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自動制御｜特定技能 ビルクリーニング
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植村 貴昭 この内容を書いた専門家 元審査官・弁理士 行政書士（取次資格有） 登録支援機関代表 |
自動制御｜特定技能 ビルクリーニング
自動制御の基礎知識
空調機の運転や、各種数値の計測は、その多くが自動化がなされており、
これらは「ビルディングオートメーション」という名称で普及しています。
制御には、人が直接操作する「手動制御」と、タイマーやリレー、
電磁弁などを用いて自動的に操作する「自動制御」があります。
手動制御は、設備監視員が自ら目視し操作するもので、毎日毎時間、
同じ動作をしなければならない電気機器に対しては、投入忘れなど、
ヒューマンエラーの原因となることもあり自動化が推奨されます。
制御する設備系統が高度かつ複雑であったり、操作に危険を伴うような場合も同様で、
自動制御システムを構築し、人の手による操作を出来る限り除外することが望まれます。
自動制御システムの重要事項
自動制御は「制限値と目標値の一致」「修正動作の即応性」「安定動作」の
３項目が重要視されます。
エアコンは身近で分かりやすい自動制御の一つなので、紹介します。
家庭用エアコンを自動運転にし、目標とする温度を決めた場合、
エアコンは室温を計測し、設定温度に出来るだけ近づけようとする運転を行います。
設定温度から大きく室温が離れた場合、圧縮機に電源を供給して稼働させ、
インバーターは室温を設定値に近づけようと運転を行います。
設定値に近づいた時点で、消費電力を軽減させる、圧縮機の運転を止め、
送風運転にすることで省エネルギーを図ります。
以上一連の流れは、自動制御のシステムによって成り立っており、
エアコンに限らず多くの電気機器に内蔵されています。
建築設備分野の自動制御は、バルブ、センサー、ダンパーなどが、建物に応じて設計され、
台数、制御方法などは建物ごとに違います。
自動制御を行う場合、建築設備用に特化したメーカーが製造している中央監視装置を設け、
自動制御を組み込んで利用します。
建物規模によって処理出来る点数や、速度に違いがあります。
どのメーカーも同様でありますが、流量や電流、電圧の「アナログ値」、
電力量や給水量の「パルス信号」の入力を受けられます。
位置決め角度制御のパーツを組み合わせて、建物の用途に応じて設計されます。
セントラル空調機があれば、
インバーターやＣＡＶ・ＶＡＶといった空調機器の制御を行います。
建築設備での自動制御は、全ての建物がオリジナルとなるため、パーツを外付けし、
必要な機能を追加したり、不要な機能を削減することでコスト調整も可能で、
多岐に渡る用途に適合します。
設計者は、建物規模と制御対象を理解し、必要な機能を持つメーカーの製品を選定し、機能を満足しつつ、過剰なコストが発生しないシステムを提案しなければなりません。
自動制御の種類
自動制御は、定量的制御と定性的制御の２種類に分類されます。
定性的制御とは、オンオフによる２値を用いた制御です。
定性的制御は、制御対象に対して目標値を定め、
結果の目標との差を検出して制御・処理をしていく方式です。
上記のような制御方式は、シーケンス制御、フィードバック制御、
フィードフォワード制御という名称で呼ばれています。
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シーケンス制御
オンとオフ、０と無限大など、２値を利用した自動制御にシーケンス制御があります。
基本要素を２値で制御するので、
あらかじめ決められたステップに従って順次進める制御に適しており、
前の動作から後の動作に移る要素は
「前の動作が完了したこと」「一定時間経過した後」の情報を使用します。
時間的要素、空間的要素から不連続な量の制御がなされます。
扱う情報に連続性が無く、外部からの作業命令によって制御されるという特徴を持っています。
オンオフを主体とした制御では、リレーと呼ばれる電磁開閉器や、
電磁弁と呼ばれる機器が使用されています。
リレーは電気回路の開閉を行う接点として使用し、電磁弁（ソレノイドバルブ）は、
水・ガス・蒸気など気体・流体を制御するために用いられます。
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ハンチング
オンオフ制御は、オンの点とオフの点を設定し、条件の合致によって制御されるため、
オン点とオフ点を狭く設定すれば、頻繫にオンオフを繰り返すことで制御性が良くなります。
リレーや電磁弁は開閉寿命があるため、頻繫な開閉を繰り返すと早期に寿命を迎えてしまい、
ハンチングと呼ばれる振動状態が発生します。
簡単なハンチングの事水温を４０℃にしたい場合の制御を考えます。
水温が４１℃になった瞬間に冷却し、３９℃になった瞬間に加熱するような、
オン点とオフ点が極めて小さな設定で自動制御を構築すると、
頻繫に加熱・冷却が繰り返されてしまい、リレーや電磁弁は開閉を繰り返し、
目標の数値に落ち着く事が出来ません。
オンオフ制御では、ハンチングの幅を小さく緩やかにすることは可能でも、
完全に無くすことは不可能です。
シーケンス制御の基本回路
シーケンス制御の基本回路は、ＡＮＤ、ＯＲ、ＮＯＴ、ＮＡＮＤ、ＮＯＲの
５種類をベースにして構築されます。
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ＡＮＤ回路
ＡＮＤは論理積と呼ばれ、２つの接点が直列に接続された回路です。
どちらの接点も閉回路にならなければ、動作しません。これをＡＮＤ回路と呼びます。
建築設備におけるＡＮＤ回路の採用事不活性ガス消火設備の事例を説明します。
不活性ガス消火設備で警戒されている部屋の場合、火災感知の瞬間にガスを放出すると、
室内に人がいた場合、ガスを吸ってしまい重篤な人的被害につながります。
自動火災報知設備として設置されている感知器と、
ガス消火設備として設置されている感知器の両方を感知させることで、
ガス消火設備を噴出させる制御とします。
系統の違う２つの感知器によるＡＮＤ回路と見なせます。
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ＯＲ回路
ＯＲは論理和と呼ばれ、２つの接点が並列に接続された回路です。
どれか一つの接点が閉回路になれば動作します。これをＯＲ回路と呼びます。
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ＮＯＴ回路
ＮＯＴは否定と呼ばれ、入力側の接点が閉状態の際に、出力が開となる回路です。
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ＮＡＮＤ回路
ＮＡＮＤは否定論理積と呼ばれ、ＡＮＤ回路の出力をＮＯＴで反転させたものです。
全ての入力接点が閉になっている時だけ、出力側が開となります。
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ＮＯＲ回路
ＮＯＲは否定論理和と呼ばれ、ＯＲ回路の出力をＮＯＴで反転させたものです。
どれか一つの接点が閉になっていると、回路を開にします。
次回はフィードバック制御についてご紹介します。
