ラズベリーパイでシーケンス制御入門! 24Vリレーを動かしてみた

PLC(シーケンサ)

今回はラズベリーパイ(raspberry pi)でソフトウェアPLC「CODESYS」とNPNトランジスタを使って簡単なシーケンス制御を組んでみました。

実際の工場で使われるPLC(シーケンサ)のように24Vリレーを動作させていきます。

 

シーケンス制御とリレーの基礎

シーケンス制御でリレーが何処に使われるというと主には「出力」です。リレーを使うことによりポンプ・モータ・アクチュエータなど動かすことができます。

 

下記はオムロンのミニパワーリレーですが、同類のリレーが世界中の工場で出力として動作しています。良く使われている電圧はDC24Vです。

 

リレーの動作・使い方は簡単!

リレーを動かすことは簡単で指定の端子に24Vを入れるだけです。実際に24Vの安定化電源を使ってリレーを動かした記事は下記になります。

テスターでオムロン製のリレーとタイマーの電流を測定してみた。
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またUSB5Vから昇圧させた24V電源でもリレー動作させた記事もあります。

USB5Vからの昇圧型DC24V電源に負荷をかけてみる
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今回はラズベリーパイの環境でシーケンス制御による24Vリレーを動作させていきます。

 

ラズベリーパイのGPIOで5V/12V/24Vを駆動する方法

シーケンス制御に移る前に一つ問題を解決させておきます。下図のようにラズベリーパイのGPIOは基本3.3Vです。5V/12V/24Vは直接駆動できず、24Vリレーも直接は動作できません。

 

そのため今回は下記イメージのようにトランジスタを使って24Vをドライブさせます。

 

今回使うトランジスタはNPNトランジスタの2SC1815です。オムロンのミニリレーの電流は36.3mA程度でしたので2SC1815のスペック(電流増幅率・定格電圧)で十分に対応可能です。

 

過去には実際にトランジスタの電流増幅率を測定した記事もありますのでよろしければご覧ください

テスターでトランジスタの直流電流増幅率(hFE)を測定してみる
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レベルシフトICで5V/12V/24V変換・リレー駆動させない理由

書く必要も無いかもしれませんが、以前の下記記事のように電圧レベルシフトIC(バッファ)で対応しない理由を記載しておきます。

RS232CとUARTの違いをアナライザで確認してみた
どうもミソジです。 今回は筆者が持っているラズベリーパイとRS232Cを接続して「RS232CとUARTの違いをアナライザで確認してみた」を紹介します RS232CとUART通信の差を比較するまでの手順を紹介しています。...

 

前回使ったTC74HC4050P含めて基本汎用のレベルシフトICはドライブできる電流が少ないです。また電圧が24Vまで対応していません

※…と思ったらICメーカ回答としてTC74HCは最大35mA流せるので「電流は」ギリギリ行けたかもしれません。メーカ回答リンク先はこちらから

 

手の込んだICを使えば動作可能かもしれませんがレベルシフトICの電圧変換は基本信号変換用でリレー・モータなどの電圧駆動には使わないケースの方が多々だと思います

 

そのため、今回はトランジスタでリレー駆動させます

 

今回のシーケンス制御でリレー動作させる回路図

NPNでトランジスタ駆動させるため、今回の回路図は下記となります。シーケンス制御のラダーについては後に記載しますが、簡単なリセット付き自己保持回路です。

 

少し入力回路・出力回路を色を付けると下記イメージです。GPIO17が出力、GPIO22,GPIO27を入力としています。

 

トランジスタを駆動する回路は、結構適当に作っています。(マージン・最悪条件など全く考えていないので参考レベルでお願いします)

 

※電流増幅率が約300ぐらいあるため、リレーの電流36.3mAを満たすためにベースに約121uA流せばいいはず。⇒R1=(3.3V-Vbe[約1.0V])/121uA=約19kΩ以下ならば大体OK?と言ったレベルで計算しています。

 

今回のシーケンス制御の配線

今回のシーケンス制御の配線の全体像は下記となっています。基本回路図通りです。

 

大きな分類としては「ラズベリーパイ」「入出力回路」「24V電源」の構成です。(細かいジャンパー・ケーブルなどは省略)

※今回は特別にリレーONOFF判断するためにLEDを追加しています。

 

24V電源に関しては下記記事で使ったものを流用しています

オムロン(OMRON)製のスイッチング電源(DC24V電源)を使ってみた
どうもミソジです。 今回は前回選定したオムロン製のスイッチング電源を使ってみた記事「オムロン(OMRON)製のスイッチング電源(DC24V電源)を使ってみた」を紹介します オムロン製スイッチング電源の入出力端子 今回使うス...

 

リレー以外の入出力回路はブレッドボード上で配線しています

 

ここまでくれば後はラダー回路作成してラズベリーパイを設定するだけです。

シーケンス制御のソフトをダウンロード・インストールする

今回使うソフト「CODESYS」のダウンロード・インストール方法に関しては記事「PLC(シーケンサ)・ラダーがフリーで使える!おススメ入門ソフト」に記載しましたのでリンク先から参照をお願いします

PLC(シーケンサ)・ラダーがフリーで使える!おススメ入門ソフト
どうもミソジです。 今回は筆者が持っているラズベリーパイをPLC(シーケンサ)として使う準備編で「PLC(シーケンサ)・ラダーがフリーで使える!おススメ入門ソフト」を紹介します フリーでラダーのプログラムを実際に動かす手...

 

シーケンス制御をラズベリーパイで使う方法

「CODESYS」のラズベリーパイで使う方法に関しては記事「ラズベリーパイでPLC(シーケンサ)・ラダーの使い方を学んでみた」に記載しましたのでリンク先から参照をお願いします

ラズベリーパイでPLC(シーケンサ)・ラダーの使い方を学んでみた
どうもミソジです。 今回は筆者が持っているラズベリーパイをPLC(シーケンサ)として使う実践編で「ラズベリーパイでPLC(シーケンサ)・ラダーの使い方を学んでみた」を紹介します ラズベリーパイでラダーのプログラムを実際に...

 

今回のシーケンス制御で使うラダープログラム

今回のプログラム内容は記事「入門編!簡単なPLC・ラダーのプログラムの例を作って動かしてみた」の最後で動かしたプログラム(ラッチ(自己保持)回路 リセット付き)を使います。

そのためシーケンス制御のラダー回路については前記事と同じプログラムになりますのでリンク先から参照をお願いします

入門編!簡単なPLC・ラダーのプログラムの例を作って動かしてみた
どうもミソジです。 今回は筆者が持っているラズベリーパイをPLC(シーケンサ)として使う実践編で「入門編!簡単なPLC・ラダーのプログラムの例を作って動かしてみた」を紹介します ラズベリーパイでラダーのプログラムを実際に...

今回のシーケンス制御の実例・動作

今回のシーケンス制御の動作としては下記となります。

プログラム動作開始時(SW1を押していない状態)ではリレー動作していませんOFF状態です。

 

・入力_SW1を押すと出力_24VリレーがONします(ラッチしてONし続けます)

 

・入力_SW2(リセットSW)を押すと出力_24VリレーがOFFします

 

今回の動画は下記です。動画だと「LEDのON・OFF」「24VリレーのON・OFF音」がありシーケンス制御の動作が分かりやすいと思います

 

まとめ・感想

如何でしたでしょうか。工場で使われるPLC(シーケンサ)のように24Vリレーを動作できました。

「自宅でシーケンス制御・ラダー回路の勉強・デバッグをしてみたい!」という人には今回のように簡単にシーケンス制御が体験できます。

よろしければ皆様もぜひトライしてみてください

 

次の記事ではシーケンス制御を勉強していく上で筆者が一番おススメな本・参考書を紹介しています。よろしければご覧ください

シーケンス制御のおすすめ本 必携 シーケンス制御プログラム定石集
どうもミソジです。 今回は筆者が持っているおすすめなシーケンス制御の本で「シーケンス制御のおすすめ本 必携 シーケンス制御プログラム定石集」を紹介します 多くのシーケンス制御の本を読んできましたが一番「実用的で使える!」...

 

 

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