Allen-Bradley ControlLogixのSRTP命令を活用：分割範囲タイムプロポーション制御の実践

Allen-Bradley ControlLogixおよびCompactLogixコントローラーの命令セットは非常に広範囲です。そのため、平均的なユーザーが決して使用しない、あるいは存在すら知らない命令がたくさんあるのは当然のことです。分割範囲タイムプロポーション命令（SRTP：Split-Range Time-Proportioningの略）も例外ではありません。

私はAllen-Bradley ControlLogix製品を20年以上前にリリースされてから使用していますが、この命令を数年前に、ControlLogixとCompactLogixの命令セットのプロセス制御命令グループの中に隠れているのを偶然発見しました。

SRTP命令は、ファンクションブロックまたは構造化テキスト命令としてのみ利用可能で、残念ながらラダーロジック形式では利用できません。

図1. SRTP命令のファンクションブロック表現。

SRTP命令の仕組み

SRTPはアナログ信号を入力として使用し（通常はPIDループから）、アナログ入力に比例したデューティサイクルを持つパルスデジタル信号に変換します。最小/最大スケーリング設定が適用されます。また、この命令はデジタル信号を2つの部分に分割でき、それぞれが入力信号の特定の範囲のみに応答します（例：0〜50%を最初のデジタル出力の制御に、51〜100%を2番目のデジタル出力の駆動に設定）。

図2. タイムプロポーショナル出力の例、パルス幅変調（PWM）と呼ばれることもある。

デジタル出力は「HeatOut（加熱出力）」と「CoolOut（冷却出力）」とラベル付けされており、この命令が加熱/冷却プロセスの制御によく使用されることを示しています。加熱のみまたは冷却のみが必要な場合、ユーザーは入力範囲全体を加熱または冷却のいずれかに設定し、不要な方の出力を無視できます。出力は一般にパルス幅変調（PWM）として知られる信号に似ています。

SRTP命令の用途

SRTP命令の最も典型的な用途は、PIDコントローラーからのアナログ出力を、加熱および/または冷却アプリケーション用のパルス出力に変換することです。ControlLogixとCompactLogixのPID命令はアナログ出力を持つため、PID命令をデジタル出力で使用するには変換が必要です。

図3. SRTP命令がPIDE命令と共に使用されている様子。

パルス出力をソリッドステートリレーと組み合わせて使用すると、ソリッドステートリレーに接続された電気ヒーターのデューティサイクルを制御でき、プロセスへの熱量を制御できます。冷却が必要な場合、冷却出力は通常、プロセスへの液体冷却剤や水の流れを制御するソレノイドに接続されます。

SRTP命令の設定

命令を動作させるために使用される基本設定は9つあります。4つは加熱出力に関連し、4つは冷却出力に関連し、1つは加熱と冷却の両方に共通です。

4つの加熱設定は以下の通りです。

• 最小加熱入力
• 最大加熱入力
• 最小加熱時間
• 最大加熱時間

最小加熱入力は、最小加熱出力パルスを表す入力信号のパーセンテージです。最大加熱入力は、最大加熱出力パルスを表す入力信号のパーセンテージです。加熱と冷却の両方を分割システムで使用する場合、最小/最大加熱入力の典型的な設定はそれぞれ50%と100%です。

図4. SRTP命令の基本設定の一部を表示。

最小/最大加熱時間は、加熱出力パルスの境界限界です。最小加熱時間は、計算されたパルス時間に関わらず、加熱出力パルスがオンになる最小時間（秒）です。同様に、最大加熱時間は、計算値に関わらず加熱出力パルスがオンになる最大時間（秒）です。

4つの冷却設定は以下の通りです。

• 最小冷却入力
• 最大冷却入力
• 最小冷却時間
• 最大冷却時間

冷却設定は加熱設定と非常に似ており、唯一の違いは加熱出力ではなく冷却出力に影響することです。それ以外の定義と機能は同一です。

2つのモード間で共通の1つの設定はサイクルタイムで、出力パルスの周期と考えられます。サイクルタイムは、加熱と冷却の出力パルスの周期（秒）を設定します。

SRTP命令を使用すると、アナログ信号をPWMデジタル出力に変換する必要があるときに時間を節約し、ロジックをシンプルにできます。この命令はかなり直感的な設定オプションを持ち、一度使えば理解しやすいです。同等の代替ロジックソリューションを実装すると、煩雑で理解しにくいものになりがちです。この記事がこの命令の存在を知るきっかけとなり、次のアプリケーションで試してみるインスピレーションになれば幸いです。