機械式リレーを使った通信回路

この記事でわかること

機械式リレーの通信回線の説明と簡単な回路を紹介します。
本通信は、回路構成が簡単で、通信プロトコル無しです、知っていると便利な技術と思い記事にしました。

機械式リレー回路の通信とは

通信回路と言えば、RS-232C、I2C、イーサネット、その他、既存の通信方式を使い設計する事を考えます。これらは汎用性は有りますが、専用の部品・決まった回路が必要となり、また専用のソフトも必要で複雑化します。
システム内で閉じた通信、簡単な操作ならば、上記の通信方式（RS-232C等）に準ずる必要は無いと思います。
例えば、近距離で人が操作するコントロールボックス（Aｰ装置）から簡単な操作を本体装置（B-装置）に命令する場合に本通信は最適な回路です。

本リレー回路を使った通信回路の特長は、下記です。

• 単方向通信方式で、基本は、一対一の通信回線です。
• 下記回路は、A-装置→B-装置の通信ですが、逆の回路にすればB-装置→A-装置通信も出来ます。（回路構成により、全二重通信方式が可能です。）
  例えば、
  コントロールボックス（A-装置）から本体装置（B-装置）の起動／停止制御、メンテナンス時の操作に使用出来ます。
  本体装置（B-装置）からコントロールボックス（A-装置）には、警告転送等が出来ます。
• 通信速度は、遅くても問題無い環境に対応。
• A-装置のリレー（接点側）とB-装置のリレー（コイル側）回路は、閉じた回路にします。
  （回線は、電源・GNDが専用の回路構成。）

下記に、Control BoxとDevice間をシールと付きケーブルで接続した　”リレー回線と電源エリア構成図”を示します。

リレーのコイル部と機械接点部が絶縁関係の為、両者電源を独立した回路構成（ブルー色部）ができます。通信専用の電源（VDD1）にする事が出来、シールド付きケーブル（出来れば：より線有り）で接続すれば閉じた回路構成となり、周辺回路の影響（ノイズ）を受けにくいデータ転送が出来ます。

図：リレー回線と電源エリア構成図

電源：
ブルー色
　VDD1：リレー回線専用の電源
　GND1：リレー回線専用のグランド
グリーン色
　VDD2：コントロールボックス側の電源
　Input：入力信号 VDD2レベル
　GND2：コントロールボックス側のグランド
オレンジ色
　VDD3：装置：本体側の電源
　GND3：装置：本体側のグランド
　Output：出力信号 VDD3レベル
FG：フレームグランド（本体側のフレーム接続）

回線数とリレー数は、対となります。
複数回線の場合は、電源・グランドラインの電流容量を考慮して共通化出来ます。

機械式リレーの通信回路

回線距離10mぐらいならデータ転送は、問題ないです。
回線は、シールド付きケーブル（より線有り）を推奨します。

機械式リレーの通信回路

下記に、機械式リレーを使った通信回路”A-装置→B-装置の信号転送の機械式リレー通信回線図”を示します。

1ライン1又は2命令です。（例えば、起動/停止コマンド）
例えば、人が操作するコントロールボックス（A-装置）です。ボックスの起動ボタン、停止ボタンを押下してシールド付きケーブルを経由して本体装置（B-装置）を制御します。

回路説明

Input：ON:電圧 ハイ（VDD2)をコマンド（起動）として入力します。
コントロールボックス側のRelay-A （A接点）コイルON（A接点クローズ）により、A-signal（回線）は、VDD1出力となります。
右側は、本体装置側のRelay-B（B接点）のコイルON（B接点オープン）、Output：電圧 ハイ（VDD3）起動コマンドを受信します。

Input：OFF:電圧 ロー（GND2)をコマンド（停止）として入力します。
コントロールボックス側のRelay-A （A接点）コイルOFF（A接点オープン）により、A-signal（回線）は、開放状態となります。
右側は、本体装置側のRelay-B（B接点）のコイルOFF（B接点クローズ）、Output：電圧ロー（GND3）停止コマンドを受信します。

以上より、Control Boxから本体装置への起動（VDD3）／停止（GND3）の操作を行う事が出来ます。

A-装置→B-装置の信号転送の機械式リレー通信回線図

VDD1：コントロールボックス リレーA接点・装置リレーコイル・回線の電源
GND1：コントロールボックス リレーA接点・装置リレーコイル・回線のグランド
VDD2：コントロールボックス リレーコイル・PLCの電源（今回省略）
Input：入力信号（PLCからは出力信号）VDD2レベル
GND2：コントロールボックス リレーコイル・PLCのグランド
VDD3：装置リレーB接点・回線出力電圧レベル（ハイ）
Output：出力信号　VDD3／GND3レベル
GND3：装置リレーB接点・Outputグランドレベル（ロー）
Relay-A：A接点リレー
Relay-B：B接点リレー
R：抵抗器
FG：フォレームグランド（本体側のフレーム接続）
VDD1/VDD2/VDD3：5V～24V

回線数は、A-signal回路構成数とケーブルの芯数を増やします。

機械式リレーの抵抗Rの値について

（ 抵抗R ＜＜ outputに接続する負荷抵抗 ）の関係に有ること。
かつ、（VDD／R＜ 接点定格電流）の関係に有ること

リレーに接続する保護ダイオード、保護抵抗値は、割愛しています

機械式リレー通信タイミング

下記に、”機械式リレーの通信タイミング”を記述します。