ミニ早押しボタンをラズパイ・ラダー使って自作してみた

こんにちは！メカ旦那です！

最近シーケンス制御を勉強中で、何か作りながら学びたい！という想いで、早押しボタンを自作してみました。

タクトスイッチを使った簡易的なものなので、クイズ番組に出てくるような実用的なものではないですが、シーケンス・ラダーを学びたい方にはオススメです！ぜひ作ってみて下さい！

シーケンス制御とは？

フローチャート

使用するもの

ハード

こちらはラズパイの最新モデル「Raspberry pi 4 Model B」です！非常に人気が高く、半導体不足も相まって中々手に入らなかったので、実際は「Raspberry pi 3 A+」を使いました。ですが、4は処理速度がより速いのでオススメです！

ラズパイは基板むき出しで、外的要因に弱いので、ケースと一緒に使うと長持ちします！

ブレッドボード、タクトスイッチ×4、LED×3 (赤、青、黄)、抵抗(10kΩ)×7、ジャンパ線（多量）はこちらでまとめて購入可能です！

短いジャンプワイヤがあると、配線がスッキリして便利です！

ソフト

ラズパイは様々な言語(python、C等) に対応していますが、今回はラダーを使用します。ラダーを使うにはCODESYS（フリーソフト）が必要なので、予めPCにインストールしておきましょう。ラズパイのLAN設定も必要です。設定方法は外部サイトに載っていますのでご参照ください。

リンク① CODESYS PCインストール

リンク② ラズパイのLAN設定

回路

回路図はコチラです。

まず、早押しスイッチ3つをラズパイのGPIO17,27,22ピンに繋ぎました。リセットスイッチはGPIO4に繋いでいます。また抵抗(10kΩ)も各スイッチ・GND間に繋いで、プルダウンにしてみました。

続いてLEDは、赤、青、黄をそれぞれGPIO18,23,24ピンに繋ぎました。

ラダー作成

ラダー図

ラダー図はこちらになります！X002、003、004が赤、青、黄スイッチ、M002、003、004が内部リレー、Y002、003、004が赤、青、黄LEDになります。スイッチを押すと、内部リレーがONし、自己保持とインターロックをかけます。そして、各LEDが点灯します。X001はリセットスイッチで、押すと回路がリセットされます。

これだけだとイメージが付きにくいので、実際に押した様子を後ほどご説明します！

GPIO設定

実際に動作させるにはGPIOの設定が必要です。

まず、どのGPIOをどう使うのか（入力？出力？）設定します。
スイッチを「Input」に、LEDを「Output」にしました。

次に、GPIOとラダー図の各デバイスを紐づけます。
「変数」がラダー図の番号、「チャネル」がGPIOの番号になります。

動かしてみよう！

さあ、準備は完了しました！早速動かしてみましょう！

ログイン

オンラインからログインを選択します。

運転をクリックします。

この時のLEDと、ラダー図の状態はこちらです。

もちろん、LEDは点灯していません。

赤スイッチ押下

試しに、赤スイッチを押してみましょう！

スイッチを押すことで、X002がONし、内部リレーM002もONします。
その後、Y002もONし、赤LEDが点灯しました！

指を離してみます。

M002で自己保持がかかっているため、Y002はONしたままです。

次に、青スイッチを押してみましょう。

M002は他回路ではインターロックとして機能しているため、青スイッチを押してもLEDは点灯しません。黄スイッチを押しても同様です。つまり、一番最初にスイッチを押した人がLEDが点灯する仕組みになっています！これぞ早押しボタンですね。

リセットスイッチ押下

次の問題に進むために、回路をリセットします。リセットスイッチを押してみましょう。

ラダー図でもインターロックが解除されて、また早押しができるようになりました。

まとめ

いかがでしたでしょうか。
シーケンス制御を使うことで早押しボタンを作ることができました！

本当は、b接点やインターロック等、シーケンスの専門用語や、CODESYSとラズパイ連携等も解説したかったのですが、ブログが長くなるので今回は割愛しました。今後また記事を作ろうと思います。