプルな構成の制御回路で、接点の作用を説明します。電源には直流電源である電池、負荷にはシーケンス制御で使われる表示灯（電球）を使用し、手動操作自動復帰形接点を備えた押しボタンスイッチで制御しています。
接点には各種機能を備えたものや操作方法が異なるものがあります。シーケンス制御では数多くの接点が使用されるため、回路図などではその違いを明確にし ておいた方がいいので接点の図記号に操作方法などを示す記号を加えることが多いです。
接点のＯＮ信号とＯＦＦ信号
シーケンス制御はスイッチの組み合わせによって制御が実現されます。これはスイッチが発するＯＮ信号とＯＦＦ信号という２種類の信号を用いて制御を行っていると考えられます。リレーシーケンス制御の場合、スイッチは基本的に接点であり接点がＯＮ信号とＯＦＦ信号を発します。例えば、メーク接点の押しボタンスイッチであればボタンを押すとＯＮ信号が発せられ、ボタンを戻すとＯＦＦ信号が発せられることになります。実際の制御回路では、複数の入力信号によって出力信号が決まったり、信号が何段階にも伝えられたりしますが、シンプルな回路の場合は入力信号がそのまま出力に直結することになります。
押しボタンスイッチのメーク接点回路
メーク接点回路では、スイッチを操作していない状態（復帰状態）では接点が開路しているので、表示灯は点灯していません。ボタンを押して動作状態にすると接点が閉路するので回路が成立して、表示灯が点灯します。ボタンを押すという操作は、この回路にＯＮ信号を与えたと考えることができます。ボタンを戻して接点を復帰させれば、表示灯は消灯します。
押しボタンスイッチのブレーク接点回路
ブレーク接点回路の場合、スイッチを操作していない状態（復帰状態）では接点が閉路 しているので、回路が成立し、表示灯が点灯しています。ボタンを押して動作状態にす ると、接点が開路するので電流が流れなくなり、表示灯が消灯します。ボタンを押すという操作は、この回路にＯＦＦ信号を与えることができます。ボタンを戻して接点を復帰させれば、表示灯は点灯します。
⑦電磁操作自動復帰形接点
有接点式シーケンス制御の制御用装置は、おもに電磁リレーが使われます。電磁リレーとは、電磁石を利用して接点の開閉を行う装置のことです。一般的な電磁リレーの接点を電磁操作自動復帰形接点といいます。電磁石として作用するコイルに電流が流れている間だけ接点が動作し、電流が停止すると自動的に接点が復帰します。各種構造の電磁リレーがありますが、ここでは多用されている構造のものを例にして動作を説明します。
電磁リレーの構造
電磁リレーは、電磁石部と接点機構部で構成されています。電磁石部は、鉄心とコイルで構成されていて、コイルに電流を流すための端子が備えられています。接点機構部は、位置を動かせない固定接点と移動できる可動接点で構成されています。可動接点は、支点を中心に回転できる可動鉄片に取り付けられていてコイルに電流が流れていない消磁の状態では、復帰ばねの力で可動接点は固定接点とは離れた位置に保持されています。それぞれの接点は、配線を接続する端子につながれています。こうした構造の電磁リレーをヒンジ形電磁リレーといいます。
コイルに電流が流れていない復帰状態では、可動接点と固定接点が離れているので接点の端子間を電流が流れることができない開路の状態になっています。コイルに電流を流すと、コイルが電磁石になり（励磁され）、その磁力で鉄片を引き寄せます。この鉄片の移動によって可動接点と固定接点が接触し、接点の端子間を電流が流れることができる閉路の状態になります。
これが動作状態であり、復帰ばねは伸ばされています。コイルの電流を止めると電磁石が消磁されるため、復帰ばねの力で可動接点が元の位置に戻り、開路の状態になります。ブレーク接点の電磁リレーの場合も、電磁石部の構造は共通で接点機構部の固定接点の位置が異なります。可動接点は復帰ばねの力で固定接点に押し付けられているため、コイルが消磁されている復帰状態では閉路の状態になっています。
コイルに電流を流して動作状態にすると、可動接点が固定接点から離れるため開路の状態になります。切替接点の電磁リレーの場合は、接点機構部にメーク接点用の固定接点とブレーク接点用の固定接点があります。コイルが消磁されている復帰状態では、可動接点がブレーク接点用の固定接点に押し付けられていて、メーク接点用の固定接点とは離れているため、メーク接点が開路、ブレーク接点が閉路の状態になっています。コイルを励磁すると、可動接点が移動し、メーク接点が閉路、ブレーク接点が開路の状態になります。
⑧電磁リレーの基本回路
電磁リレーの場合も、回路がシンプルであるほどどのように作用するかわかりやすいです。ここでは、電源に電池、負荷にはシーケンス制御で使われる表示灯（電球）命令用装置には手動操作自動復帰形接点を備えたメーク接点の押しボタンスイッチを使用します。尚、電磁リレーは電磁石として機能するコイルと、電磁石によって操作される接点で構成されているので、図記号でもコイルの図記号と接点の図記号を組み合わせたものが使われます。コイルの図記号は長方形の箱型と定められています。
電磁リレーの基本回路の構成
電磁リレーの回路は、電磁リレーのコイルを制御する回路と電磁リレーの接点で負荷を 制御する回路の２つの回路で構成されています。この場合、それぞれの回路には必ず電源と負荷が含まれています。電磁リレーを中心に考えれば、コイルを制御する回路が入力回路であり、負荷を制御する回路が出力回路となります。
電磁リレーのメーク接点回路
電池を電源にして、命令用装置にメーク接点の押しボタンスイッチを用いて、メーク接点の電磁リレーを介して表示灯を点灯／消灯させるメーク接点回路は押しボタンスイッチを押していない状態ではすいっちの接点が開路しているので電磁リレーのコイルには電流が流れず、電磁リレーは復帰状態にあります。
復帰状態ではコイルが励磁されていないため、可動接点は動かず電磁リレーのメーク接点が開路しているので、表示灯にも電流が流れることはないため消灯しています。押しボタンスイッチを押すと、スイッチのメーク接点が閉路するので、電磁リレーのコイルに電流が流れるようになり、電磁リレーが動作状態になります。コイルが励磁されることで、可動接点が移動し、電磁リレーのメーク接点が閉路し、表示灯に電流が流れて点灯します。ボタンを押している間は表示灯の点灯状態が保たれます。ボタンを戻すと、スイッチの接点が開路して、電磁石のコイルに電流が流れなくなり、消磁されます。これにより可動接点が元の位置に戻り、電磁リレーのメーク接点が閉路するため、表示灯に電流が流れなくなり消灯します。
電磁リレーのブレーク接点
電池を電源にして、命令用装置にメーク接点の押しボタンスイッチを用いて、ブレーク接点の電磁リレーを介して表示灯を点灯/消灯させるブレーク接点回路は押しボタンスイッチを押していない状態では、スイッチの接点が開路しているので電磁リレーのコイルには電流が流れず、電磁リレーの復帰状態にあります。
復帰状態ではコイルが励磁されていないため、可動接点は動かず電磁リレーはブレーク接点であるため復帰状態では閉路しています。押しボタンスイッチを押すと、スイッチのメーク接点が閉路するので、電磁リレーが動作状態になります。コイルが励磁されることで、可動接点が移動してブレーク接点が閉路し、表示灯に電流が流れなくなり消灯します。ボタンを押している間は表示灯の点灯状態が保たれます。ボタンを戻すと、スイッチの接点が開路して、電磁石のコイルに電流が流れなくなり、消磁されます。これにより可動接点が元の位置に戻り、電磁リレーのブレーク接点が閉路するため、表示灯に電流が流れるようになり点灯します。
電磁リレーの切換接点回路
電池を電源にして、命令用装置にメーク接点の押しボタンスイッチを用いて、切換接点の電磁リレーを介して表示灯２個の表示灯をを点灯/消灯させる切換接点回路 は、押しボタンスイッチを押していない状態では、電磁リレーは復帰状態になります。開路しているメーク接点につながれた赤の表示灯は消灯し、閉路しているブレーク接点につながれた緑の表示灯は点灯します。
押しボタンスイッチを押すと、電磁リレーが動作状態になります。メーク接点は閉路するので赤の表示灯が点灯し、ブレーク接点は開路するので緑の表示灯が消灯します。電流が流れる回路が、緑の表示灯の回路から赤の表示灯の回路にかわります。ボタンから指を離せば電磁リレーは復帰状態になり、メーク接点が開路、ブレーク接点が閉路します。これにより、赤の表示灯が消灯し緑の表示灯が点灯します。
⑨電磁リレーの役割
シーケンス制御は接点が組み合わされることで自動制御が実現されています。電磁リレーの基本回路の場合、入力回路も出力回路も接点は１つしかありません。入力回路の接点は、押しボタンスイッチの接点、出力回路の接点は電磁リレーの接点です。切換接点のあ場合は、接点が２つあるように見えますが、出力回路が２つあるのでそれぞれの出力回路の接点は1つだといえます。
こうした接点が1つの回路では単純な制御しか行うことができませんが、それぞれの回路に命令用装置や制御用装置、検出用装置の複数の接点を組み合わせることで、複雑な自動制御が可能になります。
接点の中でもシーケンス制御で重要な役割を果たすのが電磁リレーの接点です。電磁リレーは信号の伝達や信号の反転を行うことができますが、他にも信号の交換や信号の分岐を行うことができます。
信号の伝達
電磁リレーは長距離の有線通信を粉うために発明されました。有線通信に使う電線は長くなればなるほど抵抗が大きくなるため、信号を伝えられる距離には限界が乗じます。電線を太くしたり、電圧を高めたりすればげんか限界を高められますが実用面や安全面で問題が生じます。
実用的で安全に使用できる距離ごとに電磁リレーを介して何段階も信号の伝達を行えば、有線通信できる距離を限界なく伸ばしていくことができます。シーケンス制御において、何段階もの信号の伝達を行うことで制御の工程を増やしていくことができ、複数の機器を制御することも可能になります。こうした場合、ある電磁リレーの出力回路が次の工程の電磁リレーの入力回路になっていきます。電磁リレーは日本語で電磁継電器といいます。電気をつないでいく装置であるためこのように呼ばれているのです。
信号の変換
何段階もの信号の伝達は、電磁リレーのコイルと接点が電気的に独立しているから可能になります。こうした関係を電気的に絶縁されているといいます。この絶縁という関係があるため、電磁リレーで信号の交換を行うことが可能になります。入力回路に直流電源を使用して、出力回路に交流電源を使用しても問題なく信号の伝達が行えます。これは直流信号を交流信号に変換していることになります。また高電圧が流れるスイッチを人間が操作することは安全面で好まし状態とは言えません。しかし、電磁リレーを介することで出力回路が高電圧でも入力回路を低電圧にすることができ、安全に操作できるようになります。
こうした場合は信号の交換ではなく、信号の電圧が高まっているので、信号の増幅ということもあります。
信号の反転
電磁リレーのブレーク接点はON信号を受けてOFF信号を発したり、OFF信号を 受けてON信号を発したりします。こうした信号の反転を利用すれば、ある機器を動作させるためのON信号を使って、別の機器の動作を終了させるためのOFF信号を作り出すことが可能となります。
信号の分岐
スイッチには複数の接点を備えているものもありますが、電磁リレーの場合も複数の 極を備えているものが一般的で、1つの入力信号で複数の機器を制御することができます。こうした電磁リレーの作用を信号の分岐や信号の増幅といいます。
システムを構成する様々な装置
リレーシーケンス制御のシステムは、様々な装置によって構成されています。 使用されている装置は、命令用装置・検出用装置・制御用装置・制御対象・電源用装置・表示・警報用装置に大別されます。このうち命令用装置、検出用装置、制御装置は接点を 備えた装置でありこれらが組み合わされることでシーケンス制御が実現されます。
①６種類の構成機器
命令用装置は、システム指導や停止等の命令を与える装置です。
命令用スイッチともいい、信号を発する接点を備えています。
人間が操作することによってON/OFF信号が発せられます。
押しボタンスイッチが代表的な命令用スイッチですが、各種の切替スイッチが
検出用装置は、制御の対象となる機械の状態を検出する装置です。
検出用スイッチやセンサとも言います。
検出対象には、物体の位置や温度、明るさなど様々なものがあります。
検出の結果が一定の値に達するとＯＮ信号（またはＯＦＦ信号）を発します。接点によってＯＮ／ＯＦＦ信号を発するものの他、電子回路によって信号を発する無接点のものもあります。また、検出対象の変化に応じて電圧や抵抗の値が変化するセンサもありますが、シーケンス制御で用いる場合はＯＮ／ＯＦＦ信号にする必要が あるので、アンプと呼ばれる回路によって一定の値で信号を発するようにしています。
制御用装置には、電気信号で開閉を行うことができる接点が使われます。
一般的な電磁リレーのほか、使用する電力が大きな制御対象の場合には電磁接触器が使用されます。電磁接触器も電磁リレーの一種ですが、区別して扱われることが多いです。また、タイマなどのように検出用装置と制御用装置の両方の機能を備えた機器もあります。
・制御対象は、制御用装置によって駆動されます。
シーケンス制御の対象となる機械は、何らかの機械的動作を行うことで機械の目的を達成するものが多いです。こうした動力を発生させる装置を駆動装置と言います。モータなどのように電気で動く駆動装置であれば、シーケンス制御の回路で制御することができます。駆動装置の動力には、油圧や空気圧が使われることもあります が、これらの油空圧機器も電気信号で制御できるようにすることができます。
ほかにも機械の熱源や光源が制御対象になることもありますが、いずれも電気信号で制御可能なものが使われます。
電源用装置は、制御回路や制御対象を動作させる電力を供給する装置です。
異常発生時に安全を確保する装置も含まれます。
制御回路と制御対象に同じ電源が使われることもありますが、使用する電力が大きな制御対象の場合には、異なる電源が使用されることもあります。こうした場合は、制御対象の回路を主回路、その電源を主電源といい、制御回路の電源を制御電源といいます。
表示・警報用装置は、操作している状態や異常を操作者に知らせる装置です。
視覚情報によるものと、聴覚情報によるものがあり、表示灯の点灯/消灯で知らせるほか、ブザーやベルのように音で知らせる装置も使用されます。
②制御盤と操作盤
機械に制御システムが内蔵されることもありますが、工場の生産現場や空調、給水、電力といった建築設備などでは、制御用装置は制御盤と呼ばれる箱に集合して収められるのが一般的です。
制御盤には、電源用装置の一部も組み込まれます。
命令用装置や表示・警報用装置は操作盤と呼ばれるパネルに配置されます。
制御盤と操作盤が独立していることもありますが、制御盤の扉が操作盤として使われることも多いです。
制御対象となる駆動装置などは、制御の目的である機械に設置されます。
この機械の各所に、検出用装置が備えられます。信号をやり取りするために制御対象と検出用装置には制御盤から多数の配線が引き伸ばされることになります。また、表示・警報用装置は操作盤だけでなく、機械そのものや構内壁面などに備えられることもあります。
シーケンス図で使われる図記号
リレーシーケンス制御では、制御の動作や機能を中心にして回路を示したシーケンス図という図が用いられます。シーケンス図においても、一般的な回路図と同じように電気用図記号によって回路を構成する要素が示されます。
電気図記号は図記号やシンボルということも多いです。
一般的には日本工業規格JIS C 0617に定められたモノが使われます。
①限定図記号と操作機構図記号
接点には、各種機能を備えたものや操作方法が異なるものがあります。
そのため、接点の図記号は限定図記号や操作機構図記号と組み合わせて表すことが多いです。限定図記号は、接点機能図記号ともいい、接点の備えている機能を表します。操作機構図記号は、接点が開閉される仕組みを表すもので人間による操作ばかりでなく、電磁石などによる操作を表すものもあります。
始動や停止に使われる代表的な命令スイッチ
シーケンス制御の命令スイッチとして、最も一般的に使われているのが押しボタンスイッチです。操作者が指でボタンを押すことによって、接点が動作します。
始動や停止の命令を与えるのに敵しています。
①押しボタンスイッチの形と色
押しボタンスイッチには、正面から見たボタンの形状が円形の丸形押しボタンスイッチのほか、長方形や正方形の角形押しボタンスイッチもあります。
側面から見た場合、操作していない状態でボタンの頭部が周囲の枠から突出している突形ボタンスイッチのほか、枠と同じ高さにある平ボタンスイッチや枠より奥まった沈みボタンスイッチもあります。また頭部がキノコ形に大きく突出したキノコ形押しボタンスイッチもあります。
こうした突出部が大きくなっているスイッチは、手のひらでも操作できるためパーム形押しボタンスイッチともいいます。
ボタンにはさまざまな色のものがあり、用途によって使い分けることができますがJISなどに規定があり、多くの人が共通認識を持てるようにしてあります。
例えば、非常操作用ボタンには必ず赤を使用しなければなりません。また、ボタン部に文字などを表示できる記名式押しボタンスイッチや、ボタンが発光する照光式押しボタンスイッチもあります。
照光式の光源には、表示灯と同じく白熱電球やLEDが使われます。非常操作→赤を使用しなければならない。
始動操作→白/灰/黒が使用でき、白が最も適切とされる。
停止操作→黒/灰/白が使用でき、黒が最も適切とされる。緑も使用できる。
赤は使用しない。
リセット操作→青/白/灰/黒が使用できる。
②押しボタンスイッチの操作方法
一般的に使われている押しボタンスイッチは、ボタンを押している間だけ接点が動作して指を離すと復帰します。
こうしたスイッチをモーメンタリ形スイッチや自動復帰形スイッチといいますが押しボタンスイッチの中には、手動操作手動復帰形接点を備えたものもあり、手動復帰形スイッチや保持形押しボタンスイッチと総称されます。
保持形の場合、ボタンを押してから指を離しても動作状態が保持されます。
復帰させるための操作には様々なものがあります。
代表的なものは、再度ボタンを押すもので、オルタネイト形押しボタンスイッチやプッシュオン・プッシュオフ形ボタンスイッチといいます。
ほかにも、ボタンを引くことで復帰させるプッシュロック・ターンリッセット、形押しボタンスイッチ、復帰に鍵の操作が必要なプッシュロック・鍵リセット、形押しボタンスイッチなどがあります。なお、手動復帰形スイッチ全般をオルタネイト形スイッチと呼ぶこともあります。
③押しボタンスイッチの極みと技
押しボタンスイッチにはメーク接点、ブレーク接点の単投形と、切換接点の双投形があり、それぞれ１極形と２極形が一般的に使われます。
カタログなどではこうした接点の構成が略号で示されます。
略号表記ではメーク接点のりゃくごうにはｍではなくaが使われることが多いです。
たとえば、メーク接点の１極形であれば１a、ブレーク接点の２極形であれば２ｂと記されます。切換接点の場合は、１ｃや２ｃと表記される場合と、１a-１ｂや２a-２ｂと表記される場合があります。
回路の切り換えを行う命令用スイッチ
シーケンス制御では押しボタンスイッチ以外にも、ロッカースイッチ・トグルスイッチ・ セレクタスイッチ・カムスイッチなどの命令用スイッチが使われます。自動／手動のような切り換えに使われることが多いため、切換スイッチと総称されます。 切換スイッチには操作機構図記号を加えたものが使われます。 手動復帰形スイッチが一般的であるため、非自動復帰機能の接点としています。
①ロッカースイッチ
ロッカースイッチは、タンブラスイッチやシーソースイッチ、波形スイッチとも言い ます。さまざまな構造のものがありますが、いずれもばねの作用を利用していて、 波形の操作部をシーソーのように動かしていくと、一定の位置でばねの力によって一気に可動接点が移動します。このように瞬時に接点が切り換わることをスナップア クションといいます。こうした操作速度や捜査力とは無関係に、一定の操作位置にお いて瞬時に接点が切り換わる機構をスナップアクション機構といいます。
ロッカースイッチは手動復帰形（オルタネイト形）が一般的です。単投形と双投形があり、１極形と２極形のものが多いです。各色の操作部があり、照光式ロッカースイッチもあります。
②トグルスイッチ
トグルスイッチは、バット状のレバーを直線方向に移動させることで操作するスイッチです。スナップスイッチと呼ばれることもあります。ばねの作用を利用したスナップアクション機構を備えていて、レバーを動かしていくと、一定の位置で一気に接点が切り換わります。トグルスイッチは単投形と双投形が一般的で、一部に３投形もあります。１極型、２極形が多いが、３極や４極のものもあります。
双投形トグルスイッチにはノッチ数が２ノッチのものと３ノッチのものがありま す。２ノッチの場合、レバーが操作できるのは両端でレバーが傾いた状態ですが３ノッチの場合は両者の中央の位置で直立させられます。この位置では、可動接点がどちらの固定接点にも接触していません。つまり、２ノッチでは自動／手動といった回路の切り換えしか行えませんが３ノッチでは自動／停止／手動といった使い方ができます。
カタログなどでは、双投形の２ノッチを〈ON-ON〉と表現し、３ノッチを〈ON-OFF-ON〉と表現することがあります。手動復帰形（オルタネイト形）が一般的ですが、３ノッチで片側もしくは両側が自動復帰形にされたものもあり〈ON-OFF-（ON）〉や〈（ON）-OFF-（ON）〉と表現されたりします。なお、単投形トグルスイッチは２ノッチで〈ON-OFF〉と表現され、３投形トグルスイッチは３ノッチで〈ON-ON-ON〉と表現されま す。
③セレクタスイッチ
セレクタスイッチは、ひねり操作で接点の開閉を行うスイッチです。押しボタンスイッチと同じ接点機構部（コンタクトブロック）を使用しているものが一般的です。押しボタンスイッチでは、ボタンを押すとボタン軸が押されて可動接点を移動させますが、セレクタスイッチではハンドルのひねり操作を操作機構部のカム機構などによって前後運動にかえて、可動接点を移動させてい ます。接点機構部が複数備えられることもあります。操作部は小さな矢印や記号が表示された矢形ハンドルや、操作部が少し伸ばされたレバー形ハンドルの他、鍵で操作する鍵操作形セレクタスイッチ（キー操作形セレクタスイッチ）もあります。矢形ハンドルやレバー形ハンドルにはさまざまな色のものがあり矢形ハンドルのなかには、照光式セレクタスイッチもあります。
１極形から４極形が一般的で、ノッチ数は２～５です。単投形は２ノッチの〈ON-OFF〉、双投形は２ノッチの〈ON-ON〉や３ノッチの〈ON-OFF-ON〉があります。片側もしくは両側が自動復帰形にされたものもあります。また、３回路が切り換えられる３ノッチの〈ON-ON-ON〉や４ノッチの〈ON-ON-ON-OFF〉、４回路が切り換えられる４ノッチの〈ON-ON-ON-ON〉や５ノッチの〈ON-ON-ON-ON-OFF〉といったものもあります。手動復帰形（オルタネイト形）が一般的ですが、一部のノッチが自動復帰形にされたものもあります。
④カムスイッチ
カムスイッチもひねり操作で接点の開閉を行うスイッチです。セレクタスイッチもカム機構を利用していますが、カムスイッチは接点機構部に備えられ、カムで直接可動接点を操作します。接点機構部はコンタクトブロックと呼ばれることが多く、このコンタクトブロックを必要な数だけ積み重ねることで、多数の回路の切り換えを行うことが可能になります。一般的な２ノッチ、３ノッチにはじまり、ノッチ数は最大12まであります。ノッチの位置によっては自動復帰形にされたものもあります。操作部は、指先で操作するツマミ形ハンドルのほか、手全体で握って操作するくちばし形ハンドル、卵形ハンドル、菊形ハンドル、ピストル形ハンドル、ステッキ形ハンドル、などがあります。
物体との接触で動作する検出用スイッチ
マイクロスイッチとは、微小接点間隔とスナップアクション機構をもち、規定させた動きと規定された力で開閉する接点機構がケースで覆われ、その外部にアクチュエータを備え、小型に作られたスイッチのことです。
物体の位置を接触によって検出する検出用スイッチとしてそのままの状態で使われることもありますが、リミットスイッチの状態で使われることが多いです。
リミットスイッチとは、マイクロスイッチを堅牢なケースに封入し、その外部にアクチュエータを備えたもので、物体の位置の検出などに使われます。
また、マイクロスイッチはフロートスイッチなどの検出用装置の接点機構部に使われたり、押しボタンスイッチや電磁リレーなどの接点機構部に採用されることもあります。
①マイクロスイッチ
・マイクロスイッチは、ばねによるスナップアクション機構を備えているうえ、接点間隔が微小に作られているので可動接点が瞬間的に移動して接点が切り替わります。自動復帰形の１極形が一般的で単投形と双投形があります。アクチュエータの基本形といえるのは、ピン押しボタン形で小さなピンを押すと接点が動作します。このほかの代表的なアクチュエータには、ヒンジレバー形・ヒンジローラレバー形・ヒンジアールレバー形・リーフレバー形などがあります。
②リミットスイッチ
・リミットスイッチは、金属や樹脂で作られたケースにマイクロスイッチを組み込んだ検出用スイッチです。ケース外部に備えられたアクチュエータによって、マイクロスイッチが操作されます。堅牢なケースによって、力・油・塵埃などからスイッチが保護されます。アクチュエータは、カムやドッグによって操作されます。ドッグとはコンベアなどとともに移動する突起物のことです。代表的なアクチュエータには、プランジャ形・ローラレバー形・フレキシブルロッド形などがあります。プランジャ形は、押し込まれることでスイッチが動作し、ローラレバー形とフレキシブルロッド形は傾斜することでスイッチが動作します。
非接触で物体を検出するスイッチ
近接スイッチは、非接触で物体の位置や存在を検出する検出用スイッチです。検出方法や構造によって様々な種類があります。
