MINATAと学ぶオートメーション #21：自己保持回路 — あらゆる制御回路の基礎

自己保持回路：あらゆる制御回路の基礎

初心者がモーター制御回路を配線し、Startボタンを電磁接触器コイルへ直接つなぐ。機械は動く——だがStartボタンに指を当てている間だけだ。離すとモーターは止まる。彼はなぜか悩むが、誰かが指摘する：Startボタンはモーメンタリ形で、その信号は押している間だけ存在する（#09で扱った）。「一度押してStopまで走らせる」には、その状態を保持する回路——自己保持回路——が要る。

自己保持回路（セルフホールド、またはシールイン）はほぼあらゆる制御回路の構成要素だ。モーター起動、正逆転、スターデルタ、インターロック——すべてがこの上に築かれる。この回路を徹底的に理解することは、一瞬の指令がどう維持状態になり、どう安全に取り消されるかを理解することだ。

本記事では、自己保持回路の原理、Start／Stop／補助接点の配線、Stop優先の規則、派生形、停電時の挙動、図面上での読み方、そしてPLCでのセット／リセットによる等価の書き方を説明する。後の記事の制御回路の大半はこの回路の拡張形なので、ここで習得に費やす時間は後で大いに報われる。

本記事は原則を述べる。部品の詳細、電流、安全は実際の機器と適用規格に従うこと。

問題：モーメンタリ押しボタンは保持しない

#09で学んだとおり、Startボタンは通常モーメンタリ——押している間だけ動作する。このボタンをコイルKへ直接つなぐと、コイルは押している間だけ通電し、離すと失われる。モーメンタリボタンで「入れて保持」するには、ボタンを離した後もコイルへ給電する回路が要る。それがまさに自己保持回路の仕事だ。

原理：コイルK自身の補助接点

秘訣は、Startボタンと並列に配線した、コイルK自身のNO補助接点にある：

自己保持回路：Start NOがK補助接点と並列、Stop NCと直列、そしてコイルKへ

動作の順序：

Start（NO）を押す → 電流がStartを通り、閉じているStop（NC）を通り、コイルKへ → Kが通電。
Kの通電がK補助接点（NO）を閉じる。この接点はStartと並列なので、いまコイルへ給電する別の経路がある——Startはもう不要。
Startを離す → Startは開くが、電流はK補助接点を通り続ける → コイルKは保持されたまま。これが「自己保持」だ。
Stop（NC）を押す → 回路が切れる → コイルKが失電 → K補助接点が開く → 回路は初期状態へ戻り、次のStartに備える。

微妙な点：保持接点がコイルKのものだからこそ、Kが何らかの理由（Stop、停電、故障）で失電すると、回路は自ら解除する——「固着」状態がない。

Stop優先：StopはつねにStartに勝つ

基本的な安全要件：StartとStopが同時に動作したら、Stopが勝たなければならない（機械は動いてはならない）。上の標準回路では、Stop（NC）がコイルへの経路に直列に配線され——Stopが押されると、Startが押されているか否かによらず回路を切る。これをStop優先（stop priority）回路と呼び、正しい配線だ。

逆に、誰かがStartがStopに「勝てる」よう誤配線すると、危険な状況が生じる：Startを押し続けるとStopが効かない。つねにStop優先で配線する。

なぜStopはNC配線か（フェイルセーフ）

#10の原則を思い出す：StopはNC接点に配線する。通常Stopは閉じているので回路は導通する。Stopを押すかStopへの断線が回路を開く → 停止。つまり故障（断線、端子の緩み）が自ら機械を安全状態へ導く。逆にStartはNO配線：Start線の断線は最悪でも「起動できない」で、危険ではない。

だからあらゆる自己保持回路で、StartはNO、StopはNC——恣意的な慣習でなく安全の論理だ。

よくある派生形

基本の自己保持回路には要件に応じ多くの派生形がある：

許可条件を追加： 保護（サーマルリレー95-96、#13）、安全センサー、ガード扉…のNC接点を、コイルへの経路に直列で追加する。いずれかの条件が開けば機械は止まる。
複数Start／複数Stopボタン： 複数のStartは並列（どれからも起動）、複数のStopは直列（どこのStopを押しても止まる——安全に正しい）。
状態表示灯： もう一つのK補助接点が「運転中」灯へ給電する——ただし#09を思い出す：可能なら灯は実状態（例：モーターのフィードバック）を反映すべきだ。
故障後のリセット： 保護が動作した後、機械が自ら再起動しないよう、再起動にリセット押下を要する回路もある。

PLC内の自己保持回路：セット／リセット

PLCへ移ると、自己保持回路には等価な二つの書き方がある：

ラダーの「シールイン」方式： 電気回路そのままに描く——Start接点が出力ビット自身の接点と並列の分岐、Stop条件と直列、出力コイルへ。電気回路に慣れた人に直感的。
セット／リセット方式： 構造化テキスト（ST）またはラダーで、Startと許可条件があるときセット命令、Stopまたは失われた安全条件でリセットを使う。STの考え方の例：

IF bStart AND bPermit THEN bRun := TRUE; END_IF;
IF NOT bStop OR NOT bSafe THEN bRun := FALSE; END_IF;

Stop信号の論理に注意：StopがNC配線なら、「未停止」のときPLC入力は1なので、リセット条件はその向きで書く必要がある（#10がNC信号の反転を警告した）。そして同一スキャン内でリセットが優先でなければ「Stopが勝つ」を保てない。

セット／リセット方式は、「何が入れるか」と「何が切るか」を明確に分けるので、多条件の複雑な論理では大抵保守しやすい。一方シールインラダー方式は、電気回路に慣れた人に直感的で、機器図と一対一で対照しやすい。両者は同じ挙動を与える——Stop優先とフェイルセーフを保つ限り、チームの習慣と回路の複雑さで選ぶ。

停電時と復電時の挙動

機器ベースの自己保持回路の重要な特性：停電するとコイルは解除され、復電しても回路は自ら再起動しない。 運転状態は補助接点を通る電流で保持されるので、停電はその電流を失う。復電時、コイルはまだ解除状態で、走らせるには再度Startを押す必要がある。これは通常望ましい挙動だ——停電後に機械が独りでに再起動せず、停電時に作業していた人への危険を避ける。

何らかの理由で復電後に機械を自動再起動させる必要があれば（例：レベルを保つ給水ポンプ）、意図的に設計しその安全を慎重に検討する——決して偶然に任せない。PLCでは、状態ビットが停電後にどう保持／初期化されるか（リテインか否か）に注意し、再起動挙動が設計意図に合うようにする。これは停電／再起動の記事（第5段）で再び出会う主題だ。

図面上で自己保持回路を読む

電気図面を読むとき、自己保持回路には非常に見つけやすい印がある：

分岐の末端（中性母線Nの近く）にコイル（K、KM…）を探す。
上流を見ると、Startボタンとそのコイルと同じ名前の接点（例：コイルKならK接点）の並列分岐が見える。コイル名の接点がStartと並列——これがまさに「自己保持」の印だ。
コイルへの経路には通常直列のNC接点がある：Stop、サーマルリレー、安全——これらが停止条件だ。

命名規約が非常に重要：同じ機器の接点とコイルは同じ記号を持ち、役割（コイルと接点）だけが異なる。この規約を押さえると回路を速くたどれ、より複雑な制御図を読む基礎になる（#26が図を左→右、上→下に読む方法を詳しく扱う）。

参考となる技術シナリオ

以下の図はMINATAの設計思想に沿った参考案である。最終的な定格と構成は、実際の資料・規格・機器に照らして確認すること。

MINATAのセルでは、コンベヤモーターが機器レベルの古典的な自己保持回路を使う：Start NO、Stop NC、電磁接触器の補助接点で自己保持、サーマルリレーのNC接点と安全回路を直列に。いずれかの保護が動作すると、電磁接触器コイルが失電しコンベヤが止まる。

並行して、この論理はDelta AX-308Eでもセット／リセットの対として反映される：bConveyorRunは運転指令と条件が揃うとセットされ、Stop／安全／過負荷でリセットされる。電磁接触器の補助接点がPLCへ戻り、電磁接触器が実際に閉じたことを確認する——指令したのにフィードバックが見えなければ、PLCは盲目に信じず故障を報告する（#09の精神どおり）。両層——機器とPLC——が一つの一貫した論理を保つ。

よくある誤り

Startをコイルへ直結し、自己保持分岐を忘れる → Startをずっと押し続ける羽目に。
StartがStopに勝てるよう配線 → Startを押し続けるとStopが効かない。
Start NCやStop NOを使う → フェイルセーフを失い、誤運転や断線時に止められない恐れ。
複数Stopを直列でなく並列に配線 → 一つのStopで全回路を切れない。
PLCで非優先のリセットを書く → Stop後も機械が走るスキャンが生じる。
保護接点（サーマルリレー、安全）を保持回路に直列で入れ忘れる。

自己保持回路チェックリスト

[ ] Start（NO）をコイル自身のNO補助接点と並列に。
[ ] Stop（NC）を直列に、Stop優先で配線。
[ ] 許可／保護条件（サーマルリレー、安全）を直列に。
[ ] 複数Startは並列、複数Stopは直列。
[ ] PLCでは：リセット優先、NC信号の反転を正しく処理。
[ ] 確認が要る所では実状態フィードバック（補助接点）を。
[ ] 自動再起動を防ぐため故障後のリセットを検討。
[ ] 停電時の挙動を確認：復電しても機械が自ら再起動しない（意図的に設計する場合を除く）。

自己保持回路は小さく単純だが、この後のほぼあらゆる制御回路で繰り返されるひな型だ。四つのこと——補助接点による自己保持、Stop優先、Stop NCのフェイルセーフ、そしてPLCでのセット／リセットへの翻訳——を押さえれば、続く記事のより複雑な回路を読み・組む基礎ができる。

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