非常停止回路とリレーの正しい設計と安全な使い方

非常停止回路とリレーの基本から正しい設計まで

非常停止ボタンを押せば機械が止まるのは当たり前——でも実は、PLCで非常停止回路を組んだ場合、CPU暴走で「ボタンを押しても機械が止まらない」ことがあります。

この記事の3つのポイント

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PLCだけの非常停止はNG

PLC（シーケンサ）のソフト上で非常停止を組む設計は、ISO安全規格で認められていません。CPU暴走や出力溶着が起きると、ボタンを押しても機械が止まらない危険があります。

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リレーの冗長化（二重化）が必須

安全回路ではリレーを1個だけ使うのではなく、2個を直列に並べる「冗長化」が基本です。1個あたり1/1000の溶着確率が、二重化で1/100万に激減します。

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セーフティリレーユニットで自己監視

汎用リレーでは冗長化の破綻を誰も気づけません。専用のセーフティリレーユニットは内部で故障を自己監視し、片方が溶着した時点で再起動をロックします。

このページの目次

非常停止回路とリレーの基本から正しい設計まで

非常停止回路でリレーにb接点を使う理由とフェイルセーフの原則

金属加工の現場では、プレス機やフライス盤など、手や指を一瞬で切断しかねない機械が稼働しています。そこで非常停止ボタンは「最後の砦」として機能しますが、接点の選び方を一歩間違えると、いざという時にまったく役に立たない回路になってしまいます。

非常停止ボタンには「a接点（ノーマルオープン）」と「b接点（ノーマルクローズ）」の2種類があります。非常停止回路では必ずb接点を使うのが原則です。

なぜb接点なのか、具体的に考えてみましょう。a接点は押したときに初めて接点が「閉じる」構造です。もし配線が断線したり、接点の間にゴミが詰まったりすると、ボタンを押しても「閉じない」状態のままです。つまり、非常停止として機能しません。これは大きなリスクです。

一方のb接点は通常状態で「閉じている」接点です。ボタンを押すと接点が「開く」ことで停止信号を出します。断線が起きた場合も、接点が「開いた状態」と同じになるため、電流が遮断されて設備は自動的に停止側に動作します。壊れた時に止まる——これが「フェイルセーフ」の設計原則です。

b接点が基本です。

金属加工現場で複数の非常停止ボタンを設置する場合は、それぞれのb接点を「直列（AND）」に接続するのが一般的な使い方です。どのボタンを押しても回路全体が開くため、どの位置で危険を感じてもすぐに停止させることができます。

接点タイプ	通常時	断線時の挙動	非常停止への適性
a接点（NO）	開いている	断線してもそのまま「開」→機械は停止しない	❌ 不適切
b接点（NC）	閉じている	断線すると「開」→機械が停止（安全側）	✅ 適切

フェイルセーフとは、システムが故障や異常を起こしたときに、自動的に「安全な側」へ動作させる設計思想のことです。非常停止回路でb接点を選ぶのは、まさにこの思想を実装するための最初の一歩です。

参考：b接点とフェイルセーフの詳しい解説（フィールド計器のフェイルセーフの考え方）
スイッチ計器におけるフェイルセーフの考え方 – Electrical Instrumentation

非常停止回路にPLCを使うのが危険な理由と安全規格の要求

金属加工ラインにPLCを導入している現場では、「どうせPLCで全部制御しているから、非常停止もラダー回路で組めばいい」と考えてしまうことがあります。これが、現場で最も多い「なんちゃって安全回路」の典型です。

PLCで非常停止回路を構成する危険性は、2つの故障シナリオで明確になります。1つ目はCPUのフリーズです。ノイズなどでPLCのCPUが暴走した場合、入力状態の変化を受け付けなくなります。ボタンを連打しても、プログラムが動いていないので無視されてしまいます。

2つ目は出力ユニットの「接点溶着」です。PLCの出力（トランジスタやリレー）が過電流や劣化によって「ONのまま溶着（ショート）」して壊れた場合、プログラム上でいくらOFFを命令しても、物理的に電気が流れ続けます。機械が制御不能で動き続けるわけです。

これは危険です。

国際安全規格「ISO 13849-1」では、安全関連部は「制御ソフトウェアや半導体に依存せず、ハードウェアで電源を物理的に遮断する」ことが求められています。PLCはあくまで「効率よく機械を動かすための頭脳」であり、「何があっても強制的に止めるブレーキ」の役割は、物理的なハードウェア回路が担わなければなりません。

つまり「安全はソフトに任せない」が原則です。

具体的には、非常停止ボタンをPLCの入力ユニット（X0など）に繋いでラダーで「X0がOFFしたらY0をOFF」と書く設計はNGです。代わりに、非常停止ボタンが物理的に電磁接触器（マグネットコンタクタ）の操作コイルへの電源を直接遮断するハードウェア回路が必要です。

❌ NG設計：非常停止 → PLCの入力ユニット → ラダープログラムでOFF命令 → 出力ユニット → 機械停止

✅ OK設計：非常停止 → マグネットコンタクタへの電源を物理的に遮断 → 機械停止

この違いを見落とすと、PLCが正常に動作している間は問題なく見えても、故障時に「止まらない機械」が出来上がります。金属加工の現場で、プレス機が止まらなかったら何が起きるか——想像するだけで背筋が凍ります。

参考：PLCで非常停止を組む危険性の詳細解説
重大事故を防ぐ！「なんちゃって安全回路」とセーフティリレーの決定的な違い – yada-blog

非常停止回路におけるリレーの冗長化（二重化）と接点溶着の仕組み

「PLCは使わず、マグネットコンタクタで直接電源を遮断する」——ここまで理解できたとしても、もう1つの落とし穴が待っています。それが「リレーの接点溶着」です。

電磁接触器（マグネット）は、接点の開閉時に発生するアーク放電によって、接点が溶けてくっついてしまう「溶着」が起こることがあります。もし非常停止用のマグネットが1個だけで、それが運悪く溶着していたら？非常停止ボタンを押しても、コイルへの電源は切れますが、溶着した主接点は物理的に開かず、電流は流れ続けます。

1個だけでは「詰む」瞬間があります。

そこで安全回路では、「2個のリレー（マグネット）を直列に並べる」冗長化（二重化）が必須とされています。リレーAとリレーBを直列に接続すれば、どちらか一方が開くだけで回路は遮断されます。もしリレーAが溶着しても、リレーBが正常に動作すれば機械は止まります。

この冗長化の効果を数字で示すと、非常にわかりやすいです。仮にリレー1個が溶着する確率を「1/1000」とした場合、以下のようになります。

単独1個：1/1000の確率で「止まらない」事故が発生

二重化（直列2個）：1/1000 × 1/1000 ＝ 1/100万の確率まで激減

1/1000と1/100万では、0が3つも違います。東京都の人口が約1,400万人であることを考えると、1/100万というのは東京都の中で約14人に起きる確率です。いかに二重化によってリスクが下がるかが実感できるはずです。

冗長化が安全回路の基本です。

一点補足として、冗長化された2つのリレーの故障タイミングが近い場合（例えば1週間以内に連続して溶着が起きる場合）にはリスクが残ります。この問題を解消するのが、次のセクションで解説する「セーフティリレーユニット」の「自己監視（クロスモニタリング）」機能です。

参考：冗長化とフェイルセーフの機械安全設計への応用
機械安全規格を活用して災害防止を進めるためのガイドブック – 厚生労働省

非常停止回路のセーフティリレーユニット選定の落とし穴と正しい配線方法

汎用リレーを2個並べれば冗長化できる——そこで「汎用のMYリレーを2個直列に使えばコストが安上がりだ」と考える方もいるでしょう。しかし、汎用リレーによる自作冗長化には致命的な欠陥があります。

汎用リレーを2個（AとB）使った場合を考えます。ある日リレーAが溶着して壊れました。非常停止ボタンを押すと、リレーBが生きているので機械は止まります。オペレーターは「よし、止まった」と思い、そのまま復帰させて運転を再開します。しかしこの時点で、リレーAは壊れているため、実質「リレーBだけ」の状態です。冗長化が崩れています。しかも「リレーAが壊れていること」に誰も気づけません。次にリレーBが溶着した瞬間が重大事故の発生タイミングです。

これが汎用リレー自作の最大の弱点です。

そこで必要なのが「セーフティリレーユニット」（安全専用コントローラ）です。オムロン製の黄色い箱や、IDEC・キーエンス製の赤い箱などがよく知られています。これらは「自己監視（クロスモニタリング）」という特殊能力を持っています。ユニット内部の2つの回路が常にお互いを監視し合い、片方でも溶着故障が見つかった瞬間に「再起動させない」というロックをかけます。

また、セーフティリレーユニットには配線方法に関する重要な注意点があります。非常停止ボタンは必ず「テスト出力（T端子）」を経由して配線することが求められます。24V電源から直接配線するのはNGです。その理由は「クロスショート検知」にあります。

配線方式	クロスショート検知	適用機器
テスト出力（T端子）経由	✅ 有効（ショートを検知して停止）	非常停止ボタン・スイッチ類
24V電源から直接入力	❌ 無効（ショートしても気づかない）	ライトカーテン（OSSD出力）専用

ライトカーテンの配線図と非常停止ボタンの配線図は「見た目がほぼ同じ」です。しかし、ライトカーテンはセンサ自身がパルス信号で自己診断しているためOSSD出力として24V直結が許容されます。一方、非常停止ボタンはただのスイッチ（接点）で自己診断機能はゼロです。「配線図が似ているから同じでいいだろう」という思い込みが、いざという時に止まらない安全回路を生み出します。

スイッチはT端子、センサは24V直結——この違いが条件です。

さらに、セーフティリレーユニットを選定する際には「リセット方式」の選択も重要です。ロボット柵の中など人が全身で入れるエリアには「マニュアルリセット（手動復帰）」が必須です。「オートリセット（自動復帰）」を選ぶと、メンテナンス中に誰かが扉を閉めた瞬間に機械が再起動し、中にいる作業員が挟まれる事故が起きます。手だけが入る小さな開口部であれば「オートリセット」も選択肢に入りますが、まず安全優先で考えることが大切です。

参考：セーフティリレーユニットの選定と配線の落とし穴
セーフティリレー選定の落とし穴4選！配線ミスで安全回路が無効になる理由 – yada-blog

非常停止回路の停止カテゴリとリセット・フィードバック（EDM）の独自視点

セーフティリレーユニットを選んで、正しく配線した——これで完璧だと思っていませんか？実はもう2つ、見落としがちな設計要素があります。「停止カテゴリ」と「フィードバック（EDM）」です。これらは検索上位の記事でも詳しく取り上げられることが少ない部分ですが、金属加工現場のような慣性の大きい機械が多い環境では特に重要です。

まず「停止カテゴリ」について説明します。IEC 60204-1で定められた分類で、機械の特性によって適切な停止方法が異なります。

🔴 停止カテゴリ0（瞬時停止）：非常停止を押した瞬間に電源をバチンと遮断する方法です。電源を切れば惰性なくすぐ止まる機械に使います。小型プレス機などが対象になります。

🟡 停止カテゴリ1（制御停止）：非常停止を押しても、数秒間だけ電源を残す（またはロックを維持する）制御です。大型ファンや重いロール機など、電源を切っても慣性で回り続ける機械が対象です。完全に止まるまでの時間だけ、ガードロック解除を遅らせるために「オフディレー接点付き」のセーフティリレーユニットを使います。

金属加工では特に注意が必要です。

金属加工現場の大型ロール成形機や研削盤は、電源を切っても重い慣性で数秒〜数十秒回り続けることがあります。カテゴリ0で設計するとドライブの電源が突然切れてワークが破損したり、タイミングによっては停止前に手が巻き込まれるリスクもあります。カテゴリ1（オフディレー）を選ぶことで、減速停止してから安全扉を開放するという正しい順序を確保できます。

次に「フィードバック（EDM：外部機器監視）」です。これは見落とされがちで、かつ安全回路の穴になりやすい部分です。セーフティリレーユニットの出力先には通常、大きな電磁接触器（マグネット）を繋いでモーターを動かします。もしこのマグネット自体が溶着したら？ユニット側がOFFしても、マグネットの主接点が開かないのでモーターは止まりません。

この問題を解決するのが「フィードバック入力（リセット端子）」です。マグネットの「ミラーコンタクト（b接点）」をユニットのフィードバック入力端子に戻す配線を追加します。こうすることで、マグネットが溶着しているとb接点が開いたままになり、ユニットが異常を検知して再起動をロックします。

フィードバックループで初めて完結します。

この配線の有無で、ISO 13849-1の「カテゴリ3」と「カテゴリ4」の達成可否が変わってきます。より高い安全水準（PLe/SIL3）を目指すならば、フィードバックループは省略できない必須の配線です。