４．自動制御の話

自動化と計装

Ｂ：	伝送の話はこの位にして、次は自動化の 話だ。
Ａ：	自動化は計装の中心だから、大いに期待 するよ。
Ｂ：	計装という言葉は、もともと計るということ からきている。したがって本来センサーの 話が計装の中心になるはずだ。 しかし現実には計装というと、自動化が 中心になっていまう。これは、すべての 分野でオートメーション化がすすんでいる ためだ。そしてはじめにも話したように、 自動化するためには、まず計ることが 必要なので、計装と自動化とは、ほとんど 同じことを意味する。 自動ということは、自動車という言葉から も判るように、もともとは、人力を使わない で、機械の力によって動くという意味が あった。 しかし自動化という場合の自動は意味がち がう。自動車の場合の自動は、現在ではむ しろ機械化と呼ばれている。 そして、機械化されたものに対して、さらに 操作をも自動的にやるということを自動化 と呼んでいる。
	自動車そのものは自動化ではない。 これにオートクラッチがつけば、その部分は自動化ということになる。
Ａ：	すると、自動車は自動車ではなく、機械車 だね。そして、新幹線は自動化がすすん でいるから、これが自動車だ。
Ｂ：	要するに自動化とは、手足の部分の自動 化ではなくて、頭の部分の自動化を意味し ている。

自動化の方法に二種類

Ｂ：	この意味をはっきりさせるには、自動化という よりも自動制御という言葉を使った方がよい。 ところで一口に自動制御といっても、その具体 的やり方は、大きく二つに分けられる。 一つは、電気こたつで見られるやり方だ。温度 を計り、その温度がある目標になる値と一致 するよう、自動的に操作する。 これを専門用語ではフィードバック制御と呼ん でいる。
Ａ：	どうも舌をかみそうだな。そんな難しく言わな いでこたつ式制御と覚えておこう。
Ｂ：	今一つは、全自動電気洗濯機を考えればよ い。洗濯機の中に洗濯物を入れるには、人手 でやらなければならないが、洗濯機のスイッチ を入れると、洗濯、すすぎ、乾燥と、あとは自 動的にすべてやってくれる。これを専門用語 ではシーケンス制御と呼んでいる。
Ａ：	これも洗濯機式制御ということにしよう。
Ｂ：	シーケンス制御は、要するに、一連の操作を順序に従って自動的に次々と やってくれるということだ。

自動制御の目的

Ａ：	こたつ式、洗濯機式、どちらにしても、自動的 にやってくれるなら、人手をかけないですむ。 したがって省力化ということが、自動制御の効 果だろう。
Ｂ：	省力化は、自動制御の大きな効果だ。機械化 によって、人間は自分で力を出して仕事をする 必要はなくなった。そして、人力よりもはるかに 大きな仕事を少ない人間でやれるようになっ た。 しかし、機械は人間が操作してやることが必要 だった。自動化によって、今度は、その操作す ら不要になった。 したがって、さらに少ない人手で多くの仕事が できるようになったのだ。しかし、自動制御の メリットは、省力化だけではない。
	人間は、優れた頭脳をもっている。何かあったとき、すばらしい判断をす ることができる。だが、逆に人間はすぐ疲れる。自動制御は、人間の頭脳 の部分を機械化することだ。しかし、人間に比べればはるかに単純な判断 しかすることができない。 ただ、単純な判断なら、疲れず休まず間違わず、忠実に仕事をしてくれる。 また人間より速く仕事することも可能だ。
	だから、人間が直接操作するのに比べて、 より均一なものをより速く作るという点では、 自動制御の方がはるかに優れている。
Ａ：	均一化と品質の向上とは関係があるのかな。
Ｂ：	直接は関係ない。しかし均一でなければ、 よい品質とはいえない。そして、はじめは均一 だがあまり良くない品質のものが、改良によっ て、品質の良い均一なものになっていく。
Ａ：	結局は、自動制御が品質の向上に寄与しているということだね。
Ｂ：	そうだ、品質の均一化と向上をささえているのは、品質管理の技術と自動制御の技術だ。

計装の対象と自動制御

Ａ：	工場などにおける自動制御がどのようにして 行われているのか、もう少し具体的に説明し てほしい。
Ｂ：	電気こたつや洗濯機とちがって、当然複雑な 制御が行われる。しかし、複雑であっても、 結果は、フィードバック制御とシーケンス制御 との組み合わせから成り立っている。オット、 これはこたつ式制御と洗濯機式制御といわな ければいけなかった。
Ａ：	いや、フィードバック制御、シーケンス制御と 呼んでもらっても、なんとか判りそうだ。
Ｂ：	ところで、この二種類の制御は、計装の対象 となる工業の種類によって、どちらが主体であ るかがちがってくる。 まず第一のタイプは、石油化学などの装置産 業だ。これらは、シーケンス制御も多いが、主 体はフィードバック制御だ。 第二のタイプは、機械工業で、この場合は逆 にシーケンス制御が主体となっている。 この二つのタイプの中間のものもある。鉄鋼 はその代表例だ。 物を生産する工業では、制御が主体だが、 ビル管理などの場合は、制御よりも、監視が 主体となる。これを第四のタイプと呼ぶことに する。

石油化学における制御

Ａ：	まず石油化学について説明してほしい。
Ｂ：	生産の流れには、二通りある。 連続プロセスと呼ばれるものと、バッチプロセ スと呼ばれるやり方だ。石油化学では、原料 も製品も、液体や気体など流体と呼ばれるも のの場合が多い。原料が装置の中に連続的 に流れ込み、連続的に装置の中を流れる間 に加工され、製品も連続的に装置から流れ出 す。このような生産方式が連続プロセスだ。
Ａ：	自動化された焼鳥の機械では、コンベアで鳥 をさした串が連続的に入っていって、出てきた ときは焼鳥になっている。これが連続プロセス だね。
Ｂ：	このような場合、装置の中のそれぞれの場所 で、流量や圧力などを一定に保つ必要が多 い。焼鳥機の場合なら、焼鳥機の中の各部分 部分の温度を一定にしておいて、焼鳥の串を 流せばよい。 これは、フィードバック制御の仕事だ。石油化 学では、生産方式として連続プロセスが多 い。 したがってフィードバック制御が多いことにな る。 焼鳥機では、温度を制御するのに、ガスの流 量を調節する。ガスの流量を調節するには、 ガス配管の中に設けられたバルブの開度を 加減すればよい。 石油化学においても、制御のための操作は、 配管中に設けられたバルブを加減する形をと ることが圧倒的に多い。もちろんその寸法は 焼鳥機とは比べものにはならない。 自動制御に使うバルブを調節弁と呼んでい る。石油化学工場の中はパイプラインが多い ことが特徴だ。そのパイプラインのいたる所に 調節弁がついている。
Ａ：	制御装置から調節弁までの間も、伝送が使わ れるのだね。
Ｂ：	そうだ、センサーから制御装置までは、情報 を伝えるだけでよいから、文字どおり伝送だ。 これに対して、調節弁を動かすにはパワーが 必要だ。制御装置なら、調節弁を開閉する情 報だけを伝送し、実際に弁を開閉するパワー は別に供給する方式もある。また、制御装置 から、制御兼パワーを供給するやり方もあ る。 調節弁を開閉するパワーとしては、空気圧が 使われることが多い。空気圧の場合、情報の 伝達兼パワーの供給となることが特徴だ。 この場合、多量の空気圧配管が、計装工事 の対象となる。

機械工場における制御

Ａ：	機械工場はどうなのだろう。
Ｂ：	機械工場の場合には、形のある物が加工さ れたり組み立てられたりする。したがって機械 工場でやる仕事の内容は、次々と一連の操 作を行なうことになる。石油化学でも、一部の 工程においては、同じように、一連の操作を 加えるやる方をする。 このような装置をバッチプロセスと呼んでい る。
Ａ：	自動焼鳥機の焼鳥は、形のあるものだが、 連続だね。
Ｂ：	形のあるものの作業でも、焼鳥機の例のよう に連続プロセスとみなせるものがある。 だが少ない。大部分は、マクロに見て連続 プロセスのように見えても、個々の工程では バッチになっている。
Ａ：	バッチプロセスは、シーケンス制御が使われるのだろう。
Ｂ：	そのとおりだ。だから機械工業はシーケンス制御が主体ということになる。 機械工業においては、操作についても、バルブが使われる所もあるが、 どちらかというとスイッチのオン・オフが多い。スイッチのオン・オフなら、 電気配線だ。
Ａ：	機械でも空気圧や油圧が使われるよ。
Ｂ：	その場合、制御装置から、空気圧や油圧が 出力されることもあるが、制御装置からは電 気信号が出て、操作部の所で空気圧や油圧 に変換されることも多い。またバルブを使う場 合でも流量を加減するよりも、オンかオフかの 動作となることが多い。

製鉄所における制御

Ｂ：

製鉄所は、先程言ったように、石油化学工場 と、機械工場との中間的な立場にある。 製鉄所は、前半の工程は石油化学に近い性 質をもっている。 高炉(溶鉱炉)や転炉などはその例だ。 また後半の工程は機械工業に近い性質を もっている。 圧延装置がその代表例だ。 ところが、よく見ると、高炉(溶鉱炉)や転炉 でも、石油化学の装置に比べると機械工業 的な面がある。 逆に圧延は石油化学工業的な性格を少し 含んでいる。 要するに中間的ということだ。

制御装置

Ａ：	ところで自動制御に使われる制御装置はどん なものかね。フィードバック制御とシーケンス 制御とでは、当然ちがうと思うが。
Ｂ：	フィードバック制御用の制御装置は、制御対 象が大幅に異なっても、制御のやり方は大体 決まっている。したがって、標準化された制御 装置が利用できる場合が多い。これを調節計 と呼んでいる。 そして、センサー、伝送、調節計、伝送、調節 弁という組み合わせが一つの代表的な形だ。    右図のような調節計は、一つの制御ループ毎 に設備された従来型の型式である。 とくに大型生産工場の現在は、テレビ画面を 主体にした通称ＣＲＴ画面上に数ループの調 節計の画像が表示されている。 いわゆるアナログ計装から、コンピュータに よるディジタル計装に代わってきた。
Ａ：	シーケンス制御の場合は、どうか。
Ｂ：	シーケンス制御の場合は、一連の操作の自 動化だ。一連の操作の順序をシ−ケンスとよ んでいる。 シーケンス制御の名は、ここから出ている。 ところで、このシーケンスは、制御の対象と なる装置が異なれば、それぞれ異なってい る。 センサーではないが、これも千差万別だ。
Ａ：	そうすると、制御対象に合わせて、その都度 作るということかね。
Ｂ：	昔は、そのとおりだった。しかし、これは面倒 だし金もかかる。 さらに困ったことに、工程の改良や追加があ ると、その度にシーケンスが変わるということ だ。その度にシーケンス制御装置を作りかえ ていたのでは大変だ。

制御装置とコンピュータ

Ａ：	コンピュータで、シーケンスのソフトウエア化 すればよいと思う。
Ｂ：	そのとおりだ。最近では、シーケンス制御に コンピュータが使われている。 だが、コンピュータを使うには、コンピュータ の技術を必要とする。将来は、誰でもが、 コンピュータの技術を身につけるようになる かも知れないが、今はとても無理だ。 そこで、コンピュータを使って、ソフトウエア で、自由にシ−ケンスを作るという特徴を 活かしながら、コンピュータの技術は不要 という製品ができている。 これをプログラマブル・コントローラと呼んで いる。
Ａ：	そんなうまいことができるのだろうか。
Ｂ：	最近は家電製品でも、マイコン内蔵のもの がある。マイコン内臓電子レンジ、マイコン 内臓ミシンなど、いろいろある。 このマイコン内臓ミシンを動かすのに、主婦 がマイコンの勉強をしなければならないとし たら、そんなミシンが売れるだろうか。
Ａ：	なるほど。
Ｂ：	ただし、このような形にすると、コンピュータ が真に自由自在だという特徴は失われてし まう。したがって、従来のシーケンス制御装 置よりも、マイコンを使うことによって、 より高度の制御を行うことが目的なら、 やはり、コンピュータ技術を身につけなけれ ばならない。
Ａ：	フィードバック制御にもコンピュータは利用さ れているのだろう。
Ｂ：	もちろん使われている。調節計は標準化され ていて使い易い。しかし、よりきめ細かな、 より高度な制御を行なうためには、コンピュ ータが必要だ。 昔は、大規模な装置でないと、コンピュータ は使えなかった。しかしマイコンが安くなっ たので、今では気軽に利用できる。 ただし気軽というのはお金の話だ。

制御技術

Ｂ：	制御をうまく行なうには、制御技術が必要 だ。これは、フィードバック制御と、シーケン ス制御。コンピュータの利用と否とを問わ ない。 しかも、制御装置は、単に自動制御のことを よく知っているだけではだめで、制御の対象 をある装置の性質をよく知り抜いていること が必要だ。
Ａ：	センサーの選定にも、計装の対象をよく知 っていることが必要だったね。
Ｂ：	自動制御の場合は、それ以上だ。 たとえば、バブルを少しひねっても、すぐ変 化してしまうものもあれば、逆にバルブを大 きくひねっても中々変化してくれないものも ある。 このような制御対象の性質をよく知ってい ないと、どんな制御をすればよいかが判ら ない。 たとえば、装置の温度を制御するのに、 装置のどの部分の温度を計れば、最も良い 制御ができるのか、また装置のどこを操作 すればよいのか、このような選定が必要だ。 またさらに、コンピュータを含めてどんな制 御装置を使うかの選定も必要だ。
Ａ：	要するに、制御自体のことも、せいぎょ対象 のことも、両方共によく通じた人でないとま ずいということだね。
Ｂ：	つまり文武両道に優れた人でないといけな い。
Ａ：	こりゃ大変だ。
Ｂ：	その上、石油化学も、鉄鋼も、機械もという ことになったら、まさに超人だ。そんなことは 無理だろう。
Ａ：	なにも一人ですべてをこなさなくても良いの だろう。それぞれに明るい人が、チームワー クで仕事をすればよいはずだ。
Ｂ：	そのとおりだ。それが正しい解決方法だ。 だがそのためにもピラミッド形の技術を持っ た人が必要だ。煙突形の人が集まったの では、よいチームは作れない。