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自動制御に使われるリレーシーケンス

発行：エスオーエル株式会社
https://www.sol-j.co.jp

連載「測定の新常識！？SOLがお伝えするノウハウ！」
2023年9月13日号　VOL.146

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皆さん、こんにちは。
営業技術の張です。

今回は自動制御に使われるリレーシーケンスについて話します。

自動制御は大きく分けて、
あらかじめ定められた順序や論理に従って順次に進めていくシーケンス制御と、
制御された結果を刻々測定して目標値との差を修正していくフィードバック制御
があります。

現在の工場自動化の時代において、
殆どの計測装置はこの両方の方法で制御されています。

シーケンス制御とフィードバック制御の違いを説明する為に、
信号機の例として挙げます。

歩行者専用の信号機は、歩行者の為にボタンスイッチを設置してあります。
スイッチを押すと信号が緑になります。これは手動制御です。

信号が数秒後自動的に赤になるのは、
タイマーリレーによりシーケンス制御です。

殆どの信号機は、複雑な交通状況を考慮し、信号のサイクルタイマを計算し、
信号の切り替えはリレーシーケンスによって制御されています。

この方法は今まで数十年使用しており、特に問題ないですが、
道路交通状況に対して、柔軟性が少なく、
渋滞の原因になる可能性があります。

その為、一部の研究者は電波レーダー、カメラ等により
得られた交通情報を収集し、リアルタイムで信号機の切り替えを
コントロールできるように研究しています。
これはフィードバック制御になります。

どちらの制御もリレーシーケンスを使用しています。

シーケンス制御はスイッチング制御とも言えます。

スイッチングの目的は、主に下記三つがあります。

　・小さい電流で大きな負荷の開閉を行います。
　・異なる種類の電気信号を伝達します。
　・１つの信号入力で複数の出力を出します。

リレースイッチは大きく分けて有接点リレー（メカニカルリレー）と
無接点リレー（半導体リレー）に分類されます。

理想的なリレースイッチは、
オフ状態では入力と出力の絶縁抵抗が無限大になり、
オン状態では接触抵抗が無限小になり、
高速スイッチングが可能で、
電流や電圧の制限がなく、
繰り返しの問題が無いことです。

理想的なスイッチに近いスイッチは機械式スイッチです。
しかし、スイッチング周波数を高めることは難しいです。
また、接点や動作機構の消耗により寿命が限られ、自動制御には適さなく、
殆ど手動制御で使われています。

電気信号によってスイッチを動作させることを考えると、
機械式スイッチが電磁石によって動作させる電磁リレーであれば、
電気信号で動作させることが可能です。
基本となっている機械式スイッチなので、同じような制約があります。

現状でもっとも理想的なスイッチに近い存在といえるものは
半導体スイッチです。
但し、半導体スイッチは次のような欠点があります。
オフ状態では漏れ電流が流れます。オン状態では電圧降下が生じます。
定格電圧・電流がより小さいです。交流には切り替えられないです。

Werth社の計測装置はこれらの3つのスイッチを全て使用しています。

機械スイッチは寿命があるけれども、
使用頻度が低い為、接点が酸化してなければ、
寿命が無限大と考えることができます。

半導体スイッチのパワーデバイスは基板にのせて、
劣化があるが、ボード自体に問題がなければ、動作できます。
半永久的に使用できます。。

問題あるのは電磁リレー、リレーシーケンスです。
寿命があり、動作頻度が増えると、寿命は短くなります。

一般的なリレースイッチの不具合現象は以下に示します。
　・大きな電流が流れることや、開閉頻度が多すぎるなどのことにより接点溶着
　・接点表面の消耗、腐食、ズレにより接触不良
　・印加電圧の不足、電磁石の動作不完全によりうなり
　・接続負荷の突入電流により接点の異常消耗

基本的にリレーの仕様と動作回数は余裕を持って設計されていますが、
実使用上では、磨耗と劣化は並列で進行し、寿命を縮めるケースが殆どです。

使用中のリレーシーケンスには事前に寿命を予測することは困難なため、
当社では、装置の故障によるタイムロスを最小限に抑えるため、
常に適切な数量を在庫しておくよう努めています。

以上、今回は、リレーシーケンスについてお話しました。

それでは、今日はこの辺で。
最後までお付き合い頂き、有難う御座いました。


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