シーケンス制御とフィードバック制御の違い——現場の設備での使い分け

「この設備、シーケンス制御で動いてます」

現場でそう説明されて、わかったような顔でうなずいたことはありませんか。では、同じ設備のヒータの温度は何で制御されているでしょうか。

実は、多くの設備は2種類の制御を組み合わせて動いています。シーケンス制御とフィードバック制御です。この2つは、目的も、直し方も、トラブルの出方も違います。

今回は違いを整理したうえで、制御方式によって工程能力（Cp）がどれだけ変わるかまで計算します。

結論：決められた順に動かすか、目標に合わせ続けるか

▪ シーケンス制御
　 あらかじめ決めた順番と条件どおりに動かす制御
　 「Aが完了したらBを動かす」「3秒たったら次へ」
　 結果を見て自分を修正することはしない

▪ フィードバック制御
　 目標値と実測値の差（偏差）を見て、出力を調整し続ける制御
　 「200℃にしたい。いま195℃だから、もう少し加熱する」
　 結果を測って、自分を修正し続ける

いちばんの違いは、結果を測って自分に返しているかどうかです。フィードバックという言葉が、そのまま意味を表しています。

現場での見分け方

設備を見て、どちらか迷ったときの判断はこうです。

▪ 順番と条件で動いている → シーケンス制御
　 シリンダの前進・後退、コンベヤの起動停止、チャックの開閉、ランプの点灯
　 「センサがONになったら次の動作へ」というつながり方をしている

▪ 目標値に合わせ続けている → フィードバック制御
　 ヒータの温度、サーボモータの位置と速度、圧力、流量、張力
　 「目標◯◯に対していまいくつか」を常に測っている

見分けるコツは、その動きに目標値（設定値）があるかどうかです。設定値の画面があって数字を入れられるなら、たいていフィードバック制御が入っています。

実際の設備は、両方が入れ子になっている

「この設備はシーケンス制御です」という説明は、間違いではありませんが、半分です。

たとえば、部品を加熱して圧入する設備を考えます。

【設備全体の流れ】＝ シーケンス制御
ワーク投入 → 加熱 → 温度到達を待つ → 圧入 → 検査 → 排出

【そのうち「加熱」の中身】＝ フィードバック制御
目標200℃に対して、いまの温度を測り、ヒータ出力を調整し続ける

全体の段取りをシーケンス制御が仕切り、その中の一工程をフィードバック制御が担当する。これが典型的な形です。

サーボモータも同じです。「原点復帰してから300mm進む」という指示はシーケンス、その300mmへ正確に止めるための位置制御はフィードバックです。

トラブルの出方が違う

この違いは、故障したときの調べ方に効きます。

▪ シーケンス制御のトラブル
　 途中で止まる、次の工程へ進まない、順番が飛ぶ
　 → 条件が成立していない。センサ・スイッチ・インタロックを疑う
　 → 「どの条件で止まっているか」をPLCのモニタで追う

▪ フィードバック制御のトラブル
　 目標に届かない、行き過ぎる、ふらつく（ハンチング）、到達に時間がかかる
　 → 目標と実測の関係が崩れている。センサの取付位置・熱源の劣化・調整値を疑う
　 → 「実測値がどう動いているか」を時系列のグラフで追う

止まったのか、ふらついたのか。この見分けだけで、探す場所が半分になります。

数字で見る：制御方式で工程能力はどれだけ変わるか

温度が品質を決める工程で考えます。規格は200±5℃（規格幅10℃）とします。

同じ工程を2つの制御方式で回したとき、実測のばらつきがこうなったとします。

ON/OFF制御（設定値を超えたら切る、下がったら入れる）
  ばらつき σ = 1.8℃
  Cp = 10 ÷ (6 × 1.8) = 0.93

PID制御（偏差の大きさ・積み重なり・変化の速さで出力を調整）
  ばらつき σ = 0.6℃
  Cp = 10 ÷ (6 × 0.6) = 2.78

合格ラインを1.33とすると、ON/OFF制御では届かず、PID制御では大きく上回ります。

σが3分の1になると、Cpはちょうど3倍になります。Cpの式の分母にσがそのまま入っているからです。

ここで大事なのは、設備を買い替えていないことです。ヒータもワークも同じ。変えたのは制御の仕方だけです。

※ σの値は仮の前提です。実際の値は、ヒータの容量・断熱・ワークの熱容量・センサの取付位置で変わります。自分の工程で実測してください。

どちらを選ぶかの判断

新しく設備を仕様検討するとき、この順で考えると迷いません。

▪ ① その動作に「目標値」はあるか
　 ない（動く・止まるだけ）→ シーケンス制御で足りる
　 ある（◯◯℃、◯◯mm、◯◯MPa）→ フィードバック制御を検討

▪ ② 目標値からのズレが品質に効くか
　 効かない → ON/OFF制御でも足りることが多い
　 効く（規格がある）→ PIDなどのフィードバック制御を入れる

▪ ③ どこまでのばらつきが許されるか
　 規格幅とCpの目標から逆算する。Cp1.33を狙うなら σ ≦ 規格幅 ÷ 8

③の式は、Cp＝規格幅÷(6σ) を σ について解いたものです。規格幅10℃でCp1.33を狙うなら、σは1.25℃以下に収める必要がある、と先に決まります。

仕様書に「温度精度±◯℃」とだけ書くより、この形で要求したほうがメーカーと話が早く進みます。

まとめ

▪ シーケンス制御＝決めた順番と条件で動かす。結果を見て自分を直さない
▪ フィードバック制御＝目標と実測の差を見て、出力を調整し続ける
▪ 見分け方は「目標値（設定値）があるか」
▪ 実際の設備は入れ子。全体の段取りがシーケンス、その中の一工程がフィードバック
▪ トラブルの出方が違う。止まる＝シーケンス、ふらつく＝フィードバック
▪ 制御方式を変えるだけでCpが0.93から2.78になった。設備は同じ
▪ 仕様検討では σ ≦ 規格幅 ÷ 8（Cp1.33狙い）から逆算する

「シーケンス制御です」と言われたら、その中のどこにフィードバックが入っているかを聞いてみてください。設備の理解が一段深くなります。

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