第10章 自動制御
フィードバック制御の基本と、圧力・水位・燃焼を自動で守る装置のしくみと決まり。
1. フィードバック制御と動作の種類
自動制御とは、人の代わりに機械が「見て・比べて・直す」をくり返すことです。
フィードバック制御は、
1) 今の値（圧力・水位など）を測る
2) 目標値（設定値）と比べる
3) ずれをなくす向きに操作する（燃料を増やす・止めるなど）
という輪をくり返す制御です。
直し方（制御動作）のおもな種類
・オンオフ動作 … 「全部つける」か「全部止める」かの2つだけ。しくみが簡単。オンとオフの切りかわりの幅を動作すきま（ディファレンシャル）といい、これがないと細かく入り切りをくり返してしまう
・比例動作（P動作） … ずれの大きさに比例して操作量を変える。燃料を「少し増やす・たくさん増やす」とこまかく調節できる
・ほかに、ずれが残っている間操作を続ける積分動作（I動作）、ずれの変化の速さに応じる微分動作（D動作）がある
2. 圧力の制御（オンオフ式蒸気圧力調節器）
蒸気の圧力が上がりすぎたら燃焼を止め、下がったら燃焼を始める——これを自動で行うのがオンオフ式蒸気圧力調節器です。
・ベローズ（じゃばらの筒）などが蒸気の圧力で伸び縮みし、その動きでマイクロスイッチを入り切りして、バーナの燃焼を止めたり始めたりする
・止める圧力（設定圧力）と、もう一度燃焼を始める圧力との差が動作すきま
・圧力計と同じように、高温の蒸気が直接入らないようサイホン管を通して取り付ける
燃焼量を段階的・連続的に変える比例式の圧力調節器もあります。
3. 水位の制御（フロート式・電極式・差圧式）
水位を一定に保つために、水位を検出して給水ポンプや給水調節弁を動かします。
・フロート式 … 水に浮かべた浮き（フロート）が水位とともに上下し、その動きでスイッチを入り切りする
・電極式 … 長さの違う電極棒を検出筒に入れ、水が電気を通す性質を使って、どの電極まで水があるかで水位を検出する。電極棒の汚れや検出筒の中の水の濃縮に注意し、検出筒のブロー（吹出し）を行う
・差圧式 … 水位による圧力の差を測って水位を知る。大形の水管ボイラーで使われる
ボイラー構造規格 第84条
・自動給水調整装置はボイラーごとに設ける
・自動給水調整装置がある蒸気ボイラー（貫流ボイラーを除く）には、起動時に水位が安全低水面以下の場合、運転中に安全低水面以下になった場合に、自動で燃料を止める装置（低水位燃料遮断装置）をボイラーごとに設ける
・貫流ボイラーには、ボイラー水が不足したときに自動で燃料を止める装置またはこれに代わる安全装置を設ける
・緊急遮断ができない燃料・燃焼装置や、緊急停止が適さない使用条件のものは、低水位警報装置で代えられる
4. 燃焼安全装置と火炎検出器
ボイラー構造規格 第85条：燃焼装置には、異常消火または燃焼用空気の異常な供給停止が起きたとき、自動で検出して直ちに燃料を止める装置（燃焼安全装置）を設けます。決まりは次のとおりです。
・作動用の動力源（電気など）が断たれたら直ちに燃料を止める
・動力源が断たれている間や復帰したときに、自動で遮断が解除されない
・自動点火のボイラーでは、点火できない・点火しても火炎を検出できないときに燃料を自動で止め、手動で操作しない限り再起動できない
・燃焼の前に、火炎検出のしくみの故障などで火炎を誤って検出しているときは、燃焼を始めさせない
火を見張るのが火炎検出器（フレームアイなど）です。
・光電管式（フレームアイ） … 炎から出る光（紫外線や赤外線）を受けて炎の有無を見る。紫外線光電管、硫化カドミウムセル（CdSセル）などがある
・フレームロッド … 炎の中に差しこんだ電極棒で、炎が電気を通す性質を使って炎の有無を見る
ボイラー則 第25条：ボイラー取扱作業主任者は、低水位燃焼しゃ断装置・火炎検出装置などの自動制御装置を点検し、調整します。
5. 温水ボイラーの温度調節器
温水ボイラーでは、圧力のかわりに温水の温度を見て燃焼を入り切りします。これを行うのが温度調節器で、オンオフ式のものがよく使われます。
しくみ（電気式の例。制御機器メーカーの温度調節器の取扱説明書による）
・感温体（感温部） … 中に液体を封入した部分。温度が上がると中の液体が膨張し、その動きが導管（キャピラリ）を通って本体に伝わる
・本体のマイクロスイッチを入り切りして、バーナの燃焼を止めたり始めたりする
取付けと設定の注意
・温水など液体の温度を検出するときは、感温体を保護管（ウェル）に入れて取り付ける。感温体は保護管の底に付くまで差し込む。保護管の中にシリコングリースなどを満たすと、温度の伝わりがよくなり、応答が速くなる
・感温体は、温水の平均的な温度を感じ取れる位置に取り付ける
・導管（キャピラリ）は、鋭く曲げたり、ねじったり、切ったりしない（中の液体が抜けると働かなくなる）
・動作すきま（燃焼を止める温度と、再び始める温度との差）は、小さすぎると入り切りを細かくくり返す（ハンチング）ので、負荷に合わせて適度に設定する。広げすぎると温度の変動が大きくなる
法令では、鋳鉄製の温水ボイラーで圧力0.3MPaを超えるものには、温水温度が120℃を超えないように温水温度自動制御装置を設けることになっています（ボイラー構造規格 第98条）。
6. 燃焼安全装置の部品（火炎検出器・主安全制御器・燃料遮断弁）
燃焼安全装置は、ひとつの部品ではなく、いくつかの機器を組み合わせてできています。厚生労働省「機能安全活用実践マニュアル ボイラー編」（平成30年）の構成例では、次の役割に分けて示されています。
・火炎検出器（見る） … 炎があるかどうかを見張る。光電管式（フレームアイ）やフレームロッドがある。紫外線光電管を使う紫外線火炎検出器は、油の炎にもガスの炎にも使われる
・主安全制御器（バーナコントローラ）（判断する） … 火炎検出器の信号や、空気圧・ガス圧などのインターロックの信号を受けて、点火から燃焼・停止までの順序を管理し、異常があれば燃料遮断弁を閉じさせる
・燃料遮断弁（止める） … 燃料の配管に設けた弁（電磁弁など）。構成例では2個を直列に設け、どちらかが閉じれば燃料が止まるようにしている
厚生労働省告示（ボイラー則 第24条第2項第4号に基づき厚生労働大臣が定める自動制御装置）でも、安全遮断弁を燃料を供給する経路に直列に二個以上設けること、インターロックが働いて止まったあとの再起動はボイラーの設置場所において手動で行う場合に限ること、インターロックは容易にその機能を失わせることができないものであることが定められています。
同じマニュアルの構成例では、火炎検出器は24時間に1回以上、起動のときに主安全制御器との間で正しく働くかチェックされ、燃料遮断弁は月に1回、漏れの点検（遮断の作動確認）をする例が示されています。
POINT
7. ここだけは覚える
・フィードバック制御＝測る→目標と比べる→直す、のくり返し
・オンオフ動作は入か切か。入り切りの幅＝動作すきま。比例動作はずれに比例して操作
・オンオフ式蒸気圧力調節器はサイホン管を付けて取り付ける
・水位検出はフロート式・電極式（水の導電性）・差圧式
・低水位燃料遮断装置は、起動時・運転時に安全低水面以下で燃料を止める（構造規格 第84条）
・燃焼安全装置：動力が切れたら遮断、復帰しても自動で解除しない、点火失敗は手動でないと再起動できない（第85条）
・温水ボイラーの温度調節器：液体封入の感温体＋導管＋マイクロスイッチ。感温体は保護管の底まで差し込む。動作すきまは小さすぎるとハンチング
・燃焼安全装置＝火炎検出器（見る）＋主安全制御器（バーナコントローラ：判断する）＋燃料遮断弁（止める）