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電磁比例弁用デジタルコントロールアンプ内蔵DINコネクタ「EDX-10」"EDX-10" DIN Connector with Built-in Digital Control Amplifier
for Electro-hydraulic Proportional Valve
キーワード

電磁比例弁・電磁比例弁用アンプ・デジタル制御
産業用ネットワーク・Modbus/RTU・小型化・工作機械

油圧事業部／油圧建機技術部

海老原 康晶 Yasuaki Ebihara

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Components
電磁比例弁用デジタルコントロールアンプ内蔵DINコネクタ「EDX-10」

要 旨

1. はじめにものづくりの現 場では、生産性向上や効率化を

NACHIでは、油圧ソレノイドバルブの販売開始後、目的に、設備のデジタル化や省スペース化のニーズが電磁比例弁とそれを制御するためのアンプをあわせて強まり、油 圧機 器においても、対応 機 器の要求が開発・販売し、ユーザーの多様なニーズに対応してきた。

高まっている。

近年ではデジタルネットワーク技術の急速な進歩にデジタル化に対応した油圧機器としては、2019年

より、様々な産業分野・産業機器においてデジタル化、より油圧電磁比例弁用のデジタルコントロールアンプ小型化、省スペース化が求められている。

ERDを市場に投入している。

油圧電磁比例弁用の駆動アンプについては、2019年

今回、開発したデジタルコントロールアンプ内蔵のにERD-10を発売、2021年には産 業用ネットワーク

DINコネクタ「EDX-10」は、電磁比例弁に直接搭載するEtherNet/IPTMに対応したERD-20を発売し、デジタルことができ、省スペース化のニーズに対応することで、化のニーズに対応している1）。

※1

ユーザーの生産性向上に貢献する。本稿では、その本稿では、小型化・省スペース化に対応し、デジタル特長を紹介する。

コントロールアンプ ERD -20と同等の機 能を持 つ、電磁比例弁に直接搭載可能なデジタルコントロールアンプ内蔵のDI Nコネクタ「EDX-10」を紹介する。
（図1、図2）

Abstract
At the manufacturing site, the needs for
digital-control equipment and saving of space haveincreased for the purpose of productivity improvement
and efficiency. In the hydraulic equipment sector,
hydraulic equipment applicable to digital-control
equipment is increasingly demanded.
In 2019, NACHI introduced in the market
Digital Control Amplifier ERD for an electro-hydraulicproportional valve, responding to the digitalized
equipment.
“EDX-10”, a newly developed DIN Connector
with Built-in Digital Control Amplifier can be directly
installed to the electro-hydraulic proportional valve
and contributes to improvement of users’productivity
by responding to the need of space saving. In thisarticle, the features of“EDX-10”are introduced.

図1

デジタルコントロールアンプ内蔵DINコネクタ「EDX-10」

図2

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 40 B4

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電磁比例弁への搭載例

2. 従来の電磁比例弁用アンプ
油圧機器は、作動油の圧力、流量、方向を制御して従来の電磁比例弁用アンプとしては、指令電圧に機械に所定動作をさせるものである。例えば、プレス対して、可変抵抗器（調整用ボリューム）を調整し、機械や工作機械などは、油圧機器が用いられる代表所望の圧力や流量を得るアナログアンプが用いられて的な機 械である。これらの機 械では、工作 物毎のきたが、手動調整のため設定値のばらつきが発生して設定圧力の変更や、プレス作業中に押し付け力を変化いた。それを解決するため、デジタル化により数値をさせる必要がある。

パラメータとして設定できるデジタルアンプを開発した。

油圧力を変更するための油圧機器としては、電磁しかし、これまでの電磁比例弁用アンプには表1の比例弁とそれを駆動するためのアンプはよく知られて課題が指摘されていた。それらの課題に対し、デジタルいる。この電磁比例弁用アンプは、入力された指令コントロールアンプ内蔵DINコネクタ「EDX-10」では、電圧に対し電磁比例弁へ流すソレノイド電流を比例次の対策で応えている。

的に変化させ、油圧力や流量を制御する。

表1番号

電磁比例弁用アンプの課題と対策

課題／対策

内容

課題

・アンプ筐体サイズの設置スペースを必要とする。
・配線が多い。

対策・アンプ機能をDINコネクタに内蔵。
・電磁比例弁への直接搭載による省配線化。

課題

調整用ボリュームによる手動調整であり、設定がばらつく。

対策

デジタル化により調整値をデジタル値として扱うことで、設定のばらつきをなくす。

課題

電流は一定に制御できるが、油温や流量により電磁比例弁の制御圧力は変化する。

対策

センサフィードバック機能を搭載することで、発生する圧力や流量をセンシングし、指令値にあわせる。

課題

・圧力指令などはアナログ電圧で指令するため、ノイズなどで誤差が生じる。
・機械動作時の油圧力などの情報を取得することができない。

①②③④
対策

※2Modbus/RTUによるデジタル通信への対応により高速通信と耐ノイズ性を向上させる。

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電磁比例弁用デジタルコントロールアンプ内蔵DINコネクタ「EDX-10」

3.「 EDX-10」の機能
今回開発したデジタルコントロールアンプ内蔵DIN

さらに、低発熱のパワー ICなどの採用により、デジタルコネクタ「EDX-10」は、デジタルコントロールアンプ

コントロールアンプERD-20と比べ 消 費 電力が5%

ERD-20の機能をベースとして、省配線化・小型化・改善されており、省エネルギー対応の一助となる。
なお、従来のデジタルコントロールアンプERDは、省スペース化に重 点を置いて開発している。次に筐体で2台の電磁比例弁を駆動することができたが、「EDX-10」の特長を示す。

今回のデジタルコントロールアンプ「EDX-10」は、その1）省配線化・小型化・省スペース化

構造上、1台の電磁比例弁の制御のみ可能となっていることを注意しておく。

これまで工作 機 械や成 形 機などの配 線 構 成においては、電磁比例弁用アンプの設置スペース、および、2）パラメータのデジタル管理

PLCなどの上位コントローラと電磁比例弁用アンプの配線、電磁比例弁用アンプと電磁比例弁の配線が本機器は、マイコンを搭載したデジタルコントロール必要となっていた。

アンプである。アナログアンプでの調整用ボリュームを本機器では、デジタルコントロールアンプ機能をDIN不要とし、デジタルコントロールアンプERD-20と同様に、コネクタに内蔵しているため、電磁 比 例 弁に直 接調整値をデジタル値のパラメータとして設定することが搭載でき、電磁比例弁用アンプの設置スペースが不要できる。となる。また、配線は上位コントローラと本機器のみ

この対策により表1での「②手動調整により設定がとなり、省配線化をはかれるようになっている。

ばらついてしまうこと」を解決し、ばらつきのない設定

これらの対策により表1で示した「①筐体サイズがパラメータとして入力することが可能となっている。

大きい、接続時の配線が多い」という課題を解決し、ただし、筐体の小型化、省スペース化を実現する

ユーザーの制御盤のレイアウトに影響を与えず、省スペースため、従 来 の 電 磁 比 例 弁用アンプにあった調 整な設計が可能となっている。
（図3、図4）

ボリュームや設定ボタンを搭載していない。そのため、パラメータの設定は、専用のWindowsアプリで実施する。

工作機管理
PLC
ソレ
ノイド
電流

（図5、図6）本 機 器とPCをUSB Type-Cケーブルで 接 続し、Windowsアプリを使用して、パラメータの書き込みや電流／圧力指令設定されているパラメータを読み出すことができる。

工作機

その上、読み出した設定パラメータをPCへ保存し、保存された設 定パラメータを別の同種 機 械へ一括

●別置アンプの設置スペースを工作機周辺に確保する必要あり●ソレノイド電流を流す配線が必要

図3

展開することも可能であり、同種機械への水平展開が電磁比例弁用アンプでの配線構成例

素早く簡単に実施できる。
（図7）

工作機管理
PLC

また、本 機 器はUSB給 電に対 応しているため、DC24V電源を準備しなくても、PCと本 機器をUSB

電流／指 圧力令

接 続するだけで、パラメータの設 定が実 施可能となっている。
工作機〇アンプ筐体の設置スペース不要〇ソレノイド電流の配線レスで配線引き回しが不要

図4 「EDX-10」での配線構成例

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 40 B4263）センサフィードバック機能
本 機器は、デジタルコントロールアンプERD-20と同様に、センサフィードバック機能を搭載している。電磁比例弁の制御結果である圧力もしくは流量センサ値を直接取得することができる。
例えば、指令された圧力にあわせて、圧力センサから読み込んだ信号をもとに、電磁 比例弁に印加する電流を自動的に調整し、圧力の変化を抑制することができるようになっている。この機能により、表1で示した「③油温や流量により電磁比例弁の制御圧力が変化
図5してしまう」という課題を解決している。

PCアプリとの接続例

また、本機器のみでセンサフィードバック制御が可能であるため、ユーザーは上位コントローラでフィードバック回路やプログラムを構築する工数を削減することができる。
図8にセンサフィードバック機 能が有 効・無 効な場 合の圧力変化を示す。今回は、上位コントローラからの指令 値が4.0MPaのときの流 量-圧力特 性を測定した。本機能のセンサフィードバック制御が流量増加による圧力低下を抑制し、高い圧力精度を実現していることが確認できる。

図6

PCアプリによるパラメータ設定画面の例

5

フィードバック制御あり同一パラメータを展開可能

未設定

圧力（MPa）

4

パラメータ読出し

未設定

フィードバック制御なし

321

設定済み

00

510

1520

流量（L/min）

図7

同一パラメータの水平展開例

図827

センサフィードバック制御での圧力変化

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電磁比例弁用デジタルコントロールアンプ内蔵DINコネクタ「EDX-10」

この機能を搭載することにより、ユーザーのPLCなどの上位コントローラから圧力を指令するだけで、油圧力指令
エラーリセット指令など

加 工条 件や油 温 上昇などの外的要因が発 生する場合においても、高精度の圧力を得ることができる。
そのためベテラン作業者の経験則や外的要因によるRS485（2線式）

設定値の変更作業などが不要となり、設備の自動化に貢献できる。

工程管理PLC

また、圧力指令や圧力センサの入力は、電圧信号

図9（0-5V、1-5V）に比べ、ノイズの影響の少ない電流信号

実際の油圧力指令
実際のソレノイド電流エラー情報など「EDX-10」

Modbus/RTUを利用した信号の送受信（4-20mA）にも対応しており、耐ノイズ性が向上している。
その上、Modbus/RTUに対応したPLCのラダー図を4）Modbus/RTUによるデジタル通信への対応記述することで、動作状態のモニタやパラメータ設定を変更することが可能なため、工場のFA化に貢献することができる。
（図10）

デジタルコントロールアンプERD-20では産業用ネット
ワークEtherNet/IP によるデジタル通信に対応してTMいる。
本機器では、筐体の小型化により、デジタルコント
ロールアンプERD-20に搭載されているLANポートを搭載していない。そこで、シンプルで使いやすく、多くの機器で使用されている産業用ネットワーク対応フィールドバスであるModbus/RTUによるデジタル通信に対応した。この対策により表1の「④指令時のノイズによる誤差と油圧力などの情報が取得できないこと」を解決している。

図10 PLCラダー図の記述例（キーエンス社ラダープログラム編集ソフト
KV STUDIOを使用2））

このデジタル通信によって、従来はアンプの制御や状態の把 握のために個別に結線していたものがRS485（2線式）通信線で送受信が可能となり、図9に示すような入出力信号を全て配線2本だけで行なうことができるようになった。圧力や流量をデジタル値で指令可能となり、アナログ信号のノイズの影響を受けなくなる。また、電磁比例弁に流れている実際のソレノイド電流値、実際の圧力信号、異常発生時の状態などの油圧機器の様々な状態をモニタ可能となる。
このように様々な情報を伝達することができ、上位コントローラとシームレスな通信が可能なため、油圧機器のIoT化が実現可能となっている。

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 40 B4285）仕様
「EDX-10」の形式を図11、図12に外形寸法図、表2に仕様一覧を示す。
E DX−CA2D1− D2 −10
電源符号：DC24V電源

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デザインナンバー
MADE IN JAPANC ：コネクタ型
A2：アナログ入力端子 2入力
D1：デジタル入力端子 1入力

MODEL
MFG.No.

EDX-CA2D1-D2-10□34

デジタルコントロールアンプ内蔵
DINコネクタ

□18

形式
34

図1173.5

図12

表2

仕様一覧

項目仕様

電源電圧／消費電流

DC24V（22～30V）／最大1.5A

使用周囲温度／湿度
指令入力方法

入力信号

出力信号

外形寸法図

0～55℃／90%RH以下
アナログ入力アナログ入力で最大1台の比例弁を駆動できます

接点入力

接点入力で動作電流を指令できます

Modbus/RTU

Modbus/RTUにてデジタル通信で指令できます

アナログ入力端子

DC0～10V/DC0～5V/DC1～5V/4～20mA：1ch（シンク入力）
入力抵抗249Ω（入力電流4～20mA時）

センサー入力端子

DC0～5V/DC1～5V/4～20mA：1ch（シンク入力）
入力抵抗249Ω（入力電流4～20mA時）

デジタル入力接点入力（Modbus/RTUとの共用不可）：1ch（シンク入力）

ソレノイド出力0～1,000mA：1ch

接点出力

シンク出力（Modbus/RTUとの共用不可）：1ch

表示および、操作方法

PCソフトによる表示および、操作

USB端子

USB Type C

対応比例弁

圧力制御弁、流量制御弁

海外安全規格対応

CEマーキング（自己宣言）、UKCA（自己宣言）

取付規格

DIN EN 175301-803-A、ISO 4400

防塵防水性

IP65
（ケーブル径や取付トルクなど、規定値内で使用し、NACHI電磁比例弁に付属のコネクタパッキンを使用した場合）

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電磁比例弁用デジタルコントロールアンプ内蔵DINコネクタ「EDX-10」

4. おわりに工作機械、成形機など油圧を利用している多くの機械分野での小型化や自動化のために、今後ますます油圧機器のデジタル化がすすんでいくと考えられる。
今回紹介したデジタルコントロールアンプ内蔵DINコネ
クタは、そういった工作機械などの小型・省スペースな設計を推進していく上で重要なアイテムとなると考えている。
今後は、増加すると予想されるカーボンニュートラルの要望に対応し、よりよい油圧機器とその周辺装置を低コストで提供し、社会に貢献していきたい。

用語解説※1 EtherNet/IPTM
ODVAの登録商標または商標。

※2 Modbus
Modicon Inc.
（Schneider Automation International）の登録商標
または商標。

参考文献
１）前原 貴裕：産業用ネットワークEtherNet/IP TM 対応電磁比例弁用
デジタルコントロールアンプ「ERD-20」、
NACHI TECHNICAL REPORT Vol.39
２）キーエンス社：ラダープログラム編集ソフトKV STUDIO Ver.11
ユーザーズマニュアル

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 40 B430