第6回FA設備技術勉強会 発表資料 https://fa-study.connpass.com/event/215554/

1. ソレノイドバルブコントローラ 開発してみた
http://b-and-b-lab.jp/
株式会社 B&B Lab. 代表 真崎 康平
2021.09.04

2. http://b-and-b-lab.jp/
発表者紹介
株式会社 B&B Lab. 代表
真崎康平 (kohei.masaki@b-and-b-lab.jp)
主な業務
・IoT機器、サービス開発
最近では 主に農業向けに開発ターゲットを定める
狙い：
元製造業の立場からFAソリューションを安価に農業分野に展開
バックグランド
イメージセンサ / 画像処理/ 半導体 / パワーエレクトロニクス /自然エネルギー（風力）
回路設計 / 機械工学 / 材料工学(接合関連) / 経営学（MBA）
所有資格
電験三種 / 第二種電気工事士 /第一級陸上特殊無線技士 etc.

3. Agenda
・ソレノイドってなに？
・ソレノイドコントローラ開発の背景
・まずは試作
試作機 回路構成例
ハードウェア構成のポイント
・実用機 開発
伝えたいポイント
・割と簡単にPLCと同等な機能が作れちゃいます。
・DIYでも実用的なIoT機能がつくれちゃう？
・頑張ればスタートアップ企業でも製品化できちゃう？
・まとめ

4. ソレノイドってなに？
ソレノイドバルブ
https://www.ipros.jp/technote/basic-air-pressure/
https://www.mitsubishielectric.co.jp/fa/products/cnt/plc/index.html
コントローラー（PLC）
・平たく言えば、電磁石
・FAでの活用は、製造設備などを動かす空圧シリンダーなどを制御するバルブに利用
・PLCなどのコントローラーで動作をプログラミングする

5. ソレノイドコントローラ開発の背景
100m
散水ホース
・ビニールハウスの自動散水がしたい！ ・制御対象 16か所!
・バルブがデカい！
呼び径 2inch
(口径 50mm)
24V 2.5A(実測)
他にも
・ネットがない！
・蒸し暑い、ホコリが舞う、腐食性雰囲気
・カネもない！（導入予算も限られる）
・現場に専門の人員も居ない、普段は無人
ナイナイ ずくしワロタｗ
市販品ないぞ！
開発の
詳しい内容はこちら
SORACOM Air を活用した
自動潅水システムの開発

6. まずは試作
試作のプロセスは、弊社 中村の以下の発表で追試しています。 オリジナルの試作機は
この追試の検証で改造してロスト

7. 試作機 回路構成例
5V 2A
電源
＋
逆接保護
ダイオード
※１
INA260
電力測定
モジュール
I2C / 3.3V電源へ
VIN＋
I
IN-
I
IN
＋
VIN
-
VIN
ー
※１：
接続の極性を間違えた場合電源をショートさせる方向に
ダイオードに電流が流れ、電源側の短絡保護回路を動作させ
図中の回路を保護する。
出来るだけ大電流（ＡＣアダプタの能力以上）
のものを使うのが望ましい。
GND
GND側の
電流を測定
DC 5V ~ 24V
電源モジュール
※あらかじめ
５Vに調整
DC 5V
RESET
VSYS
3.3V
(out)
GND配線は
図中省略
VIO
(1.8V)
VIO (1.8V)
DC 5V
UART_RX
UART_TX
VIN
3.3V
LTE_TX
LTE_RX
Sakura.io
側
RaspberryPi
Pico
側
レベル変換IC
※レベル変換IC
部分でクロス
配線とする
G
D
S Nch MOS-FET
例 2N7000
LTE_RESET
LTE_RESET
RESET
Sakura.io
ブレークアウトボード
LTE_TX
LTE_RX
(UART0)
この結線でUSB経由でデバッグ時にブ
レークアウトボードにも給電されます。
（ラズパイ pico のドキュメント参照）
I2C_SDA
I2C_SCL
(I2C0)
3.3V
10k でI2Cバスを3.3Vで
プルアップ
Raspberry Pi
Pico
I2C / 3.3V電源
MCP23017
I2C エクスパンダー
I/O 制御信号
（４ｃｈ使用）
スイッチ回路ｘ４
制御対象
電源供給
VIN
またはPCA9685

8. スイッチ回路
P型 MOS-FETを使ったハイサイドスイッチと呼ばれる回路になります。
オープンドレイン回路と組み合わせて使用します。
電源入力
電源制御出力
P型MOS-FET
複数回路を制御する場合はトランジスタアレイが便利です。
（下図参照）
上図CTRL
端子へ
LED
動作モニタLED
ツェナーダイオード
電源が12V 以下の場合は不要
バリスタ
（過電圧保護）
フライホイール
ダイオード
（コイル負荷の
高電圧発生防止）
制御入力
PCA9685
または
I/Oエクスパンダ
より
トランジスタ
アレイ
制御入力
バリスタ フライホイール
ダイオード
Pch MOS FET ツェナー
ダイオード
参考リンク
S
G
D
以下に構成例を示します ※動作を保証するものではありません。
抵抗は 1/4 W型を使用
LEDは赤または
緑、黄色を
想定しています。
青及び白は
回路の見直し
が必要です。
ハードウェア構成のポイント
PCA9685搭載16チャネル
PWM/サーボ ドライバー
例
Raspberry Pi Pico
Arduino 対応マイコンボード
I2Cバス経由で制御
※簡易PLC がこれで作れますよとの解釈でOK

9. 実用機 開発
・Arduino IDE で開発可能
・LTE / Ethernet + PoE 経由の制御
・16chをコンパクトに
・防水防塵はIP65 ケースで対応
前回発表の続編の内容
となります。

10. 制御方法（プログラムイメージ）
PLCのプログラム例
ラダー図
■Arduinoによる実装
どちらが分かりやすいかは慣れの問題
Arduinoだと無料の開発環境で開発出来るのとオープンなコミニュティで開発
成果がシェア出来る。
CH0 ~ 4 を順次ON/OFF を推移するプログラム例
■従来

11. まとめ
従来PLCで実現されていた機能をオープンなArduinoの開発環境で実現できた。
農業の環境向けに低コスト化、耐環境性を強化したハードウェアが開発出来た。
農業向けから、FA向けに逆輸入も狙える？？