この記事でわかること
DC電動弁の開閉を機械式リレーで制御する回路とフォトリレーで制御する回路について説明します。
機械式リレーは、C接点のものでバルブを制御します。
フォトリレーは、A接点のものを、C接点動作にしてバルブを制御します。
各部品についても、簡単ですが説明します。
弁開閉制御について、タイミングチャートを利用して説明します。
フォトリレー回路部の詳細は、投稿記事 ”DC24V 4Hzパルス回路設計（ソフト版）”の”DC3.3V→DC24V 4Hzパルス スイッチング回路 スイッチングTrとフォトリレー”を参照
機械式リレーC接点制御の電動弁
基本回路
機械式リレー（C接点）制御のDC電動弁の基本回路図を、下記に示します。
VDD1：DC電動弁を制御する電源（例えば、DC24V）
PLC（ programmable logic controller）：本回路では、電源は省略しています。
機械式リレーのコイル側と接点側のグランドは、今回は、共通としました。
- 本回路では、（PLCのアウト出力の電流容量）＞（A-output＋B-output端子のドライブ電流容量）の条件が成立すれば、1本にまとめて制御する回路も考えられます。
E1/E2端子が一時的に同じ電圧値になっても問題無い、DC電動弁仕様とします。
保護回路については、各部品メーカーの推薦、周辺回路等の影響を考慮により付加有無を判断します。今回、保護回路は割愛いたします。
部品の説明
各部品について、簡単な説明をします。
PLC（ programmable logic controller）
機器を自動的にコントロールできる制御装置です。
プログラミングを使い、DC電動弁を制御出来ます。
機械式リレー
- 入力側のコイルに通電した磁気を利用して出力側の接点/非接点を制御します。
- 出力側の接点は、フォトリレーに比べ大きな電圧/電流を扱えます。
- 入力側と出力側で絶縁性が確保出来ています。
- 過去、長い間の利用実績が有ります。
- フォトリレーと比べ、高価、サイズは大きい、振動・衝撃に弱い、機械的な接点に耐性制限が有ります。
DC（2方/3方）電動弁
- DC電動弁の二極端子にVDD1/GND1を入換える事により、弁の開閉又は方向が変わります。
- DC24Vなどで、駆動します。
- 本弁は、全開、全閉、3方向の場合は方向切換えを行います。電動して決まった全開閉位置まで動作すると弁動作は停止します、引き続き、同極で通電しても弁の位置は変わりません。
- 両端子が開放状態になっても、弁の状態が変わらない仕様であること。
- 弁開閉位置の任意調整は、不可です。
- 電磁弁に比べ駆動速度は、遅いです。
回路説明
タイミングチャート
機械式リレー制御のDC電動弁のタイミングチャートを、下記に示します。
DC電動弁の駆動時間は、E1/E2端子の”VDD1/GND1”時間 ＞弁開閉時間（active）で有ること。
動作
PLCのデジタル出力（A-output/B-output）等を、機械式リレーC接点に接続し”VDD1/GND1”レベルをドライブする事により、弁開閉操作、3方向の場合は、方向変更を操作します。
フォトリレー制御のDC電動弁
基本回路
フォトリレー（A接点→C接点）制御のDC電動弁の基本回路図を、下記に示します。
VDD1：DC電動弁を制御する電源（例えば、DC24V）
VDD2：マイコン等の電源 （例えば、DC3.3/5V）
フォトリレーの発光側のグランド（GND2）と受光側のグランド（GND1）は、今回は、別なグランドとしました。
- 本回路では、（ソース側の入力電流容量）＞（A-input＋C-inputドライブ電流量）の条件が成立すれば、1本にまとめて制御する回路も考えられます。
- 本回路では、（ソース側の入力電流容量）＞（B-input＋D-inputドライブ電流量）の条件が成立すれば、1本にまとめて制御する回路も考えられます。
E1/E2端子が一時的に同じ電圧状態（開放等）になっても問題無い、DC電動弁仕様とします。
駆動し続けないと弁状態が保持できない例えば、電磁弁等は対象外となります。
保護回路については、各部品メーカーの推薦、周辺回路等の影響を考慮により付加有無を判断します。今回、保護回路は割愛いたします。
部品の説明
フォトリレー
- 半導体の開閉部品、AC/DCに使用可能です。
- 機械式リレーと比べ、安価、サイズは小さく、振動・衝撃に強い、機械的な接点が有りません。
- 低ノイズ、リレー間の磁気干渉による、基板上の配置制限はありません。
- 基板上に、機械式リレーに比べ多く実装可能です。
DC（2方/3方）電動弁
上記で説明
回路説明
タイミングチャート
フォトリレー制御のDC電動弁のタイミングチャートを、下記に示します。
＊1：”バルブ状態保持”は、アクチュエーターOFF期間（E1/E2端子 Open）に相等、必須です。
DC電動弁の駆動時間は、E1/E2端子の”VDD1/GND1”時間 ＞弁開閉時間（active）で有ること。
動作
A接点のフォトリレー2個を1組として、C接点の動作を実現します。
マイコン等でフォトリレーをドライブします。
A-inputとC-inputを”ハイ”にドライブすると、DC電動弁のE1端子：VDD1、E2端子：GND1入力となり、弁開閉動作をします。
B-inputとD-inputを”ハイ”にドライブすると、DC電動弁のE1端子：GND1、E2端子：VDD1入力となり、弁開閉動作をします。
留意点：
- E1/E2端子の極性を切換える間に、“Open（開放）期間”が、必要です。
よって、両端子が開放状態になっても、弁の状態が変わらないDC電動弁仕様とします。 - （A-inputとB-input）又は、（C-inputとD-input）を同時に”ハイ”レベルドライブ禁止です。
フォトリレー間で、貫通電流の恐れが有り、非常に危険です。その際は、保護回路の付加が必要です。
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