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RBIOを拡張した家電制御用リレーBOXの製作

マニアックな内容なので、関心のある方だけどうぞ。

パソコンで一般の家電機器をいろいろな条件に合わせON-OFF制御できたら便利である。産業設備などでは以前よりPLC(シーケンサ)がプログラムに沿って機器を制御するという形が多くとられ、これにパソコンを接続して使うこともできるのだが、いかんせんPLCは何十万と高価でパソコンに繋げる専用ケーブルだけでも数万円するし、プログラムを入出力したりモニタするためのアプリケーションソフトも別途購入しなくてはいけない。

こちらがPLC。複雑な制御も可能だが、
家庭用途にはちょっと大げさだ。
PLC
(写真はクリックすると拡大表示します。)

高度な制御は必要としないので、なんとか安価な制御システムができないかいろいろと調べたところ、共立電子産業より販売されている汎用入出力リレーボード RBIO でパソコンからのリレー制御が可能であることがわかった。

ただこのボード、リレー出力接点の定格がAC125V 0.5Aと大変少なく、そのままでは60Wの電球を点灯させるのが精一杯。そこで、このボードのリレー出力でさらに高容量対応のリレーを駆動させ、その接点を利用することでより大きな負荷の接続を可能にする 「二次出力リレーボード」 を新たに設け、RBIOと供給電源系も同一のパッケージに収納させた 「家電制御用リレーBOX」 を製作した。

完成品外観
【 06.11.13 写真更新 】
PLC
(写真はクリックすると拡大表示します。)

二次出力の配線さえ外せば、
ノートPCなんかと一緒に持ち歩けるサイズだ。

完成品内部
【 06.11.13 写真更新 】
PLC
(写真はクリックすると拡大表示します。)

緑色の基板がRBIO-2U、橙色の基板が自作の二次出力リレーボード。スペースの関係でこれらを立体的に交差させて配置。またRBIO-2U の下には ACアダプタと電源供給系の端子台を収納。

USBケーブルは左側からケースを貫通してRBIO-2U に接続 (抜外可能)。主電源ケーブルもケース左側から入り、片端はヒューズボックス(写真左隅)へ、もう片端は蓋部に取り付けた電源スイッチへ繋がる。電源スイッチは蓋を閉めた状態でも外側から入切可能。

二次出力リレーボードは写真上部がコイル入力側で、RBIO-2Uのリレー出力と1対1で配線済。中央部に並んだリレーの前後にはバリスターを配置。写真下部が二次出力ポートで 現状は圧着端子のみ取り付けてあるが ターミナルブロックを設置、負荷からいつでも引き込めるようにケース右側面隅には開口が施してある。

入出力テストは念入りに行ったが全く異常なく快適に動作した。二次出力のリレー接点は個々に16A (AC100だと1600W) まで許容できるが、わが貧乏住宅の受電ブレーカーの定格は20Aなので主電源のヒューズは泣く泣く15Aを選定。実験等で頻繁に跳ばすようなら消耗品のヒューズよりサーキットプロテクタ(CP)の方が便利だが、高価なので今回はイニシャルコストを優先した。

それにしてもポリプロピレンのケースは穴加工がラクだ。高電圧ではもちろん使えないだろうが、家庭用AC100V で使用するなら絶縁性・耐熱性・強度いずれも十分であろう。昔は適当な大きさのケースを探すのが大変だったし電子工作専用のものを使えば値段が高くついたが、最近では100円ショップに行けばさまざまなプラ容器が置かれているので便利だ。

【 06.11.13 追記 】 以下の改造・追加を行った。
◆二次出力ポートをターミナルブロック化した。
◆内部空冷用にケース右側面に換気ファンを取付け、ケース左側面には何点か通気孔を空けた。
◆蓋を閉じたままでもRBIO基板のリセットスイッチが押せるように、ボルト&スプリングでひと工夫した。
◆模擬入力スイッチ〔ON-OFF-THRU〕と表示LEDを新設。下記写真参照。
◆ターミナルブロック化した入力ポート基板を新設。下記写真参照。
模擬入力スイッチ部
PLC
(写真はクリックすると拡大表示します。)

入力ポート基板
PLC
(写真はクリックすると拡大表示します。)

-------------------------
【 仕様 】

ケース外形寸法:W300×D200×H110

重量:約 1.5 kg(二次出力の配線ケーブルは含まず)

主電源:AC100V(MAX 15A)

制御用電源:DC12V(MAX 1A)ACアダプタ使用

1次制御部:共立電子産業製 RBIO-2U 使用
 出力10点/リレー接点/NC・NO・COMの3線式
      /接点容量 DC30V 1A・AC125V 0.5A
 入力4点/対 GND 接続接点入力
 USBインターフェイス/USB1.1準拠

2次制御部:自作リレーボード
 リレー/OMRON製 G2R-1A-E DC12V
              (接点定格 16A)×10個
 出力電圧/AC100V
 サージ対策としてリレー入出力部に各1個バリスター配置

制御ソフト:
 シェアウェア Mission Reflector Fast for RBIO-2U
 シェアウェア RBIO-2U MANUAL CONTROLLER
 フリーソフト RBIO-2U TimeChart Runner
 フリーソフト RBIO-2U Minimum Operator
 フリーソフト RBIO-2U SIMPLE CONTROLLER

-------------------------
【 実材料費概算 】

 RBIO-2U+ケーブル8本セット(ネット通販で購入)
                    13,160円(送料込)
 2次制御リレー10個(オークションで購入)
                    1,650円(送料込)
 バリスタ20個(ネット通販で購入) 370円(送料込)
 ACアダプタ(リサイクルショップで購入) 210円
 USBケ-ブル(同上) 20円
 ユニバーサル基板(地元電子部品販売店で購入) 470円
 端子台(同上) 105円
 ヒューズ+ヒューズボックス(同上) 125円
 スイッチ(同上) 130円
 DCプラグ(同上) 126円
 圧着端子30個(地元ホームセンターで購入) 315円
 ボルトナット(同上) 630円
 主電源ケーブル(地元100円ショップで購入) 105円
 PPケース(同上) 105円
 配線ケーブル・絶縁チューブ・はんだ・インシロック他
                         約500円
 
 ブラシレスDCファン(ネット通販で購入) 70円
 ファン用スライドスイッチ(地元電子部品販売店で購入)
                         20円
 トグルスイッチ(2回路2接点・中点OFF/ネット通販で購入)
                      4個 400円
 LED4個(地元電子部品販売店で購入)     80円
 LED用抵抗器4個(地元電子部品販売店で購入) 40円 
 ターミナルブロック14個(ネット通販で購入)  280円
 
 制御ソフト(自作)相当時間が掛かったが 0円

 合計 18,911円 (二次出力の配線ケーブルは含まず)


参考になります
RBIOが5枚ほどあるので、私も何か作ってみようと思っています。
用途までは考えていないのですが、クリスマスの電飾でも制御してみようかと。
電飾制御
KOH様、コメント有難うございます。

もみの木に電飾の実がなる季節まではしばらくありそうですが、その程度の容量なら中間にリレーを挟まず、直接でもいけるかもしれませんね。最近はLEDの電飾も多いしなおさらでしょうか。

ちなみにPCに複数のRBIOを繋ぐ場合には、
フリーソフト「RBIO-2U MISSION REFLECTOR」
http://www.vector.co.jp/soft/win95/hardware/se408601.html
なら対象ポートを自由に切り替える制御が出来るのでお勧めです。
電飾
うちの電飾はLEDを1万球ほど使うんです。
これは飾り付けの途中ですが…。
  ↓
http://apis.cocolog-nifty.com/blog/2006/12/post_0193.html

LEDで描いた絵をどうやって動かすか思案中です。
作ってみました
記事を参考にして、リレーボックスではなく、
RBIO-2Uに接続して、100VをON/OFFするコンセントのようなものを作りました。
質問なんですが、バリスタは1S1588ではダメでしょうか。
なお、リレーは、G2R-1-Sという端子がゴツイやつを使いました。
バリスタはノイズ対策です。
バリスタはRBIOの取説に準じたノイズ対策として設置しています。負荷やリレー側からRBIO基板側へ向けてノイズ混入さえなければバリスタである必要はないのかもしれません。

これまでいろいろと実験してみたところでは、接続負荷の種類によってはON/OFF時に生ずるノイズでしばしばRBIOのレスポンスが停止する現象が見られました。誘導負荷に出やすいようです。コンデンサやダイオードをいろいろ繋ぎ変えて低減できるか試して見ましたが、あまり芳しい効果も見られず、結局は制御ソフトに耐性を持たせることで現在に至っています。


ノイズかあ…
回答ありがとうございます。
リレーの逆起電力とかいうのは考えたのですが、
ノイズまでは考えませんでした。
いろいろと試してみます。

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