納入事例：次世代CO2回収・メタネーション設備向け
統合プラント制御システム

脱炭素プロセスを支える、極めて精密な熱力学アナログ演算と
堅牢なハードウェア設計の融合

プロジェクトの全体像と当社の納入範囲

お客様：大手重工業・エンジニアリング企業様
エンドユーザー：国内大手素材メーカー様 (※非公開)

対象設備：CO2分離回収およびメタネーション設備

納入範囲：プラント制御盤筐体製造、PLCロジック設計(FBD)、HMI(OPS) 画面構築、工場試験(FAT)

規模：総 I/O 点数 560点以上、300m光長距離通信、
100ms周期データロギング

次世代エネルギープラントにおける3つの技術的ハードル

プロセスの複雑性

単なるON/OFF制御ではなく、温度・圧力補正を伴うリアルタイムの高度な熱力学アナログ演算(Tetensの式など)のPLC実装。

極めて高い安全性

毒性・高圧ガスを扱うプラントのための厳格なハードワイヤード・インターロックと、フェールセーフを担保する物理的・電気的隔離設計。

堅牢なインフラ要件

耐震クラスII (レベル2)の筐体設計、および現場から運転室まで300mを繋ぐノイズレスな光ネットワーク通信の確立。

システムアーキテクチャ:現場から運転室までを繋ぐ統合ネットワーク

制御ネットワークと保守用Ethernetの完全分離

ハードウェア設計①:過酷な環境と震災に耐え抜く堅牢な盤体設計

耐震クラスII (レベル2) 準拠。

板厚1.6mm~3.2mmの重厚な鋼板製筐体。

保護等級IP3X以上。

屋内防塵型設計。

究極の安全構造:二重扉構造。

外側扉(GOT表示窓付き)を開けても充電部に触れず、内側扉を開かないと配線・機器にアクセスできない防護設計。

ハードウェア設計2: ヒューマンエラーを物理的に排除する配線・実装基準

リレー識別ルール

AC回路とDC回路が混在する盤内において、DC用リレーを視覚的に明確に識別可能にする厳密なルールによる誤操作防止。

電磁弁保護

サーキットプロテクタ (CP) を正・負両端に設置し、異常時の確実な遮断を担保。

I/Oマネジメント: 精密プロセス制御を支える大規模な信号処理

総1/0点数:
560点以上

AO(アナログ出力): 32点
(アイソレータ保護完備)

DO (デジタル出力) : 61点
(Dry/Wet リレー駆動)

DI (デジタル入力):253点
(DC24V)

AI(アナログ入力):214点
(4-20mA 高精度温度・圧力監視)

特異なシステム構成

アナログ入力が全体の約40%を占める特異な構成。高度なプロセス変量(温度・圧力・流量)のリアルタイム監視と演算が必須であることを示唆。将来の拡張に備え、10~20%の予備I/Oを確保。

コア技術:複雑なアナログ演算ロジックのPLC実装

課題

お客様提供の高度な熱力学方程式や補正計算を、100msecのサンプリング周期内で遅延なく実行ささせる必要性。

解決

MELSEC Qシリーズの処理能力を最大限に引き出すため、FBD (Function Block Diagram)を用いて演算ブロックをモジュール化。CPU負荷を最適化しながら、プロセスエンジニアリングの意図を正確にコード化。

ロジック実装例①:CO2回収量のリアルタイム高精度演算

Data Pipeline

センサー入力

・TE: 塔出口温度
・PX: 出口圧力

熱力学演算

飽和水蒸気圧の算出
Tetens(1930)の式

濃度・流量補正

水蒸気濃度を計算し、Wet流量からDry流量へ精密補正

最終出力

吸収塔入口・出口の差分からCO2回收量(t-CO2/d)を算出

ロジック実装例 ②: エネルギー効率(再生エネルギー)の動的監視

Data Pipeline

入力パラメータ

リポイラ蒸気温度・圧力

温圧補正

蒸気潜熱・比熱の4次関数演算

供給熱量

リボイラ蒸気供給熱量(kW)

最終指標

再生エネルギー
(GJ/t-CO2)

ロジック実装例 ③: 安全かつスムーズな機器操作(PIDとバンプレス制御)

PID制御

流量偏差に基づく精密な自動バルブ開度調整。

アンチリセットワインドアップ

積分飽和を防ぎ、オーバーシュートを防止する安全機構(出力0% /100%時のトラッキング)。

バンプレス切替 (Bumpless Transfer)

手動(MAN)と自動(AUTO)の切り替え時に、操作量が急変(突変)しないよう先行指令をトラッキングするソフト設計。

HMI/OPS構築とビッグデータロギング基盤

UI/UX設計

・8系統のメイン監視画面。
・系統図から直接ポップアップするフェースプレート方式を採用。
・JIS C 0447準拠の色別ルール(異常=赤フリッカ)。
・4mm角以上の高視認性フォントを採用。

MELSOFT GX Log Viewer ロギング

・サンプリング周期:100msecの超高速処理。
・対象:500点のプロセスデータを最低1週間連続保管。
・高度なトレンドグラフによるリアルタイム/ヒストリカル分析基盤。

徹底した品質管理 (FAT) と究極のハードワイヤード安全回路

工場試験(FAT) 完了項目

アナログ熱力学演算の極限値シミュレーション

AC/DCリレーの物理的照合検査

全560点1/0の導通および信号バウンステスト

ハードワイヤード・フェールセーフ

非常停止回路や安全インターロックは、PLCのソフトウェアに依存しない設計。「正常時ON(クローズ)」となる実配線の物理リレー回路で構成し、断線時や停電時にも確実に安全側に倒れる究極の保護を実現。

プロジェクトの成果と提供価値

Next-Gen Energy Plant Stability

複雑なプロセス制御、次世代エネルギープラントの
計装・制御設計は当社にお任せください。

高度な熱力学演算から堅牢なハードウェア設計まで、
統合的なソリューションを提供します。