セーフティリレーとは?選び方とセーフティコントローラとの違い｜判断表つき

※この記事にはプロモーションが含まれています。

セーフティリレー(安全リレー)とセーフティコントローラ、どちらを選べばいいのか?

止めたい場面(安全機能)が1〜2個で止め方が同じならセーフティリレー、3個以上や区域ごとに止め方を変えるならセーフティコントローラを考えます。セーフティリレーは、非常停止ボタンや扉のスイッチの信号を2本の線で受け、2つがそろって「安全」のときだけ出力を入れる、安全専用のリレーです。

この記事では、セーフティリレーを門を見張る門番にたとえて、最後までその話で説明します。選び分けの判断表と、入力点数・遅れて切る時間・接点の電流の計算もあります。

セーフティリレーとは?1つの門を見張る2人1組の門番

ふつうのリレーは、電気で動くスイッチです。コイルに電気が来ると接点がつながり、来なくなると離れます。便利ですが、接点がくっついて離れなくなっても、自分では気づけません。

左の項目ごとの違い。右の列の働きが、そろって入っているのがセーフティリレーです

	ふつうのリレー	セーフティリレー
入力	1本の信号	2本の信号(2チャンネル)を比べる
中のリレー	1つ	2つ(強制ガイドの作り)を直列に
接点がくっついたら	気づかず、切れないまま	次のリセットを受け付けない
線が切れたら	作り方しだい	止まる側に倒れる
動き出し	信号が戻れば戻る	リセットの操作をしてから

ここで「ふつうのリレーを2つ使えば同じでは?」と思った方へ。2つ並べるだけでは、片方がくっついたことに気づく回路まで自分で作る必要があり、その回路の正しさも確かめなければなりません。セーフティリレーは、その見張りまで含めて1つの箱にまとめ、安全の性能を確かめた部品です。

セーフティリレーは、安全の回路の「検出→判断→遮断」の3段のうち、判断を受け持ちます。全体の地図は、安全制御の全体像の記事で説明します(公開しだいリンクします)。

中身のしくみ:2つのリレーと見張りの回路

セーフティリレーの中では、2つのリレー(ここでは K1・K2 と呼びます)が、それぞれ入力1・入力2の信号で動きます。出力の道は K1 の接点と K2 の接点を直列につないだものなので、どちらか片方が切れれば出力は切れます。

K1・K2 には強制ガイドという作りのリレーが使われます。ふだん閉じている接点と、ふだん開いている接点が、機械的につながっていて同時に閉じない作りです。メーカーの資料では、この作りのおかげで、ふだん閉じている接点を見張る回路に入れておけば、開いている側の接点が本当に開いたことを確かめられると説明しています。

次の動く図で、ふだんの止まり方と、接点がくっついたときの動きを比べてみましょう。

見てほしいのは、K1 がくっついてもK2 が切れるので、非常停止では止まること、そしてそのあとのリセットを受け付けないことです。外の電磁接触器がくっついた場合も、接触器の補助の接点から戻す線(見張りの線)で見つけられます。ある取扱説明書では、外のコンタクタのふだん閉じている接点を直列にして見張りの入力につなぎ、待っている状態では閉じていなければならない、と書かれています。

つまり、セーフティリレーの安全は、箱の中の2つのリレーと、外の接触器のくっつきの見張りの両方でできています。接触器を1つだけにしたり、見張りの線をつながなかったりすると、箱の性能を生かせません。

セーフティリレーとセーフティコントローラ、どちらを選ぶ?

門番(セーフティリレー)は、1つの門を見張るのが得意です。門が増えたら門番も増やせますが、ある門が開いたらこの区域だけ止める、別の門なら全部止める、と組み合わせが増えると、門番どうしの連絡(配線)がこみ入ってきます。そうなったら警備室(セーフティコントローラ)の出番です。

上の行から当てはめます。3個という目安は、メーカーの製品の区分(2台分・3台分)から読んだもので、規格の決まりではありません

条件	向いているもの	理由
安全機能が1〜2個で、止め方が同じ(全部止める)	セーフティリレー	配線だけで決まり、設定のパソコンが要らない
止めたい場面が3個以上	セーフティコントローラを検討	メーカーの資料でも、ふつう3台のセーフティリレーを使う機械向けの製品がある
区域ごとに止める範囲を変えたい・運転の方式で働きを切りかえたい	セーフティコントローラ	組み合わせを画面で設定でき、配線が増えない
遅れて切る出力が要る(停止カテゴリ1)	遅延の出力を持つセーフティリレーか、コントローラ	遅延の時間を設定できるものを選ぶ
ライン全体・ロボットや多くの軸とまとめたい	安全 PLC	安全専用のプログラムと通信で、大きな設備をまとめられる
迷ったら	あとで増える見込みがあればセーフティコントローラ	セーフティリレーの台数は、増えるたびに配線もやり直しになる

Banner Engineering の選定ページでは、セーフティリレー2台の代わりになる小さなコントローラ、ふつう3台のセーフティリレーを使う機械向けの安全入力26点のコントローラ、3台以上を使う複雑な用途向けで安全入力を最大154点まで増やせるコントローラ、と並べて紹介しています。セーフティリレーの台数が、選び分けのものさしになっているのがわかります。

選ぶ前に決めておく5つの条件

門番を雇う前に、「どんな門か」「異常のときにどう閉めるか」「交代の合図はだれが出すか」を決めておくのと同じです。

上から順に決めます。ある取扱説明書では、つまみで入力の組み合わせ・リセットの方式・線どうしの短絡の見張りを選べるようになっていて、1台で何通りにも使えます

決めること	選ぶもの	カタログ・取扱説明書で見る欄
1 入力の機器	非常停止・扉のスイッチ(機械式)・磁気式・ライトカーテン(半導体の出力)・両手操作	「使える入力機器」「入力の組み合わせ(NC/NC・NC/NO)」「半導体出力の機器の接続」
2 止め方	すぐ切る(停止カテゴリ0)か、減速して止めてから切る(停止カテゴリ1)か	「即時接点」「遅延接点」「遅延時間の範囲」
3 リセットの方式	ボタンを押して離したときに受け付ける(手動)か、自動か	「起動条件」「リセットの監視(立ち下がり検出)」
4 出力の数と電流	切る接触器の数・そのコイルの電流・PLC に知らせる信号	「安全接点の数」「使用カテゴリー DC-13 の電流」「最小の開閉電流」「補助出力」
5 電源	DC24V か AC か	「定格動作電圧」「消費電力」

ここで間違えやすいのが、ライトカーテンのような半導体の出力を持つ機器です。機械式のスイッチと違い、自分で出力の検査の信号を出すものがあり、セーフティリレーの入力がそれに対応しているかを確かめます。取扱説明書の「使える入力機器」の欄に、ライトカーテンの規格(IEC 61496 など)が書かれているかを見ます。

止め方(停止カテゴリ)とリセットの考え方は、どれも規格に元があります。規格の解説では、インターロック付きの扉などを閉めてリセットしただけで危ない動きが始まってはならない、とされています。

セーフティリレーの選び方:5つの順番

門番で言えば、「門をいくつ見張るか」を決めてから、「門番を何組雇うか、警備室にするか」を決め、最後に「合図の決まり」を確かめる順番です。

5番目が大事な理由は、セーフティリレーの安全の性能が、取扱説明書どおりにつないだときに初めて出るからです。ある取扱説明書には、説明書どおりに正しく行われている場合に限り安全機能が保たれる、と書かれています。

また、カタログの「カテゴリー4・PL e」は、その部品が使える上限です。機械の安全機能全体の性能は、つなぐ検出の部品・接触器・配線を合わせて評価します。

計算してみよう①:安全の入力は何点要る?

セーフティコントローラを選ぶときは、安全の入力の点数が足りるかを数えます。数えずに選ぶと、あとで扉を1枚足したときに入力が足りず、機種ごと替えることになります。

式の出どころ:2チャンネルの機器は、2本の信号をそれぞれ別の入力で受けて比べます。だから1台で2点です。そこに、リセットのボタン(1点)と、電磁接触器のくっつきの見張りの線(接触器の組ごとに1点など、機種で違う)を足します。

安全入力の点数 = 2チャンネルの機器の数 × 2 + リセット + 見張りの線

• 2チャンネルの機器:非常停止ボタン・扉のスイッチ・ライトカーテンなど。1台ずつ別に入れると、どれが押されたかが画面でわかる
• リセット:手動リセットのボタン。区域ごとにリセットを分けるなら区域の数だけ
• 見張りの線:接触器の補助接点から戻す線。止める区域の数だけ要ることが多い(つなぎ方は機種で違う)

同じ機械をセーフティリレーで組むと、非常停止・扉A・扉B・ライトカーテンで、少なくとも4つの安全機能があります。区域ごとに止め方が違えば、セーフティリレーは4台前後になり、それぞれの出力を組み合わせる配線も要ります。④の表の「3個以上」に当たるので、この例ではコントローラが候補になります。

ここで間違えやすいのですが、非常停止ボタンを3つ直列にして1つの入力にまとめることもできます。点数は減りますが、どのボタンが押されたかが入力からはわからなくなり、2つ以上のボタンの故障が重なると見つけにくくなることがあります。まとめてよいかは、取扱説明書と、安全機能全体の評価で決めます。

計算してみよう②:遅れて切る時間(停止カテゴリ1)

インバータやサーボで動く機械を、非常停止で「減速して止めてから電気を切る」(停止カテゴリ1)ようにするには、セーフティリレーの遅れて切る出力を使います。すぐ切る出力でインバータに「止まれ」を伝え、遅れて切る出力で、止まったころに動力を切ります。何秒遅らせるかを決めないと、遅延の設定ができません。

パナソニックの資料(受注終了品)では、すぐ切る接点(停止カテゴリ0)が3つ、遅れて切る接点(停止カテゴリ1)が2つあり、遅れの時間は 0.1〜30 秒の範囲で設定できる、と書かれています。

式の出どころ:遅れて切る出力は、機械が止まりきったあとに切れてほしいので、止まるまでの時間より長くします。止まるまでの時間は、インバータに設定した減速時間(最高の速さから0まで落とす時間)が目安です。重さや回生の具合で少しのびることがあるので、余裕を足します。

遅れて切る時間[s] = 減速して止まるまでの時間[s] + 余裕[s]

答えの意味を言葉にすると、遅れて切る時間は、インバータの減速時間とセットの値だということです。片方だけ変えると、狙った止まり方になりません。回生で減速中にトリップすると、インバータの出力が止まって惰性で回ることがあり、その場合も遅延の時間が過ぎれば動力は切れます。

あわせて読みたい

インバータの回生をやさしく図解｜過電圧トリップと3つの対策

減速して止めるとき、なぜトリップすることがあるのかがわかる

計算してみよう③:出力の接点に流す電流

セーフティリレーの安全接点には、流してよい電流の上限と下限があります。電磁接触器のコイルのように大きめの電流は上限を、PLC の入力のような小さな電流は下限を確かめます。

ある取扱説明書では、安全接点の値が「最大 250 V・6 A、最小 10 VDC・10 mA」で、コイルのように切るときに逆向きの電圧が出る直流の負荷の使い方(使用カテゴリー DC-13)では 24 V・4 A と書かれています。

式の出どころ:流れる電流と定格を比べるだけです。PLC の入力のほうは、入力を1本の抵抗と見なして、オームの法則(電流 = 電圧 ÷ 抵抗)で電流を出します。

最小の電流 ≦ 流れる電流 ≦ DC-13 の定格電流 、 PLC の入力の電流 = 24 V ÷ 入力の抵抗

答えの意味を言葉にすると、安全接点は大きめの負荷を確実に切るための接点で、PLC の入力のような小さな電流は苦手なことがある、ということです。この取扱説明書の機種には、PLC に状態を知らせるための補助接点や、半導体の信号出力が別に用意されています。

あわせて読みたい

押しボタンスイッチ・表示灯の選び方と色の決まり｜a接点・b接点も図解

PLC の入力に流れる電流 5.58 mA の求め方と、接点の最小適用負荷がわかる

メーカー・機種で違う点を、公開資料で比べる

門番にも、「1つの門専用」「閉門を待てる」「警備室にまとめられる」といった違いがあります。確かめられた公開資料から、違いの出る欄を並べます。

左の資料ごとの違い。どの機種も、正式な値と配線は最新の取扱説明書で確かめます

資料	何ができるか	設定のしかた	見どころ
Schmersal SRB-E-301ST(取扱説明書)	2チャンネル入力・安全接点3つ・補助接点1つ	ロータリーノブでリセットの方式・短絡の見張り・入力の組み合わせを選ぶ	非常停止時の応答 10 ms 未満、安全接点 DC-13 24 V/4 A
パナソニック SRB324ST(受注終了品)	すぐ切る接点3つ+遅れて切る接点2つ	ディップスイッチで遅れの時間 0.1〜30 s	停止カテゴリ1を1台で
Banner SC10(選定ページ)	セーフティリレー2台の代わり	画面で入力と論理を設定	リレーとコントローラの中間
Banner SC26(選定ページ)	安全入力26点	画面で設定	ふつう3台のセーフティリレーを使う機械向け
Banner XS26(選定ページ)	安全入力を最大154点まで増やせる	画面で設定・増設	3台以上を使う複雑な機械向け

メーカーで違う

リセットの受け付け方(ボタンを押して離したときに受け付けるか)、短絡の見張りの有無、ライトカーテンをつなげるか、は機種や設定で違います。お使いの機種の取扱説明書の「端子の説明」「動作原理と設定」の章で確かめてください。

ここで出したメーカー名は、公開資料で中身を確かめられたものだけです。国内外のほかのメーカーにも、同じ考え方のセーフティリレー・セーフティコントローラがあります。

選んだあとに:配線の確かめと、リセットできないとき

門番を雇ったら、本当に門を閉めるか、居眠りに気づくかを、一度試します。セーフティリレーも、つないだあとにわざと止めてみる確かめが要ります。

取扱説明書には、立ち上げのときの機能テストの手順が書かれています。非常停止を押す・扉を開ける、で出力が切れるか、片方の入力だけを切ったときにリセットできないか、を順に確かめます。

上の行から順に確かめます。左の列が今の症状に近い行を探してください。

症状・いつ出るか	まず疑う原因	確かめる場所・測るもの	直し方
リセットしても出力が入らない(どの入力も戻したのに)	見張りの線が開いている(接触器のくっつき・補助接点の配線外れ)	接触器の補助接点の状態と、戻す線の端子	接触器のくっつきなら接触器を交換。配線を図面どおりに
リセットしても入らない(ランプが片方の入力だけ点く)	2本の入力の片方が来ていない(スイッチの片方の接点・断線)	入力1・入力2のランプ、スイッチの2つの接点	スイッチか線を直す。片方だけの故障は放置しない
リセットのボタンを押しても反応しない	ボタンを押して離したときに受け付ける方式なのに押しっぱなし・ボタンの接点	リセットの方式の設定と、ボタンの配線	設定と操作のしかたを取扱説明書で確かめる
ときどき勝手に出力が切れる	2本の入力の切りかわりのずれ・線どうしの短絡の見張りが働いた	エラーのランプの点滅のしかた(取扱説明書の表)	スイッチの取り付けのがたつき・配線の傷を直す

多くのセーフティリレーは、エラーの種類をランプの点滅で知らせます。点滅の回数や速さの意味は機種ごとの表にあるので、交換する前に取扱説明書の表と照らし合わせます。

扉を開けたら止めるしくみ(インターロック)を、無効にすることの危険と法令の決まりは、同じ筆者が運営する職場の安全衛生のブログ anzen-zukan.jp のインターロックとは(機械安全のしくみ)で解説しています。

あわせて読みたい

スイッチング電源(DC24V)の選び方をやさしく図解｜容量の計算と配線

セーフティリレーを動かす DC24V の電源の選び方がわかる

よくある質問

まとめ:セーフティリレーは、2人1組の門番

判断の部品が決まったら、安全の回路全体の地図と、それを入れる制御盤、動かす電源へ進みましょう。