05 ｜電気設計

1.電気設計電気は目に見えないものである。
しかし、非常に危険なものでもある。感電による死亡事故や漏電による火災が発生する可能性もある。
電気設計をする際にはまず危険な部分をいかに排除するかを検討する必要がある。
また、操作スイッチや表示灯など常に機械を操作する人の利便性、また保守作業、定期的な調整の際の作業性を考慮した設計にする必要がある。また様々な規則や規格を遵守する必要もあり、それらの知識が求められる。

電気設計で行うことがないよう電線の太さを決定する。
3.電線の線番号の決定

電線の色、径、使用機器、電線番号なといわれる記号を記述する。実際の電線にど詳細な仕様の確認決定を行う必要が気回路のことをいう。などの仕様を機械設計者、エンドユーザ場合にも“動力系”ということもある。
3.制御系配線図の設計ボックスなどを指す。

中に入れる機器のレイアウトやスイッチ、ランプの位置を示す。

操作性、運用面含めエンドユーザと入念な打ち合わせが必要である。
5.コネクタやピンアサインケーブルなどをコネクタで接続する場合のコネクタの各ピンがどの信号であるか、またコネクタの形状などが書かれた図面。

そこで細かな部分まで仕様を決め、それに沿った配線、機器選定、作業を行う必要がある。下記はその一例となる。この仕様は導入企業が明確に決めている場合もある。
1.電線の色電圧の系統で電線の色を分ける場合が多い。一例であるが、AC200V：黄色、AC100V：赤色、DC：青色というように分けることで危険度が一目で分かるようにする。

48

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

ター」、交流から直流に変換するための「スイッチングパワーサプライ」などを選定し記載する。

様に合わせ決定する。エンドユーザの仕制御系配線図定し承認を得る。

制御系配線図はスイッチやセンサなどの信号をPLC（プログラマブル・ロジック・動力系配線図コントローラ）やリレー回路に配線し、ランプ、リレーやマグネットコンタクタなどで動力系配線図は高圧の電気を扱うた装置を動作させるための径路を図面にしめ、まず電気の流れを切る機器の配線たものである。サーボモータのコントローを考える。これは異常な電気の流れを検ラやロボットのコントローラとの信号の接知し、その回路を切断し安全を確保する

続や、ネットワークの接続なども含まれる。
入力信号ためである。

機器としては「漏電ブレーカ」、「配線機械に取り付けられたセンサやスイッ用 遮 断 器（ノー ヒューズブレ ーカ）」、

チなどコントロール機器に情報を与える「サーキットプロテクタ」などがある。

信号。
出力信号

漏電ブレーカの図記号

PLCやロボットなどのコントローラが主電源

電気仕様の確認
電気は目に見えないため危険である。

これらの他に電圧を下げる「トランス」

やノイズ の 侵 入を防ぐ「ノイズフィル

ブレーカやPLC、スイッチやランプな様がない場合、装置に適切な機器を選入力信号などからの情報を元に演算し、ELB1
30AF 15A 2P30mA
L1

M123A 2P SDと決定する。
5.各機器の決定

ンサやランプ、マグネットスイッチなど

盤とは制御盤、操作盤、分電盤、中継ターンテーブル電源（09E2）
L12CP8 L11MC-Y2F

制御盤、操作盤の位置、大きさ、防水

どの使用する機器をエンドユーザの仕の機械を制御するための配線図である。
4.盤設計

マグネットコンタクタ図記号

M11リレー回路やPLC（プログラマブル・ロジック・コントローラ）の配線など、セイッチ）」などがある。

は一般的にマークチューブにその線番を印字し、端子の圧着部分に取り付ける。
4.盤の決定直流でも高圧であったり電流が多い機器としては「電磁接触器（マグネットコンタクタ）」、「電磁開閉器（マグネットス

図面中の配線を行う電線には必ず“線番”ある。
2.動力系配線図の設計

主に200Vや100Vの交流を使用した電突入電流を考慮した選定が必要となる。

流れる電流を計算し、発熱による損傷電気設計の担当者が行う作業としては下記のような作業がある。
1.電気仕様の確認流という大量の電気が一瞬流れる。この

2.電線の太さコンベアを動 作させ たり、他 のコント

N1

ローラにー指示を出したりする信号。

制御機器の指令によってモータなどのコンピュータ機器をオン／オフするための機器を選判断
演算

定記述する。このとき、機器に流れる電流を考慮し、接点の容量を決める必要がセンサ

情報ある。また、電気が流れた瞬間は突入電入力
出力
インター インターフェイス フェイス

アクチュエータ制御
対象

P24ドアスイッチ 7ドアスイッチ 6ドアスイッチ 5ドアスイッチ 4ドアスイッチ 3ドアスイッチ 2ドアスイッチ 1DSW7 DS1F DSW6 DS1E DSW5 DS1D DSW4 DS1C DSW3 DS1B DSW2 DS1A DSW1
42115251

DS2F

42115251

ドアスイッチの二重化回路

DS2E

421152 51 22 21

DS2D421152 51 22 21

DS2C421152 51 22 21

DS2B421152 51 22 21

DS2A

421152 51 22 21

入力コネクタDS1G
DS2GTO
XO
T1
X1

安全回路の安全プラグなどの回路。安全回路には安全リレー（セーフティーリレー）や安全PLCが使用される。安全リレーや安全PLC

は、異常が発生した場合にそれを検出する機能を有している。また、スイッチやセスイッチの接点を２つ使用し、この２つが違う動作をした際に異常とする機能や、同じ意味の出力信号を２つ出し、この２つが同じ動作でない場合には動かないよ

コネクタを使用する場合にコネクタのピンの番号とそれに取り付ける信号の内容を記載する必要がある。

1スピードコントローラ
SMC-1

23456SW121ON

CN1

VR1

1 ＋24V
2OV
3 COM
4 FWD
5 REV
6 INT/EXT
7 ALARM-RESET
8VH
9VM
10VL
11 SPEED-OUT
12 ALARM-OUT

P24A
N24
N24
Y034 正転Y035 逆転
Y036 外部速度設定切替え
Y037 アラームセット

064AD2DA

V＋5V-5盤設計
置、ケーブルを通すダクトの位置などを

02

シンク出力（日本で多い接続：図3）

出力ユニットのコモンが外部電源の「－」極と接続されている。そして「+」極

CH5
●
● V＋
COMと出力端子の間にランプやリレーなどの負荷を配線する。

X01E アラーム

電流が出力ユニットの負荷側から入り、コモンの端子台の方向に流れる。

シンク接続とソース接続

出力ユニット

PLC や ロ ボットコントローラの 入 力（IN）と出力（OUT）は一般に直流電源を使用する。直流電源はプラス極（＋）とマ04

イナス極（－）で構成され＋極から－極－に電流が流れる。

図3

この＋極と－極の接続方法の違いで+24V設計する。

「シンク（Sink）」と「ソース（Source）」のソース出力（海外で多い接続：図4）のファンや通気口の位置、機器間の隙

この「ソース」と「シンク」の接続が逆にな「＋」極と接続されている。そして「－」極制御盤では発熱した熱を逃がすため操作性を考慮し設計する。

接続方法がある。日本国内と海外では、るケースが多いので注意が必要である。
ソース入力（日本で多い接続：図1）

入力ユニットのコモンが外部電源の「＋」極と接続されている。そして「－」極

出力ユニットのコモンが外部電源の05と出力端子の間にランプやリレーなどの電気設計間、ノイズの影響、漏電ブレーカなどの

03

機械設計

制御盤、操作盤のスイッチ、ランプ位

24V

安全／品質対応ベルがあり、「ISO13849-1」の要求事項および指定構造で規定されている。

内部コモン+ －

図2

ピン番号と信号の割付SC1（コンベア）

うな回路を組む。これらは「安全カテゴリ」
として“B”、“1”、“2”、“3”、“4”と５ 段階のレ

01

生産技術

ンサの動作不良を検出するために一つの入力ユニット

外部スイッチコネクタやピンアサイン

組織体制

非常停止スイッチを押した際や安全柵負荷を配線する。電流がコモンの端子台から入り、負荷の方向に流れる。
出力ユニットと入力端子の間にスイッチやセンサを配線する。電流が入力ユニットのコモンの06
ロボット制御端子台から入り、スイッチやセンサの方盤内配置図向に流れる。

内部コモン
入力ユニット

外部スイッチ

操作盤では画面、ランプの見えやすさ、

図4スイッチの操作性を考慮する必要がある。

図1－ +

内部コモン

CTB01

N24

FA-TB32XY（X010～01F）

24V

シンク入力（海外で多い接続：図2）

TB2
7

入力ユニットのコモンが外部電源の

10PHS-011

11PHS-012

12PHS-013

13PHS-014

14PHS-015

15PHS-016

16

TS-X17

8

17
18

1A

（03E3）（04E3）

1B
1C
1D
1E
1F

0V

N24

P24

X010

コンベア
搬入側ワーク確認

X011

コンベア
搬出側ワーク確認

X012

コンベア
払出し部ワーク確認
ワーク押出ユニット

X013

ストッパシリンダ後退端（原）ワーク押出ユニット

X014

ストッパシリンダ前進端

ワーク押出ユニット

X015

押出シリンダ後退端（原）ワーク押出ユニット
押出シリンダ前進端

X016
X017

ACサーボ制御ボックス
操作権取得スイッチ

X018

モード選択スイッチ

ACサーボ制御ボックス
ACサーボ制御ボックス

X019

X 軸、Y 軸選択スイッチ
ACサーボ制御ボックス
正転指令スイッチ

X01A

ACサーボ制御ボックス

X01B

逆転指令スイッチ
3 軸直交ロボット
X 軸アラーム

X01C

入力ユニットの中で全てに繋がっている08
システム制御10

PB-X01A
11（06B6）線する。電流がスイッチやセンサから入ACサーボ制御ボックス

CS-X19X Y 10PB-X1B
12と入力端子の間にスイッチやセンサを配3 軸直交ロボットY 軸アラーム

X01D

コンベア

X01E

アラーム

X01F
24V

P24

09

インターロックとフェールセーフ

電気配線

危険を回避する考え方で、「インターロック」は条件がそろっていないと動作させない考え方である。車ではブレーキを踏んでいないとエンジンがかからないような制御がこれにあたる。機械の扉が開いていると自動運転ができないようにする。
「フェールセーフ」は間違った操作をした際や障害が発生した際も安全を確保する機能である。安全リレーを使用し、接点が溶着しても運転しないような回路を組み、危険を回避することなどをいう。

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

10
機械組立

日本では商用電源（電力会社が一般に販売している電源）の電圧は基本的に一般家庭向けが100V（ボルト）、工業 用 が 200Vとなってる。商 用 電 源 は 交 流 電 源であり“AC”で 表 現され、「AC100V」、「AC200V」と記 載 する。AC200Vで は 電 灯 に使 用される「単 相AC200V」とモータ の 電 源 に 多く使 用 さ れる「 三 相200V 」 が ある。 海 外 で は「AC110V 」 ～「AC120V 」、「AC220V」～「AC240V」が一般的で、日本は世界的に見て電圧は低く設定されている。
また、工場の設備でよく使用される制御用電源は「DC24V」である。センサやリレーなどほとんどの産業用機器の直流電源は「DC24V」で使用されている。工場で使用されるアナログ電圧用電源は「0V〜10V」が多く使用されている。また、位置決め用のパルス信号やパソコンのボード関係では「DC5V」が一般的である。
装置内では「三相AC200V」をトランスで「AC100V」に降圧して使用したり、“スイッチングパワーサプライ”という機器を使用し、「DC24V」や「DC5」に変換して使用する。

PHS-010

CS-X18
テバ JOG 9「－」極と接続されている。そして「＋」極り、コモンの端子台の方向に流れる。

07

コモン線とは複数の信号の伝達にあたり、配線を簡素化するために電流の流れる方向を共通化する考え方。

画像処理

とっさに操作できるよう会社や工場の規電源について－24V※コモン線（共通線）とは

特に非常停止スイッチの高さは人の手で定で細かく決められている場合がある。

+49

05 ｜電気設計

2.制御盤の設計
さまざまな装置が動作する為には、その中に使用されている機器を制御する必要がある。その制御を行うための部品やコントローラを集めた物が制御盤である。装置が正しく動作するためには、正しく設計された制御盤が必要である。システム構築後に思わぬ不具合を招かぬよう、ノイズや熱、湿気などに十分注意する必要がある。

これらは代表的な機器であり、また文制御盤とは制御盤とは一般に装置を制御するためのコントローラや電気をオン／オフさせるリレーなどを取り付けた板、または箱のことをいう。

制御盤の中には装置を動作させるための電気機器が入っており、それらが配線されている。

精密な電機機器が入っているため、粉塵や水、熱を嫌い、それらの対策を行った設計が必要である。

字記号も各事業所によって異なる。

制御盤に関する図面系を記載した部分と、直流DC24Vを中心にした制御系を記載した部分がある。
1234567812345678A

制御盤 外形・配置図

B

制御盤の外観と中の機器がどのように取り付けられているかを記載したのが下記の図面である。

CDE

外観図は外部から主電源のオン／オフFがしやすい位置にブレーカが取り付けられているかなどに注意する必要がある。

A

装置には制御盤以外にも、装置を人がB操作する操作盤、配線を途中で分岐したCり、つなぎ変えたりする分電盤などがある。

DE

F

配置図は各機器の発熱により他の機器に影響が出ないよう、空気の流れが勘

配電盤

吸気口、換気ファンの位置関係が重要と場やビルで受け各フロアーやエリアに案された配置になっている必要がある。
なる。

る。また、図面中には名称でなく簡略化

換気扇付ルーバー

また、ノイズの出やすい機器とノイズ

機器名称
漏電ブレーカノーヒューズブレーカ
サーキットプロテクタ
ノイズフィルタ
シーケンサ
スピードコントローラ
低圧コンデンサ
ステッピングドライバ
サーボアンプ
電源トランス
サービスコンセント
電磁接触機
スイッチングパワーサプライ
リレー
中継端子台
換気扇付ルーバー

50

文字記号
ELB
NFB
CPFL
PLC
SCC
SD
SA
TR
CON

MC
AVR
CR
TB
FAN

ロボットシステムインテグレータのスキル読本分ける役割を行う。
分電盤

でそれぞれの装置に電気を分岐して供ルーバー

した文字記号で書く場合が多く、その記号も記載する。

配電盤とは、特に高電圧の電気を工分電盤とは、工場などではあるエリア制御盤の中に入っているもの
制御盤でよく使用される機器を記載す

制御盤以外の電気用盤の影響を受けやすい機器を分離するな

どノイズ対策も重要な配置要素となる。

その他、調整や確認が定期的に必要する盤をいう。よく工場の壁に取り付けられ ている。
中継盤

装置などの中で、同じ電気の系統だが、長さを延長したり、故障時に途中で配線の取り外し取り付けが簡単に行えるであったり、電池交換が必要な機器はなよう、途中で配線を分離するためのもの。
操作盤どの考慮も必要となる。
配線図

タッチパネルに置き換わったものが多くるべく手の届きやすい場所に配置するな制御盤内の機器の配線内容を記載した図面である。

図 面 に 記 載 する 電 気 図 記 号 は「JISC0617」の規格で決められた記号を使用することが一般的であるが、事業所やメーカ独自で決められた記号を使用する場合もある。

大きく分けて220Vや100Vの商用電源装置を操作するスイッチやランプがついたもの。最近はスイッチやランプが見られる。

電気に関する規格
山潜んでいる。そのため、規格にて機器の仕様や互換性を統一し、安全面や作業方法など確保されている。

委員会、欧州通信規格協会が発行する欧州の統一規格。

があるが、基本的には世界規模の規格

電気・電子に関する規格は電子工業会

から国や事業所で決められている場合に準拠している。
【IEC】

Organization for Standardization、 国際標準化機構）」がある。

また、通信分野の国際標準規格を定めた「ITU-T（International TelecommunicationSector、国際通信連合の電気通信標準化部門）」がある。

気分野の標準規格である。

【JEM規格】（Japan Electrical Manufacturers’ Association）
日本電機工業会が定める規格。電力・産業用電機機器、家庭向け電気機器の規格。

容が一般的には下記のようになっている。

【垂直に取付】①動力用電線と制御用電線を離して配03線する。②アースを確実に配線する。③

ノイズフィルターなどを多用する。④ノイズを嫌う機器を金属で覆う。などの対策がある。
2.熱04

電気機器は熱を嫌うが、熱の発生源でもある。特に高電流を流す機器は熱が多く発生する。トランスやサーボアンプなどがこれに該当する。

制御盤にはこの熱を放出するよう空気上方向：オン、増加の流れを作る換気扇やルーバーを付け下方向：オフ、減少

05

るが、熱が発生するものを上部につけ換【横取付】

気扇をその近くにし、ルーバーをその対右方向：オン、増加角につけるなどの工夫が必要である。
3.湿気

左方向：オフ、減少【回転操作】

時 計 回 り：オン、増加
反時計回り：オフ、減少

これは人間工学に基づき【JIS規格】の電気機器は熱と共に湿気も嫌う。

湿 気 の 多 い 場 所 に 設 置 する場 合 はルーバーや換気扇は防湿タイプを使用推奨されている。

する。
4.サービスコンセントスイッチに接触した場合、停止や切れる

御盤内にAC100VのコンセントをつけてJIS Z 8907（人間工学的要求事項）にて上下取り付けの場合、何かが落下して側に働くよう考慮されている。

このような考え方を「フェールセーフ」という。

06

コントローラなどの調整を行う際に制07おくことがよくある。パソコンなどを使用

画像処理

設計、製造、試験、使用などにかかわるスイッチやレバーの取付方向と操作内

ノイズ の 影 響 を 避 ける方 法として、ロボット制御【JEC規格】（Japanese Electrotechnical Committee）
電気学会が定める規格。日本での電スイッチの操作方向れる機器などからもノイズが発生する。

電気設計

Union Telecommunication Standardizationであり、安全面を重要視したものとなっ代表的であるが、電源がオンとなった際機械設計規格を扱っている「 ISO（ International

機械及び装置に対しての電気的な規格

02

安全／品質対応ている。

世界的な規格には、電気、通信分野をれらを発生させる源でもある。ノイズをに突入電流といわれる大きな電流が流

4月時点で正会員と準会員含め83ヶ国が除 く他 の 全 て の 分 野 を 対 象 に し た

電気機器はノイズを嫌うが、また、そ（EIA）や電気通信工業会（TIA）が作成し【NFPA79】
全米防火協会が規定している。産業用参加している。

トがいくつかある。下記にそれらを記述する。
1.ノイズ発生する機器としては動力系のモータが（International Electrotechnical Commission、国際電気標準会議）
電気・電子分野を対象にした国際的な 規 格。1906年 に 制 定 さ れ、2017年

制御盤を設計する際に注意すべきポイン

米国国家規格協会が定める規格で、たものをANSIが承認し規定している。

01

生産技術

規格は世界的に統一されているもの【ANSI規格】（American National Standards Institute）

電気設計のポイント

組織体制

電気の分野は目に見えない危険が沢【EN規格】（European Norm）
欧州標準化委員会と欧州電気標準化

する際、他から電源を取らなくても良いように最初から付けておくと便利である。

08
システム制御漏電ブレーカ

漏電ブレーカ（遮断器）とは、過電流や短絡保護だけでなく、電気の漏れを検出するものである。
電気の漏れとは電線以外に電流が流れてしまうことで、人や他の機器に異常をもたらす場合がある。電流が一定値（定格感度電流値）を超えると遮断装置が電路を遮断する。
人体に電気が流れてもすぐにブレーカが落ちるように、一般的に定格感度電流が30ｍＡ、定格動作時間0.1秒以下のものを使用する。30mAという数値は、人体が耐えうることができる最大電流値である。

09

5mA

10mA

30mA

50mA

ピリッと感じる

5mA

ビリビリと指や腕にいたみを感じる。

10mA痙攣を起こし、接触状態からはなれることが困難になる。

30mA

強い痙攣を起こし、失神や血圧上昇をまねく。長時間の感電は、死亡することもある。

50mA

強烈なショックを受け、短時間でも死亡する可能性が高くなる。

ロボットシステムインテグレータのスキル読本

10
機械組立

1mA

1mA

電気配線

漏電ブレーカはこのように非常に大事な役目があるので、いつでも正常に動作しなければならない。そのため、漏電ブレーカが正しく働くかどうか確認するためにテストボタンがついている。このテストボタンを押すと、擬似的に漏電状態を作って漏電遮断器の動作を確認することができる。

51