自然を知る、制御設計の考え方とは、なにかを科学しましょう。

制御の基本ってなに？
　人類が生まれて以来、制御の基本は、人が手で操作する、手動操作「制御」です。
　未だに、人の手による、手動操作以上の優れた制御操作は、この世に、存在しません。
　何故、科学技術が進んだ今日でも、手動操作「制御」と、自動制御との併用なのでしょうか？
　それは、人の操作以外の操作「制御」では、不測の事態の対処が出来ないからです。
　なぜ？ 自動制御では、不測の事態に対処出来ないのでしょうか？

　自然は、時間軸での事象の変化で、積分量で積分波動です。
　この積分波動変化は、一様でなく、常にイレギュラー変化をしています。
　自然現象の、全ては、積分変化で、自動制御時間「サイクルタイム」の間に、タイムラグ「イレギュラー時間」が起こります。
　当然、数値制御では、演算処理値の変化量に、数値制御が、対処、出来なくなります。
　この処理に対処する為に、思考し「イレギュラー発生後の先を考える」て、行動する必要があるのです。
　つまり、制御の究極は、考えて行動する、思考する制御が、制御の究極で有ると言っています。
　しかし、この制御は、安全な制御「条件禁止処理制御」では有りません。
　この制御は、時間軸での状態の対処、処理をするのが目的の、イレギュラー処理制御です。

これら、イレギュラーの発生は、制御時間軸で、制御時間で、相対変化で、変化「ギャプ」の違いとして現れます。
制御変化「ギャプ」の違いは、変化として、不測の事態が発生します。
不測の事態を、考えて行動しても安全な制御が、作れない事を、自然は示しているのです！
安全な制御機器とは、如何に、小さい事故で、終わらせる様に、制御する事が、究極の制御で、本当の安全な制御機器なのです。

シーケンス制御とは何か？
　シーケンス制御は、ステップ条件制御です。
　制御方法は、条件ステップで、条件が成立すると、次のステップへ、又は指定ステップの飛び先に移行していきます。
　この事から、順次、条件、時間、ステップ、制御も同じ制御方法と考えられ、これ等全てを、シーケンス制御と言います。
　判定は、条件判定、仮定判定、相対判定、は数値量の変化量判定です。
　変化量、以外の判定は、この世に存在しません！
　思う事、想定操作も同じ、量による位置変化としての、相対量の変化量を、判定するのです。
　この事は、相対量として、時間変化の、積分量の有効性を示しています。

フィードバック制御、量制御
　自然現象は、時間軸で、事象の変化で積分量、積分波動です。
　この現象の制御には、偏差、微分、積分量での制御となります。
　自然、積分波動には常に遅れ、進み時間の変化が起こり、イレギュラーとして、不測の状態へと発します。
　フィードバック制御は、設定値と測定値を比較する事で、これ等の積分波動時間の遅れ、進み時間、変化量を制御します。
　ただ、自然は、偏差量変化が、一定ではなく、イレギュラーの制御は、数値制御の不得意の部分が有ります。
　積分波動でのイレギュラーは、状態変化「偏差量、積分偏差量、積分時間」を、リセットする必要がありのます。
　これ等の、制御全てを量制御と言います。
　この事から量制御は、時間軸での、変化を制御するので、変化時間「変化量」は、全ての制御方法と言って良いのです。
　したがって、量制御の中には、設定量 = 出力だけでの出力制御を、制御する方法、設定制御も有るのです。
　この事から、量制御では、ON、OFF時間での出力制御が可能なのは量制御が、時間軸での制御「変化量」を証明しています。

時間について
　自然は、時間軸での事象の変化で、積分量で、積分波動です。
　制御も同じで、時間軸で、相対量を制御して積分変化量、積分偏差量として、制御数値を扱います。
　この時、測定値と設定値を比較判断し、出力をコントロール「制御」する、一連の流れを量制御と言います。
　制御時間の短縮は、演算スピードの速い制御機器を使えば、簡単に手に入りますが、動きには限界があります。
　物質は相対時間で物質です。
　当然、物質の動き、積分変化は、物質として相対時間「物質積分時間」と、物質間の干渉波動が影響します。
　相対時間と、干渉波動が、物質の移動「動きの」短い時間での制御の限界点「位相の反転」となります。
　これ等の動き全ては、合わさった波長として見ると、1つの積分波動と言えます。

　この積分波動は、無限時間で、何時も同じ動作、行動の場合は、繰返し「一定波動」となります。
　この、一定波動を、一定波長とする事が出来ます。
　つまり、この一定波動、一定波長を想定行動として、考える事が出来ます。
　想定行動、想定動作とは、測定値が、出力量で変化す値「測定値」がイメージ出来る事を示します。
　この、出力量を時間軸で変化させる操作「イメージ操作」を想定操作と言います。
　この予測する考えで、時間軸での、工程の短縮が可能となります。

　この考え方では、自然「変化量の違い」で、設定値と、測定値との間で大きな差になり、異常が発生します。
　しかし面白い考え方なのです。
　制御は時間軸での状態変化を積分時間で、制御します。
　ですから、状態変化は、相対変化「時間」で、タイムラグ「イレギュラー」が必ず発生します。

　この事「波動と考える」から、制御は、考え方と、アイデア「変化を条件とする」で、色んな制御方法が想像出来ます。
　自然は、時間軸での事象の変化で、積分量で、積分波動です。
　自動制御は、この積分波動、積分偏差量で制御しますから、イレギュラーが無い制御が存在しません。

　条件を設定する事「定義や規格を考え、正しいと、決める事」は、イレギュラーが無い制御を示す事になります。
　この事から、自然とは何かを考えて科学することが、制御には必要となるのです。

自然を知るとセンサーの見方が変わります、自然とは何かを科学しましょう。

センサーの基本ってなに
　計量、測長、流量や圧力等の変化量信号を計測する事だけが、センサーでは有りません。
　スイッチの ON、OFF 信号を利用した定量信号でも、センサーといえます。
　定量信号とは、一定圧力、一定温以上、以下で ON、OFF するスイッチ等を、範囲センサーと言います。
　センサーとは、計測者が、知りたい値、変化レベルを測定、検出、判定、出来る測定機器がセンサーなのです。

センサー入力の判別の方法
　測定物に直接測定子を当て、信号を測定する測定子を、センサーと言います。
　信号を出力する、測定子センサー部、又は別の制御部で、制御する全てを含めてセンサー「センサーユニット」とも言います。
　測定子「センサーの中には、インダクタンス、リアクタンス等の抵抗値」が測定子になり、一定パルス信号を印加する事で、
　計測信号の、パルス信号としての立ち上がり、立下り時間で、電位変化時間を検出する方法もあります。
　センサー機器は、測定子の使用状態や測定子の特性変化を考えて、電気信号に変換します。
　この事から、センサーは、考えた数だけ、存在する事になります。

データを制御する
　信号データは、アナログ信号を、デジタルデータに変換等変換して、外部制御機器へ出力する必要があります。
　全てのセンサー信号には、電気信号をデジタルデータに変換する、変換時間が必要となります。
　システム機器として、信号データの変換時間で、装置システム全体の制御時間サンプリング時間が決まる要因です。
　信号データの通信の速さは、時間軸での信号データ更新量「データ変換量」で決まります。
　これ等の信号データは、時間の遅い積分変化量「アナログ信号」で、デジタル変換「サンプリング時間」が可能なのです。

センサーについて
　自然は、時間軸で、事象「エネルギー」の変化で、積分量で、波動現象ですから当然、測定物質によって、
　積分経過時間の違い、時間の変化を必要とします。
　この事から、センサーの精度、センサーの測定スピードから、並列センサーとなります。
　伝達速度は並列信号で、センサー精度から、測定信号のスピードが速くなる事を、自然、積分波動が示しています。

　センサーについて、変な言い方になりますが、自然は、ほとんど、解明されていません。
　全てのセンサーは、自然素材で無ければ作れません、全ては、自然に有る「存在する」物質です。
　自然に、存在しない元素、物質は、この現世に存在しません。
　自然を科学することは、全てのセンサーを知る事なのです。

制御用チップとしてのPIC、CPLD、FPGA、の基本プログラムを科学しましょう。

ＰＩＣ等　１チップＣＰＵ
　CPUの周辺制御用、素子として開発されたPICは、特殊なアドレス空間を持ったユニークな１チップCPUです。
　当然、全てのPIC、CPU、プログラムは、直列に書かれた命令語で、シングル ステップで実行する、プログラムです。

　シングルステップ「現状この方法以外有りません」で作る、システム制御ソフトは、CPUのプログラムの基本です。
　しかし、制御はマルチ制御でなければ、不測の事態に対処できません。
　制御プログラムでは、この矛盾を解決する方法を考えてプログラムを作る必要が有ります。
　CPUの構造を知れば、アッセンブラ言語、機械語で書く、CPUプログラムは、CPUプログラム作りの基礎で
　基本なのが分かります。
　8bit、PICは、アッセンブラ言語で書くプログラムが基本で、CPUの構造から、最良の言語です。
　CPUシステムの基礎、基本を学習し制御の基本を考えるには、良い教材で、良い素材です。
　つまり、システムを知るには良い、遊び道具と言えるのです。

CPLD、FPGA
　CPLD、FPGA は、プログラマブルロジックデバイスです。
　エントリーツール「ロジック回路、ＨＤＬ、ステートマシン」で入力したデータをデバイスに書き込む事で、
　簡単に１個から、専用のデバイスを作ることが出来ます。
　デバイスの中身は、ロジック回路なので、ロジック IC と同じ動作スピードがあり、ノイズ等の誤動作による CPU
　プログラムの暴走と、復旧処理の問題の発生が無い、利点があります。
　このデバイスは、センサーの制御、 I/F 、通信等の制御、 etc 等の色々なデバイスに利用されております。
　今回は、プログラム内容掲載していません。

ＣＰＵ 制御の基礎、基本として
　制御は、複数の制御が、同時に起動するマルチ制御システムで、初めて制御としてのプログラムと呼べます。
　単純な、単独のプログラムでは、正常時、異常時の判定が、同時に出来ない為、制御機器に使用出来ません。
　プログラムを書くときには、マルチOSを、頭の中に、描く事が出来れば、システムの不具合を小さく出来す。
　プログラムで、疑似マルチ「複数のプログラムが走る様に見える」にする事は制御を考える基礎で基本なのです。
　システム、プログラム、CPUの構造を勉強するには、単純で、安価な CPU での学習が、制御を考える近道なのです。
　制御を考えるとは、発想力、イメージ力の事です。

PIC プログラム掲載
　ここでは、制御に必要なプログラム「演算等々の」アセンブラ、マクロプログラムを掲載します。
　アセンブラは8bit CPU のマクロプログラムで 16bit 四則演算子、比較、BIN>BCD、etcを
　マクロプログラムとして掲載しています。
　掲載の全ての、アセンブラ、マクロプログラムの動作は、個々に確認をしております。
　これ等のプログラムは、自由にお使い下さい。

　システム設計において、制御プログラムは非常時を考えると、マルチプログラムにする必要があります。
　この為、通常のプログラム作りでは、最初にマルチOSを考える必要が有るのです。
　シングルステップの、プログラムで、マルチプログラムを実現する方法と、考え方を、知る必要があります。
　この為にも、自分自身で、プログラムを作る事は、CPUの問題点、マルチプログラムの問題点を知る事になります。

　良い、プログラム作りは、良い、悪いで、相対「対峙」の発想が必要となります。
　悪い、プログラムも条件が変われば「考え方、見方で」、良い、プログラムに変化します。
　良い、プログラムは、条件が変われば「考え方、見方で」、使い物になりません。
　つまり、プログラム作りは、相対的、発想、イメージが必要なのです。

操作部と表示部を兼ねる、タッチパネルを科学しましょう。

長所
　タッチパネルは、表示画面上で操作が出来、操作スイッチ、表示画面の作画作成が簡単に出来るツールです。
　また、操作画面を、パソコン等、別ソフトで作った .jpg 画像を表示画面として貼り付ける事も出来、独自の
　表現方法で、表示画面を作る事が出来ます。
　一度作った画面データを、セーブ「保持」すれば、ダウンロードする事で、個々の画像データで、直ぐに
　タッチパネルが、ダウンロードされた操作スイッチ、表示画面が、使用出来る優れたツールです。

短所

　最大の、短所は、データ通信制御時間の長さ、画面操作データの更新時間の問題です。
　タッチパネルと、制御部「シーケンサー等、CPUユニット」間とのデータ通信では、データ更新「認識」時間が
　約 500 mSec 程度必要となります。
　この時間が、タッチパネルと、人の操作タイミングとの間でタイムラグとなり、手動操作での違和感となります。
　つまり、手動操作で、移動スイッチを押しても、直ぐに移動しない感覚が起き、手動操作ツールとしては不向となります。
　感覚の違和感は、操作事故につながります。
　私は、想定操作「手動操作での、次の動きを考えたイメージ操作として、人の手による最速-通常操作」は、
　50-200 mSec と考えています。
　この時の制御サイクル「プログラム 1 スキャン時間」は 5-25 mSec を操作の理想と考えています。

半自動、自動操作、設定、表示ツールとしては、理想的と言えます。

　表示操作時間「データ認識時間」が、 500mSec ですから、手動「想定操作」は出来ません。
　画面等を、目で追って個々に確認しながら操作する、目視確認操作では、表示操作時間が気になりません。
　感覚には個人差がありますが、違和感等、操作上での問題の発生を少なく出来ます。
　つまり、違和感の対処理方法も増えると言えます。
　この事から、タッチパネルでの、操作性の向上は、知恵とアイデアで克服する以外有りません。

　タッチパネルには、長所も、短所もあります。
　通信でのタイムラグが有る、タッチパネルでの操作性を向上するには、発想と工夫が必要となるのです。

シーケンス制御、フィードバック制御としての、シーケンサーを科学しましょう。

長所
操作、性能
　シーケンサーの制御時間、制御スピードは、1サイクルタイム「制御サイクル」で左右します。
　手動操作の一種、想定操作は、アスリート、F1 レーサーが行う、イメージによる操作方法と考えています。
　この、仮想操作での1サイクルタイムは、5-25 mSec以内で、この時間が制御出来る最低限の速度となります。
　実現方法は、入出力ユニット、モーター、温度ユニット等々を、制御プログラム、 1 サイクルタイムで実行出来るように、
　シーケンサーシステムを設定しプログラムを書きます。
　これにより、シーケンサーの制御システムでも、実制御で100 mSec以内の自動制御を実現します。

　実制御での100 mSecは、アクチュエーターのコントロール時間100 mSec単位となります。
　つまり、1サイクルタイム「制御サイクル」 5-25 mSec の制御スピードは、CPU ボート基板の代わりになるのです。

言語と関数
　シーケンサープログラム言語の主流は、ラザープログラム＝リレー回路です。
　命令語には関数演算、PID、PWM、通信マクロ等々があり、関数 命令では、数値 演算等の量制御が出来きます。
　但し、命令プログラムに制限もあり、少ない言語体系でのプログラムは複雑怪奇に成ります。

短所
　データ通信処理は、1サイクルタイム「制御サイクル」毎のデータ確認となります。
　つまり、データ通信処理は、データ通信スピードと違い、通信データを、CPU内で処理する能力の事です。
　データ通信スピードは、通信ユニット等のバッファーメモリーで処理出来る量で、通信データ量が決まります。
　データ通信処理の能力は、1サイクルタイム「制御サイクル」毎での、通信ユニット、CPUのメモリーデータ
　のプログラム作成と方法で、データ通信処理能力が変わります。

　CPUボート「ボード基板」代わりとして使用する為には、システム作りとしての、通信制御は重要となります。
　この時、シーケンサーでの通信データ処理は、最低 3-4 サイクルタイム「制御サイクル」以上必要となります。
　サイクルタイムを考えた設計をするならば、メーカー提供のプロトコルマクロ等は、通信サイクル 500 mSec
　以上必要になる為に、リアルタイムでの高速データ通信処理には使用的ない事を、理解する必要があります。

　高度なプログラムを作るには、メーカー提供のサンプルプログラム等から、思考錯誤で自作する必要が有ります。
　この為には、プログラム作りで、テクニックと発想力が必要となります。
　つまり、CPU ボート「ボード基板」と同程度の時間制御は、シーケンサープログラムを、自作する必要があり、
　CPU ボート「ボード基板」と、同程度のプログラム作成には、作成時間と作成者の能力が、関わります。

制御器として作られている
　制御機器には、パソコンに取り付けたＣＰＵボートで作られたロボット言語で作動する機器があります。
　又、パソコン OS上で動作するロボット言語等のプログラムで、作動する機器も有ります。
　これ等、制御機器は、シーケンサーよりノイズ対策が良く、ありません。
　シーケンサーは、ノイズ対策に優れた制御機器で、製造工場等の、環境の悪い場所に適しています。

その他の問題点
　シーケンサーのプログラム、ユーザープログラムの保護と対策は不十分です。
　ユーザープログラム、コメント等を、シーケンサーに搭載すると、簡単にプログラムを解析出来ます。
　また、メーカーと技術問い合わせ時の、プログラムデータはシーケンサーメーカー等を通じて
　制御ノウハウを、他社に利用されるモラル的問題があります。
　シーケンサーは、これ等の点から自社開発、一品生産品、改造工事等の一時的な代替え品としての
　使用から脱するのは、難しいと思われます。

　これらは、ユーザープログラムに、明確とした、著作権がない為です。

試作品に適する訳
　使用する環境で、シーケンサー内部の情報や機器の異常を保持する、システム、モニターとしても
　シーケンサーは優れた機能を持っています。

　例）電源異常「瞬時停電」等の異常は、シーケンサー内メモリーに保持されています。
　演算処理、制御異常時のデータは、プログラムデバッグに必要で、プログラムより良く作る事が出来ます。
　新規に作成する試作品等の、ユーザープログラムには、これ等、異常状態を知る事が、必要不可欠なのです。

　新しい、システムを構築する上で、1サイクルタイム「制御サイクル」から見てもシーケンサーは、
　ボードコンピュータと、遜色が有りません。
　新規のCPUボードの開発を考えれば、シーケンサーは、コストパフォーマンスに優れていると言えます。