 |
やさしい自動制御のお話 |
|
前章では温度制御についての基本的な考え方について述べた。本章は、温度制御の構成要素の中の一つである制御部に注目し、よく使われる制御方法について説明する。制御方法には大きくON-OFF制御と比例制御の2つがあり、使用する制御対象や操作端の種類、求める制御結果の安定性によって使い分ける必要がある。 |
|
■ 1.温度制御とは |
|
■ 1-1.ON-OFF制御の結果 |
|
■ 1-2.実際のON-OFF制御 |
|
ON-OFF制御の場合リレー接点出力を持つものが多く、操作端としてはリレー（電磁開閉器）や電磁弁などがあり、リレーは電気ヒーターなどに用い、水、蒸気、ガスなどの流体は電磁弁を用いることが多い。
ON点・OFF点の動作すき間の設定は制御対象によって異なるが、狭く設定した場合、頻繁にON、OFFを繰り返すので一般的に制御性は良くなる。しかし、あまり動作すき間を狭く設定しすぎると、リレーや電磁弁などの操作端の寿命が短くなり、ハンチングの恐れがあるので注意する必要がある。操作端の負荷に対して、電気ヒーターの容量や電磁弁の口径が大きい場合は制御対象に大きく影響するためにハンチングする恐れがある。そのため、動作すき間を広くとる必要がある。
|
|
■ 1-3.よく使われるON-OFF制御の操作端 |
|
ここでよくON-OFF制御と組み合わせて使用する操作端を紹介する。 |
|
| ◆ |
リレー
通常、リレーと呼ばれる電磁開閉器の原理は電磁石と同じで、電磁コイルに電流を流したり（励磁）、電流を遮断したり（非励磁）することにより接点を開閉し、ヒーターなどを動作させる。
接点にはN.C（Normally Closed）とN.O（Normally Open）があり、N.C接点は非励磁の時に（電流が流れないとき）接点閉となり、励磁の時に（電流が流れたとき）接点開なる。それとは逆にN.Oは非励磁の時に接点開になり、励磁の時に接点閉となる。
|
| ◆ |
電磁弁（ソレノイドバルブ）
電磁弁は駆動部に電磁コイルを用いた調節弁で、電磁コイルに通電させると磁力が生じ、プランジャを吸引して弁の開閉を行う。電磁弁には常時閉形と常時開形があり、常時閉形は電磁コイルに通電させると弁が開き、常時開形は電磁コイルを通電させると弁が閉じる。また、流体の種類により耐電用や耐薬用などを選択する。設置場所によっても防滴形や耐圧防爆形などを使用する。 |
|
|
■ 1-4.ON-OFF制御の欠点 |
|
ON-OFF制御では操作量が0%か100%の何れかの状態となり、これにより検出の遅れなどの影響により制御結果がオーバーシュートしがちとなり、サイクリングを繰り返す。その状態を図3に示すようにON-OFF制御の調節計と電磁弁で、蒸気を制御する場合を考えてみる。
図3のように制御対象（ここでは水）が移動する場合は、操作量が変化してから、制御量が変化するまでに遅れ時間が生じるため、制御結果は100%の操作量の時、大幅に設定値を上回り、0%の操作量の時には、大幅に設定値を下回る結果となる。すなわち、この場合温水と冷水とが交互に出てくることになる。このような場合、ON-OFF制御では安定した制御結果を得ることは困難である。 |
|
図3 ON-OFF制御での流体制御 |
|
■ 2.比例制御とは |
|
| ◆ |
比例帯
|
|
|
| ◆ |
設定値
|
|
|
| ◆ |
正動作と逆動作
|
|
|
■ 2-1.偏差と操作量の関係 |
|
比例制御では、偏差（制御量と設定値との差）に比例した操作量が修正動作として働く。図9に示すような比例制御調節計と電動調節弁の組み合わせで、蒸気量を比例制御する例で考えてみる。比例制御では図10のように設定値と制御量が一致したときは、操作量はちょうど50%となる。この操作量50%を基準として、偏差に比例した操作量の修正が行われ、制御量が設定値に近づいていく。 |
|
■ 3.まとめ |
|
本章は基本的な制御方法について説明した。現在では、省資源・省エネルギーや品質の均一・向上化のための安定した操作条件が求められているため、ほとんどの装置や工場で比例制御が用いられている。
比例制御には、制御対象や操作端の種類によりいくつかの種類がある。次章はそれについて説明する。
|
|
|
|
