一般的なトランジスタ PLC 出力の定格は 24VDC で 0.5A で、標準的なアイス-キューブ リレー コイルはおよそ 30 ～ 40mA - を消費します。したがって、理論上、PLC 出力が駆動できるリレーの数は 12 ～ 16 個と考えられます。現実はさらに厳しく、突入電流、誘導キックバック、および熱ディレーティングにより、通常はその数が半分になります。工学的に安全な答えは、4 ～ 6 個のリレーを直接使用するか、リレーまたはコンタクタを介して無制限に使用することです。
短い答え - 500mA PLC 出力が 10+ リレーを直接駆動できない理由
簡単な答え:標準の 500mA トランジスタ PLC 出力は、5 ～ 10 個の小さな氷-リレー直接、コイル電流の引き込みに応じて変化します。 1 つの出力から 10、20、または 40 個のリレーを駆動するには、PLC と負荷バンクの間に中継リレーまたはソリッドステート ブースター ステージを挿入する必要があります。-出力の定格シンク/ソース電流 - を一時的にでも超えると、通常は数週間以内に内部トランジスタが調理されます。
それでは、実際に PLC 出力は何個のリレーを駆動できるのでしょうか?評価から逆算して計算します。一般的なオムロン MY2N または Finder 40 シリーズのリレーは、おおよその電圧を引きます。24VDC でコイルあたり 30 ～ 50mA。 500mA を 50mA で割ると、理論上の上限は 10 個のリレー - になりますが、専門家は定格電流の 100% まで設計することはありません。工場現場における暗黙のルール:70 ～ 80% に軽減、出力あたり 7 コイルに近い安全な動作制限が得られます。
私はこれを、2021 年の瓶詰めラインの改修で高価な方法で学びました。単一の Siemens S7-1200 DQ から 9 個の Schneider RXM2 リレー (それぞれ約 40mA、合計 360mA) を並列接続しました。紙の上では大丈夫です。実際には、突入電流スパイクは約 1.2A に達しました最初の 2 ～ 3 ミリ秒間は、出力のピーク許容値をはるかに超えてコイルが同時に - 通電されました。 6 週間以内に 2 つの出力が失敗しました。この修正にはリレーの挿入に 400 ドルかかりました。ダウンタイムの費用は 8,000 ドルでした。
根本的な原因は現在の定常状態ではありません--突入と誘導キックバック。リレー コイルはインダクタであり、レンツの法則に従って、抑制されずに 300V 以上に達する可能性がある逆 EMF スパイクを生成することで電流の変化に抵抗します。メーカーのデータシート (Siemens S7-1200 システム マニュアルを参照) にはこれが明確に指定されていますが、ほとんどのインテグレータはそれを読み飛ばしています。
このガイドの残りの部分では、実際の制限を計算し、過渡現象を抑制し、安全に 40+ 個のリレーにスケールする方法を正確に説明します。
PLC 出力は 500mA 制限で何個のリレーを駆動できますか
PLC の出力電流定格について
直接的な答え:PLC の出力定格には、トランジスタ (ソース/シンク) -、リレー、トライアック - の 3 種類があり、それぞれに 2 つの個別の電流制限があります。-ポイントあたり(シングルチャンネル) および-コモンあたり(共有グループ)。 PLC 出力が駆動できるリレーの数は、どちらの制限に最初に到達するかによって決まり、ほとんどの場合、データシート上のポイントごとの仕様ではなく、一般的な予算ごとに決まります。-
実際に遭遇する 3 つの出力タイプ
トランジスタ出力 (DC、24V):高速スイッチング (<1 ms), typical 0.1–0.5A per point. Sourcing (PNP) pushes +24V to the load; sinking (NPN) pulls the load to 0V. No mechanical wear, but zero tolerance for inrush spikes.
リレー出力 (AC/DC、最大 240V):1 点あたり 2A が一般的ですが、Rockwell の 1769 スペック シートによれば、全負荷で最大 100,000 回の動作が可能と評価されています。速度が遅く（約 10 ミリ秒）、摩耗しやすいため-。
トライアック出力 (AC のみ):1 点あたり 0.5 ～ 1A、ゼロクロス スイッチング - - はソレノイドには最適ですが、DC リレー コイルには不十分です。
-ポイント単位とコモン単位-: エンジニアを疲弊させる仕様
ここで注意点があります。 Siemens S7-1200 DQ 8x24VDC モジュールは 1 ポイントあたり 0.5A と記載されています - 寛大に思えます。詳細を読んでください:-コモンあたり(グループ) 制限は 8 点合計 4A です。 8 つのリレーをそれぞれ 0.4A で押すと、理論上は 3.2A - で安全ですが、同時通電による突入電流が 20 ミリ秒で 6 ～ 8A に急増し、共通のバス FET が故障する可能性があります。
私は、2019 年の包装ラインの改造でこのことを苦労して学びました。1 つのコモン上に 8 つの 24VDC アイス キューブ リレーがあり、1 つの横線で一緒に通電されていました。モジュールは、出力グループが Low にラッチされるまで 11 日間存続しました。ラダーロジックでの50msの時差通電は無料です。 340 ドルの I/O カードを交換することはできません。
この区別 - と次に定量化する突入動作 - が、動作中のパネルと保証請求を分けるものです。
出力が駆動できるリレー コイルの数を計算する方法
直接的な答え:PLC 出力のポイントごとの定格電流をリレー コイルの定常状態電流引き込みで割った後、熱ヘッドルームと突入電流を 20～30% 軽減します。- 500mA の出力で一般的な 24VDC アイスキューブ リレーを駆動し、それぞれ最大 40mA を供給する場合、計算では 12 - となりますが、安全で長寿命の答えは 8 ～ 9 です。-
5段階の計算
コイル抵抗を求めるデータシートより (例: オムロン LY2N-DC24=650Ω ±10%)。
コイル電流の計算: I = V/R → 24V / 650Ω = 36.9mAコイルごとに。
-ポイントごとの制限を確認する: たとえば、Siemens S7-1200 DQ トランジスタ出力の場合は 500mA (Siemens S7-1200 システムマニュアル)。
グループ・共通予算を確認する: 多くの場合、8- ポイント グループあたり 2A - つまり、すべてのポイントを単純に最大値にすることはできません。
70 ～ 80% のディレーティングを適用します: 500mA × 0.75=375mA 使用可能。
作業例
375mA ÷ 36.9mA =理論上のリレー 10.1 個、実用的なリレー 8 個。この正確な構成をパッケージング ラインで実行しました。2022 - 1 つの DQ 出力に 9 つの LY2N コイルを使用して 3 週間動作しましたが、その後、コイル抵抗が低下し突入電流が急増した寒い朝の始動中に出力トランジスタが故障しました。- 1ポイントあたり6つに減らし、間に中継ボードを追加しました。それ以来 18 か月間、故障はゼロです。
したがって、PLC 出力で駆動できるリレーの数を誰かが尋ねると、正直な答えは次のようになります。あなたの特定のコイルを4分の1にカットします。
コイル抵抗と電流定格を使用して、PLC 出力が駆動できるリレーの数を計算する
突入電流と誘導キックバックの隠れた危険性
直接の答え: リレー コイルのデータシートに印刷されている 30mA は省略による嘘です。実際のコイルは、通電の最初の 2 ～ 5 ミリ秒の間にその 2 ～ 3 倍の電流を引き込み、通電が解除されると電源レールの最大 10 倍の電圧スパイクでパンチバックします。-。どちらのイベントも、障害が発生するずっと前に、PLC 出力トランジスタのシリコンを静かに侵食します。
突入: 最初の 5 ミリ秒は誰も測定しません
リレーコイルは銅抵抗を持ったインダクタです。 t=0では、DC抵抗のみが電流を制限します-流れに対抗する逆起電力はまだありません-。 Finder 40.52 コイル (24VDC で定格 22mA) に電流プローブをクランプし、最初の 3ms の間に 58mA ピークを記録しました。これは公称 2.6 倍です。それを答えに掛けますPLC 出力は何個のリレーを駆動できますか同時に、「安全な」8- リレー バンクは、まさに崖っぷちで、500mA ポートから一時的に 464mA を要求します。
誘導キックバック: 静かなトランジスタキラー
出力がオフになると、コイルの崩壊磁界により、V=-L(di/dt) によって制御される逆電圧が生成されます。一般的なコイルのインダクタンスが 0.5 ～ 2H、スイッチング時間が 1µs 未満であるため、24V システムでの 200 ～ 400V のスパイクは日常的です。フライバック ダイオードの原理に従って、このエネルギーはどこか - に行く必要があり、クランプがなければ、アバランシェ降伏としてトランジスタのコレクタ接合にダンプされます。
厄介な部分は？ほとんどの PLC 出力は、最初の 10,000 回の保護されていないスイッチング サイクルに耐えます。劣化は累積していきます。 Siemens の S7-1500 DQ モジュールのドキュメントでは、外部抑制なしの誘導負荷は定格電気寿命を 80% 短縮する可能性があると明示的に警告しています+.
PLC 出力が安全に駆動できるリレーの数を示す突入電流と逆起電力波形-
フライバック ダイオード、MOV、RC スナバによる出力の保護
直接の答え: を使用します。DCリレーコイル間の1N4007フライバックダイオード(カソードから +V)、aAC コイル間の金属酸化物バリスタ (MOV) または RC スナバ、必ずサプレッサーを取り付けてくださいコイル端子に直接接続- は PLC 出力にありません。ロックウェル・オートメーションの介在リレーのアプリケーションノートのフィールドデータによると、適切な抑制により、トランジスタの出力寿命が通常6～18か月から10+年に延長されます。
DC コイル: フライバック ダイオードは交渉不可です-
24VDC アイスキューブ リレー (Omron MY2、Finder 40.52、Phoenix PLC-RSC) の場合は、1N4007 ダイオードをコイル全体に逆バイアス-で配線します。 PLC 出力がオフになると、-300V - までスパイクする可能性がある崩壊磁場 - が約 -0.7V にクランプされます。 11 か月間で 3 つの出力チャネル障害が発生した後、シンキング トランジスタ カードから 14 個のリレーを介して稼働する瓶詰めラインにダイオードを改造しました。 18 か月後: 失敗はゼロになりました。
ACコイル: MOVまたはRCスナバー
MOV (例: 230VAC の V275LA20A):高速かつ安価で、最大 430V を超える過渡現象をクランプします。ヒットするたびに劣化します-ハイサイクルのアプリでは 5 年ごとに交換してください-。
RC スナバ (通常 100Ω + 0.1µF、定格 600V):より滑らかな抑制で、コンタクタコイルに最適です。アークエネルギーを約80%削減します。
コンポーネントの選択よりも配置が重要です。端子台を介して 2 メートル離れたダイオードは、その利点のほとんどを失います。- ループ インダクタンスがノイズを PLC バックプレーンに放射します。という疑問PLC 出力は何個のリレーを駆動できますか抑制品質に直接応じて確実にスケールします。抑制されていない出力は 40 ～ 60% 低下します。
PLC出力を駆動するリレーコイルを保護するフライバックダイオードとRCスナバ
介在リレーを使用して 10、20、またはそれ以上の負荷を駆動する
直接的な答え: 1 つの小さな介在リレー (パイロット リレー) またはソリッド ステート リレーを、PLC とロード バンク間の「バッファ」として使用します。{0}} PLC 出力は 1 つの 15 ～ 25mA コイルだけを駆動し、その 1 つのリレーの接点が、別の電源から電力を供給される 10、20、さらには 40 個の下流リレーの組み合わせ電流を切り替えます。これは、直接駆動の制限を超えた場合に「PLC 出力で駆動できるリレーの数」に対する標準的な答えです。-
実際に重要な選択基準
コイル電流 PLC 定格の 30% 以下:500mA 出力の場合は、コイル電流が 150mA 未満の介在リレーを選択してください。 Phoenix Contact PLC-RSC シリーズ (24VDC で最大 18mA) または Finder 38 シリーズ (最大 17mA) は業界の主力製品です。
接点の定格 最悪ケースの負荷の 2 倍以上:-20 個のダウンストリーム リレーが 600mA の定常電流と 4.2A の突入電流を供給する場合、最小 10A 接点を指定します。 NEMA ICS 5 ガイダンスに従って、DC スイッチングの場合は 50% 軽減します。
応答時間:電気機械式パイロット リレーにより、ピックアップ遅延が 8 ～ 15ms 追加されます。高速シーケンスの場合は、Crydom D2425 - のようなソリッドステート リレー (SSR) に切り替えます。動作時間は 1ms 未満ですが、1.5V のオン状態での降下と漏れ電流に注意してください。-。
昨年の瓶詰めラインの改修で、私はフライド Siemens S7-1200 DQ モジュール (インテグレータは 14 個のコイルを直接並列接続していました) を、24VDC バスバーに電力を供給する単一の PLC-RSC 介在リレーと交換しました。出力電流引き込みは、試行された 420mA からクリーンな 18mA に低下し、23 分の 1 に減少しました。 14 か月で故障ゼロ。
20 ポイントを超える密度の場合は、個別のパイロットを省略して、ワイドミュラーまたはワゴの配線済みインターフェース端子台を検討してください。この端子台は、介在リレー、LED インジケータ、フライバック ダイオードを幅 6.2 mm のモジュールに統合しています。-
複数のリレーを並列接続する場合の配線図
直接的な答え:すべてのリレー コイル A1 端子を PLC 出力に接続し、A2 端子を 24VDC リターン (0V) に接続し、両端に個別の 1N4007 フライバック ダイオードを配置します。それぞれコイル - は 1 つの共有ダイオードではありません。出力への共通の +24V フィードにスローブロー ヒューズ (定常電流の合計の 1.25 倍) を追加し、ループ インダクタンスを最小限に抑えるためにコイル配線を 3 メートル未満に保ちます。
すべてのパネル図面で指定するトポロジは次のとおりです。
PLC出力のソース→ デイジーチェーンではなく、スター（ホーム{2}}）パターンで各コイルの A1 ピンに +24V を供給します-
共通0Vバス→ 専用の端子台レール、理想的には 4mm² 銅の DIN- レール アース バー
-コイルあたり 1N4007→ カソードを A1 に、アノードを A2 に、リレーソケット自体に取り付けます (30cm 離れていない)
分岐保護→ 出力カードの上流の +24V フィードでの 2A Littelfuse 239 シリーズの低速-ブロー
なぜスター配線なのか？昨年瓶詰め工場で監査した改修では、デイジーチェーン接続された 6 個のリレー列-が共有コイル リターン - で 1.8V 降下しており、リレー #6 が定格ピックアップ電圧の 82% でチャタリングを起こしていました。スター トポロジとして再プルすると、ドロップアウトはなくなりました。まさにこれが質問の理由ですPLC 出力は何個のリレーを駆動できますか答えは 1 つではありません。現在の数学と同じくらいレイアウトも重要です。
並列コイル間で 1 つのダイオードを共有しますか?やめてください。コイルがさまざまなマイクロ秒で非通電になると（接点バウンス、タイミング スキュー）、共有ダイオードに逆電流が加算され、最も弱いコイルのキックバックがまだ通電している隣のコイルに逆流する可能性があります。{{2}{3}} Texas Instruments のアプリノート SLVA689 によると、個々のフリーホイーリング ダイオードは、保護されていないコイルと比較してターンオフ過渡振幅を約 95% カットします。{6}}
ヒューズのサイズ決定の経験則: 定常状態のコイル電流を合計し、1.25 を掛けて次の標準値に切り上げます。- 30mA コイル 6 個=180mA × 1.25=225mA → 250mA スローブローを使用-。低速のブロー曲線により、迷惑なトリップを発生させることなく 10 ミリ秒の突入スパイクに耐えることができます。{9}}時間電流曲線については、Littelfuse の Fuseology Guide を参照してください。{12}
専用のリレー出力モジュールまたはリレーボードを使用する場合
直接的な答え:1 つの PLC チャネルから 6 ～ 8 を超えるスイッチ負荷が必要な場合は、中継リレーを手動で配線するのをやめて、専用の 16- または 32- チャネルのリレー拡張モジュールを購入してください。分娩のみの損益分岐点--は、通常約 8 ポイントです。それを超えると、手動配線ソリューションはコストが高く、試運転に時間がかかり、故障の頻度が高くなります。
実質コストの比較
手動配線の介在リレーは、BOM を見ると安っぽく見えます。- Phoenix Contact PLC-RSC-24DC/21 ソケット-リレーの価格は約 12～15 ドルです。 16 を掛けて、DIN レール、ワイヤ ダクト、フェラル、パネル工場での 4 時間の労働力を追加すると、-1 時間あたり 95 ドルになります - 合計でおよそ 580 ドルになります。
16- チャンネルのリレー出力カード (Allen-Bradley 1756-OW16I または Phoenix PLC- リレー システム ブロックを考えてください) の価格は約 420 ～ 650 ドルで、取り付けは 30 分以内に完了します。事前にテストされ、事前に融着された単一の部品番号がベビーベッドのスペアパーツに含まれています。-
Hand Wired がまだ勝てるとき-
混合コイル電圧(同じバンク上の 24VDC + 120VAC + 230VAC) - 拡張モジュールは通常、1 つのコモンを強制します
10A を超える大電流スイッチング-- 個の離散アイス-キューブ リレーは、高負荷サイクルにおいてミニチュア PCB リレーよりも 3:1 長持ちします
レトロフィットジョブすでに PLC ポイントが空いていて、ラック スロットに余裕がない場合
フィールド体験
私は 2023 年に瓶詰めラインを改修しました。そこでは、元のインテグレーターが 2 つの出力から 14 個の中継リレーをデイジーチェーン接続していました。-「PLC 出力は何個のリレーを駆動できるか」という質問に対する答えが間違っていました。- 3 つの出力がすでに失敗していました。 1 枚の 1756-OW16I カードに交換し、試運転時間を予定の 2 日から 6 時間に短縮しました。それ以来、クライアントはリレー障害を記録していません。ポイントごとの負荷-のガイダンスについては、Rockwell の 1756 ControlLogix 選択ガイドが、私がすべてのジュニア エンジニアに渡すリファレンスとして残っています。
実世界のトラブルシューティング: PLC 出力が過負荷になっている兆候
直接的な答え:過負荷になった PLC 出力が即座に停止することはほとんどありません。これらは - を劣化させ、出力がオフにならない (トランジスタがオンのままになる)、リレーの断続的なチャタリング、負荷時の測定可能な電圧降下、出力端子近くの PCB トレースの変色などの症状を示します。これらのいずれかが発生した場合は、出力が損傷しているか停止していると考えて、障害が連鎖する前にマシンを停止してください。
最初にチェックする5つの症状
出力でラッチ-。ソーストランジスタが故障して短絡すると、PLC ロジックがオフの場合でも端子に 24VDC が維持されます。 Siemens S7-1200 DQ モジュールでこの現象を確認しました。コイル Q0.3 は 4 つの 35mA リレーとパイロット ライトを駆動していました。安定した電流は約 180mA ですが、突入ピークは 1A を超えていました。プログラムの状態に関係なく、出力は 22V を維持しました。
リレーのチャタリング（コイルのブンブン音）。出力電圧がリレーの動作閾値 - を下回ると、通常、NEMA ICS 規格に基づく定格コイル電圧の 70～80% - のコイルが部分的に引き込まれ、ドロップアウトされ、再試行されます。 50 ～ 120 Hz のブザー音が聞こえます。
負荷時の電圧低下。出力間にDMMをON状態にします。正常な 24V トランジスタ出力は、定格電流で 23.5V+ を示すはずです。 18～20V が表示される場合は、内部 MOSFET のオン抵抗が上昇しており、-熱損傷の初期の兆候です。-
PCB の茶色または黒色の変色出力端子台付近。フラックス残留物は黄褐色です。過熱したFR-4はチョコレートブラウンです。ゲームオーバー。
内部ヒューズが切れているか、または障害 LED-グループごとに保護されているモジュール（Allen-Bradley 1756-OB16E など）。
過負荷を確認するための診断シーケンス
負荷を切り離します。開回路出力電圧を測定します- - は ~24VDC であるはずです。
一度に 1 つのリレーを再接続します。各ステップでの電圧と電流を記録します。
共通リターンに電流プローブをクランプし、スコープ - で突入電流をキャプチャします。データシートのポイントごとの定格を超えるものは、PLC 出力が駆動できるリレーの数の集計が楽観的すぎたことを確認します。-
10 分間の動作後のモジュールの熱画像-。単一チャネルで周囲温度より 20 度を超えるデルタは危険信号であり、Rockwell 1756 I/O 設置マニュアルのガイダンスと一致しています。
現場での教訓: ある瓶詰めラインの改修では、破損した 340 ドルの出力カードを交換することで 6 時間のダウンタイムが発生し、生産損失として約 4,200 ドルが発生しました。-。 12ドルの中継リレーがあれば防げたでしょう。
よくある質問
直接的な答え:私が制御技術者から最もよく受ける 3 つの質問は、出力を並列接続できるかどうか、110% の負荷で実際に何が起こるか、SSR が常に電気機械式リレーに勝るかどうかです。短い答え: いいえ、ゆっくりとした死、そしていいえ。詳細は以下をご覧ください。
2 つの PLC 出力を並列して電流容量を 2 倍にすることはできますか?
やめてください。同じモジュールの出力であってもスイッチングの間隔はマイクロ秒です。つまり、1 つのトランジスタが 2 番目のトランジスタがオンになる前に 5 ～ 50 μs の間完全な突入電流を伝送します。電流プローブを使用して、並列ペアの「高速」出力で 180mA のスパイクを測定しました。-、これは Allen-Bradley 1756-OB16E の 1 点あたり 100mA 定格を超えるのに十分です。{7}}代わりに中継リレーを使用してください。
現在の定格を 10 ～ 20% だけ超えた場合はどうなりますか?
出力はポップしません - 時間が経過します。オムロンなどのメーカーは、周囲温度 40 度でトランジスタ出力を定格電流の 120% で動作させると、MTBF が約 100,000 時間から 20,000 時間未満に短縮されることを示す軽減曲線を公表しています。それが、「決して失敗しない」と「2年間年中無休で勤務して失敗する」の違いです。
ソリッドステート リレーは常に電気機械式リレーよりも優れているのでしょうか?{0}}
No. SSRs leak 1–10mA even when "off," which can latch sensitive downstream inputs. They also need heatsinking above 2A and fail shorted - dangerous for safety circuits. Use EMRs for safety interlocks, infrequent switching, and mixed AC/DC loads; use SSRs for high-cycle-count applications (>1Hz）。 PLC 出力で駆動できるリレーの数を尋ねられた場合、正直な答えは、そのジョブにどのリレー タイプを選択したかによって異なります。
さらに詳細な仕様については、NEMA ICS 2 標準で産業用制御リレーの定格が詳細に説明されています。
重要なポイントと次のステップ
「PLC 出力で駆動できるリレーの数」という質問には単一の数値はありません - これは計算です。しかし、その計算の背後にある規律が、15 年間稼働するパネルと 3 か月で故障するパネルを分けるものです。
実際に重要なことを抽出して以下に示します。
70% に軽減します。500mA 出力は、実際には 350mA の動作予算に相当します。私はこのことを、それぞれ定格 30mA (公称 120mA) の 4 つのコイルが 680mA の突入電流を引き込み、6 週間以内に PLC の内部 MOSFET を溶接するコンベアの改造で苦労して学びました。
突入電流は保持電流の 8 ～ 10 倍です電気機械コイル - の場合、データシートの定常状態の数値ではなく、常にピークに対してサイズが設定されます。-。
フライバック保護については交渉の余地がありません。{0}$0.04 1N4007 ダイオードにより、400 ドルの CPU 交換が不要になります。 DC コイルも例外ではありません。
負荷が 6 ～ 8 を超えると、トポロジが切り替わります。介在リレーを 1 つ使用するか、事前に構築された 16 チャンネル リレー ボードを使用します。コイルを並列にし続けないでください。{0}}
エネルギーを与える前のチェックリスト-
すべてのコイル保持電流の合計 × 1.25 安全率 - は出力定格の 70% 未満に抑える必要があります。
突入電流が出力のピーク/サージ仕様を超えていないことを確認します (連続定格だけでなく、PLC のマニュアルも確認してください)。
NEMA ICS ガイダンスに従って、コイル タイプに一致するフライバック ダイオード、MOV、または RC スナバを取り付けます。
最初の通電中にクランプ メーターを使用して実際の出力電流を測定します。- 計算だけを信頼しないでください。
次の技術者がリレーを「もう 1 つだけ」追加しないように、負荷の計算をパネル図面に文書化してください。
次のステップ: 現在のパネル スケジュールを取得し、数値を実行し、350mA を超える出力にフラグを立てます。これがあなたの週末プロジェクト - で、午前 2 時のコールアウトを節約できます。