自動制御と計測の一問一答

解説
比例動作（P動作）は、目標値とのずれ（偏差）の大きさに比例して操作量を変える動作です。偏差が小さくなると操作量の変化も小さくなるため、負荷とつり合ったところで目標値からわずかにずれたまま落ち着く（残留偏差・オフセット）ことがあります。
これを取り除くのが積分動作（I動作）で、急な変化に素早く対応するのが微分動作（D動作）です。3つを組み合わせたものをPID制御といいます。

他の選択肢が誤りである理由
・急な変化に対して先回りして修正する働きは、微分動作（D動作）の説明です。
・二位置動作は、オン・オフ（全開・全閉）の2つの状態を切り替える動作で、操作量を連続的には変えません。
・残っている偏差を時間をかけて取り除くのは、積分動作（I動作）の働きです。

覚え方のポイント
「P＝ずれに比例（オフセットが残る）」「I＝ずれを積み上げて消す」「D＝変化の速さに先回り」。

解説
フィードバック制御は、室温などの制御量を検出器で測り、目標値（設定値）と比べて、その差（偏差）が小さくなるように操作量を修正する制御です。空調の温度・湿度の制御の多くはこの方式です。
結果を確かめながら修正するため、予想外の外乱があっても目標値に近づけることができます。

他の選択肢が誤りである理由
・外乱を事前に検出して、結果を確かめずに操作量を決めるのは、フィードフォワード制御の説明です。
・決められた順序で運転・停止を行うのは、シーケンス制御の説明です。
・操作量を一定に保つだけでは、室温などを目標値に保つ制御になりません。

覚え方のポイント
「フィードバック＝結果を見て直す」「フィードフォワード＝外乱を見て先に手を打つ」「シーケンス＝順番どおりに動かす」。

解説
三方弁は、コイルに流す水とコイルを通さずにバイパスさせる水の割合を変える弁です。コイルの流量は変わっても、系統全体を流れる水量はほぼ一定になるため、定流量方式に用いられます。
ポンプの搬送動力を減らす変流量方式には、コイルへの流量を絞ると系統全体の流量も減る二方弁を用い、ポンプの回転数や台数を制御します。

他の選択肢が正しい理由
・二方弁で流量を絞ると、その分だけ配管系統を流れる水量も減ります。
・三方弁はバイパスで流量を逃がすため、系統全体の流量はほぼ一定になります。
・変流量方式では、流量の減少に合わせてポンプの回転数を下げ、搬送動力を減らします。

覚え方のポイント
「二方弁＝変流量（省エネ）」「三方弁＝定流量」。変流量方式では、最小流量の確保や差圧の制御もあわせて考えます。

解説
室内の温度検出器は、室内の温度を代表する値を測るためのものなので、吹出口の気流や日射、発熱機器の影響を直接受けない、室内の代表的な位置に設けます。一般に、居住域の高さの内壁などに取り付けます。
検出器が偏った温度を測ると、室全体が冷えすぎたり暖まりすぎたりします。

他の選択肢が誤りである理由
・吹出口の正面では、吹き出した空気の温度を測ってしまい、室内の温度を正しく検出できません。
・日射が直接当たる場所では、実際の室温より高い温度を検出してしまいます。
・発熱する機器の近くでは、その機器の熱の影響を受けて、室温を正しく検出できません。

覚え方のポイント
温度センサは「気流・日射・発熱体を避けて、室の代表点に」。試運転では、センサの取付け位置も確認項目になります。

解説
VAV方式では、各室のVAVユニットが室温に応じて風量を絞ったり増やしたりします。その結果、ダクト内の静圧が変化するので、静圧などを検出して送風機の回転数を制御し、送風量を負荷に合わせて変えます。これが搬送動力の節減につながります。
送風機の風量を常に一定に保つのは、定風量（CAV）方式の考え方です。

他の選択肢が正しい理由
・VAVユニットは、室温の検出値に応じて各室へ送る風量を調整します。
・各ユニットが風量を変えると静圧が変わるため、静圧などに応じて送風機の回転数を制御します。
・風量を絞りすぎると外気量が不足するため、最小風量を設定して換気量を確保します。

覚え方のポイント
「VAVユニット＝室温で風量」「送風機＝静圧で回転数」「最小風量で外気量を確保」。

解説
室内のCO₂濃度は、在室者の呼吸によって増えるため、在室の状況を表す目安になります。
CO₂濃度を検出して、濃度が低いときは外気の取入れ量を減らし、高いときは増やすことで、必要な換気量を確保しながら外気負荷を減らせます。建築物衛生法などの基準（1,000ppm以下）を満たすように制御します。

他の選択肢が誤りである理由
・CO₂濃度が高いほど換気が不足しているので、外気の取入れ量は増やします。
・CO₂濃度は在室者の呼吸で変わるため、在室者の人数と深く関係します。
・外気取入口の近くでは外気の濃度を測ってしまうため、検出器は室内または還気ダクトなど室内の空気を代表する位置に設けます。

覚え方のポイント
「CO₂が低い＝人が少ない＝外気を減らせる」。外気冷房（涼しい外気を多く入れる）の制御とは目的が違います。

解説
インターロックは、ある機器の運転状態を条件にして、別の機器の起動や停止を連動させる仕組みで、機器の破損や事故を防ぐために設けます。
空調機の電気ヒータ（電気式の加熱コイル）は、送風機が止まって風が流れなくなると熱がこもって過熱し、焼損や火災の原因になります。そのため、送風機が停止したら電気ヒータも停止するよう連動させ、あわせて過熱防止装置を設けます。

他の選択肢が正しい理由
・冷却水が流れないまま冷凍機を運転すると、凝縮器で熱を捨てられず高圧異常になるため、冷却水ポンプの停止に連動して冷凍機を停止させます。
・送風機が止まったまま加湿を続けると、ダクトや機器の内部が結露したり水がたまったりするため、加湿器も停止させます。
・冷水が流れていない状態で冷凍機を運転すると、蒸発器の中の水が凍結して破損するおそれがあるため、冷水ポンプの運転を確認してから冷凍機を起動します。

覚え方のポイント
「ポンプ（水が流れている）→冷凍機」「送風機（風が流れている）→電気ヒータ・加湿器」の順で起動し、止まったら連動して止める。

解説
自動制御では、次の用語を使い分けます。
・制御量：室温など、目標値に保ちたい量
・目標値（設定値）：制御量をどの値に保つか
・操作量：制御量を目標値に近づけるために、調節器の指令により操作部が変える量（弁の開度・送風量など）
・外乱：室内の人数の増減や日射など、制御量を乱す外からの要因

他の選択肢が誤りである理由
・検出部が測った室温は制御量（の測定値）で、目標値ではありません。目標値は設定した値です。
・制御量を検出するのは検出部（センサ）で、操作部は電動弁やダンパなど操作量を変える機器です。
・外乱は制御量を乱す外からの要因で、調節器の出力信号ではありません。

覚え方のポイント
「検出部で測る→調節器で比べる→操作部で直す」。その流れを乱すものが外乱です。

解説
自動制御の設備は、検出器の取付け位置や設定値、弁やダンパの動作方向などが正しくないと、空調が設計どおりに働きません。そのため、試運転調整では、制御の動作を実際に確認し、必要に応じて設定値や動作を調整します。

他の選択肢が正しい理由
・中央監視設備では、各機器の運転・停止の状態や警報をまとめて監視できます。
・計測したエネルギーの使用量などのデータは、運用の改善や省エネルギーの分析に役立ちます。
・検出器は使ううちに誤差が生じることがあるため、定期的に校正して精度を確かめます。

覚え方のポイント
「制御は付けただけでは効かない。試運転で動作を確認・調整する」。総合試運転調整で、自動制御の動作確認を行います。

解説
二位置制御は、制御量が設定値の上下で決められた値に達したときに、機器をオン・オフ（弁を全開・全閉）する制御です。オンとオフが切り替わる値の幅を動作すき間（ディファレンシャル）といいます。
動作すき間を小さくすると制御量の変動は小さくなりますが、機器の発停が頻繁になり、機器の寿命を縮める原因になります。

他の選択肢が誤りである理由
・二位置制御はオン・オフの2つの状態だけを切り替えるため、制御量は目標値のまわりで上下に変動します。
・動作すき間を大きくすると、発停の回数は減りますが、制御量の変動の幅は大きくなります。
・二位置制御は構造が簡単な一方で精度は比例制御より劣るため、精密な制御には比例制御などを用います。

覚え方のポイント
「動作すき間：小さい＝変動小・発停多い／大きい＝変動大・発停少ない」。