再生可能エネルギー プロジェクト (太陽光発電所、風力タービン アレイ、さらには小規模蓄電池システムなど) に取り組んだことがある方なら、すべてをスムーズに実行し続けるために PLC がいかに重要であるかをご存知でしょう。私は三菱電機の PLC サプライヤーで、長年にわたり、センサーの不具合から出力の不一致に至るまで、あらゆるトラブルシューティングを行いながら、数十のプロジェクトをチームに指導してきました。新しい人が犯す大きな間違いは、三菱 PLC を汎用コントローラーのように扱うことです。これらのものには、再生可能環境の成否を左右するプログラミング特有の癖があります。重要な考慮事項を詳しく説明します。目をよそるような堅苦しい技術用語は使用しません。
まず最初に、I/O モジュールについて話しましょう。I/O モジュールは、現実世界の再生可能機器と PLC の頭脳の間の架け橋です。たとえば、太陽光発電プロジェクトでは、パネルに温度センサー、インバーターに電圧計、そして場合によっては風力発電所の風速計が取り付けられています。ランダムな I/O モジュールを単に取得することはできません。再生可能センサーが出力する特定の信号範囲を処理するものが必要です。私の顧客の多くは、最初はここでケチろうとし、正しく同期しない社外モジュールを使用し、最終的に出力が台無しになる不安定なデータを生成します。
小規模な太陽光発電設備や微風力発電設備に取り組んでいる場合は、三菱 FX2N-16EYR が最適です。待ってください、はっきりさせておきますが、これは大きくて不格好なモジュールではありません。コンパクトで、狭い制御キャビネットに適合し、インバータ コンタクタやブレーカー ステータス ライトのオン/オフ信号などのディスクリート I/O を処理します。スペースが貴重な住宅規模の太陽光発電所にこれを使用しているチームを見てきましたが、安価な代替品よりもはるかに優れています。ただし、ここに FX2N モジュールのプログラミングの落とし穴があります。その I/O マッピングはハードコーディングされているため、センサーを入力 X0 から X1 に移動する場合は、ラダー ロジックを手動で更新する必要があります。一部の新しいモジュールのような自動再構成はありません。それは小さなことのように聞こえますが、セットアップをテストするときに、余分に 10 分間ダブルチェックを行うことで、後で数時間のダウンタイムを節約できます。
実用規模の太陽光発電所や 20 基以上のタービンを備えた風力発電所などの大規模プロジェクトの場合は、よりアナログ精度の高いものが必要です。そこで、MELSEC Q PLC シーケンサ QJ71LP21-25 アナログ入出力の出番です。再生可能エネルギーは、一連のソーラー パネルの正確な電圧、風力タービンが消費する電流、バッテリー バンクの充電状態などの正確なアナログ データに依存しています。 Q シリーズは、FX2N よりもはるかに優れたアナログ信号を処理し、12 ビットの分解能を備えています。これは、電流読み取り値の 0.5% の誤差でさえ、グリッドが電力注入を拒否する可能性があるグリッド接続システムにとっては交渉の余地のないものです。ここでのプログラミングも異なります。レジスタに値を投げてそれで終わりというわけにはいきません。センサーの出力範囲と一致するように、PLC の内蔵ソフトウェア (GX Works2 を使用している人なら誰でも) でアナログ チャネルを校正する必要があります。以前、お客様にこのステップを省略してもらったところ、バッテリーが 75% しかないのに PLC が 100% だと認識したため、ソーラー インバーターがバッテリー バンクを過充電してしまいました。おっと。
アナログといえば、多くの再生可能プロジェクトのもう 1 つの定番は、三菱アナログ - デジタル モジュール FX2N-2AD です。これは、アナログ入力が必要だが、Q シリーズ全体を使いたくない小規模なセットアップに最適です。 FX2N-2AD は 2 チャンネルで、温度センサーまたは変流器からの 4 ～ 20mA 信号を処理し、FX2N バックプレーンに直接接続します。ここでの大きなプログラミングのヒント: モジュールを読み取るときは、ランダムな入力を読み取るだけでなく、ラダー ロジックで FROM 命令を使用してモジュールのレジスタからデータを取り出す必要があります。新人プログラマはそのことを忘れて、なぜ温度測定値が 0 または何らかの乱数に留まるのか疑問に思います。私は昨年だけで、まさにその問題について 3 つの異なるチームを指導しなければなりませんでした。
次に、位置制御に移りましょう。風力タービンにとって非常に重要です。最適な風を捉えるためにブレードのピッチを調整する必要があるため、または太陽を追跡するソーラートラッカーです。三菱はこれに最適なモジュール、LD75P2-CM 位置決めモジュールを提供しています。このモジュールは、ブレードやトラッカーを動かすサーボやステッパーへのパルス出力を処理し、メイン PLC で位置決めロジックを実行するよりもはるかに正確です。 LD75P2 のプログラミングで重要なのは、「ホーム ポジション」を正しく設定する必要があるということですが、単に 0 がどこにあるかを指示するという意味ではありません。風力発電所では、タービンの手動位置に合わせてホーム角度を設定しないと、起動時にブレードが限界を超えて傾き、修理に 1 万ドルかかります。私はある顧客に、ホーム ポジションを 15 度ずらしてプログラムしたため、最初の起動時にサーボ アームが曲がったという困難な方法を学ばせました。この話の教訓: 実際のハードウェアではなく、最初にシミュレーション モードで位置決めロジックをテストしてください。
太陽光発電、風力発電、蓄電池を備えたハイブリッド再生可能システムなど、非常に大規模で複雑なセットアップの場合は、複数のモジュール、ビッグデータ、および他のデバイスとの通信を処理できる PLC が必要です。そこで、産業用三菱プログラマブル コントローラ Plc Melsec FX5U シリーズ FX5U-64MR/ES が威力を発揮します。これは三菱の新しいミッドレンジ PLC で、複数の部品を同期する必要があるプロジェクトにとって大きな変革をもたらします。 FX5U にはイーサネットが内蔵されているため、インバーター、バッテリー管理システム (BMS)、さらにはクラウド プラットフォームと通信して監視することができます。ここでのプログラミングは、FX2N や Q シリーズよりもはるかに柔軟です。さまざまなシステム部分に構造化ロジック (ラダーだけでなく) を使用できます。これは、プログラマーのチームがプロジェクトに取り組んでいる場合に非常に役立ちます。ただし、FX5U にはプログラミングの癖が 1 つあります。グリッド レポート用にデータをログに記録する場合、リアルタイム クロック (RTC) をネットワーク タイム プロトコル (NTP) サーバーと同期する必要があります。私は、チームがそのことを忘れており、発電ログに間違ったタイムスタンプが付いているため、送電網に供給したエネルギーに対する電力会社からの支払いが不可能になっているのを見てきました。それは小さな間違いではありません。私たちは何ヶ月にもわたって収益が失われることについて話しています。
待ってください。通信プロトコルのことを忘れないでください。これが再生可能プロジェクトの成否を左右します。三菱 PLC は、Modbus RTU/TCP、Profinet、EtherNet/IP などの主要な PLC をすべてサポートしています。ただし、ここにプログラミングのコツがあります。プロトコルを有効にするだけで、それが機能することを期待することはできません。たとえば、BMS と通信する場合は、レジスタ アドレスが正確に一致していることを確認する必要があります。 PLC がレジスタ 40001 を読み取り、BMS がレジスタ 40002 にデータを送信している場合、ガベージが発生します。私がかつて所有していた太陽光発電所では、PLC が誤った SOC (充電状態) 値を読み取ったため、バックアップ発電機が作動せず、夜間にバッテリーが消耗していました。プログラマーが同様のプロジェクトからコード行をコピーし、アドレスをチェックしなかったため、レジスタの不一致を特定するのに 2 日かかりました。これは、特に送電網に電力を供給する期限に迫っている場合には、再生可能エネルギープロジェクトのスケジュールを台無しにする一種の遅れです。
もう 1 つの重要な考慮事項は、電力の信頼性です。再生可能エネルギープロジェクトは、砂漠の太陽光発電所や山の尾根の風力発電所など、停電が珍しくない遠隔地で行われることが多い。三菱 PLC には優れた停電保護機能が組み込まれていますが、「停電回復」ロジックを正しくプログラムする必要があります。たとえば、PLC の電源が一瞬失われた場合、リセットして収集していたすべてのセンサー データを失うのではなく、通常の動作を再開する必要があります。私はいつもお客様に、バッテリーの SOC やソーラー パネルの電圧などの重要なデータを保存するために PLC の「保持レジスタ」を設定するように伝えています。これにより、電力が復旧したときにゼロから再起動する必要がなくなります。短い電力瞬断中に PLC がリセットされ、太陽光発電インバータが 2 時間アイドル モードになり、数千ドルのエネルギー損失が発生したプロジェクトを見てきました。
ああ、具体的に太陽追跡ロジックについて話しましょう。太陽を追って移動するソーラー トラッカーを使用している場合、PLC は太陽の位置を正確に計算する必要があります。 FX5U は内蔵の天文計算機能でこれを処理できますが、プログラミングではプロジェクト サイトの正確な緯度と経度を設定する必要があります。間違った座標を入力すると、トラッカーが数度ずれてしまい、1 日の発電量が 5 ～ 10% 減少します。これは簡単なことではありません。1 年間で合計すると、数万ドルの収益損失になります。テキサス在住の顧客が、誤ってカリフォルニアの座標を入力してしまいました。私たちがそれを修正するまで、彼らの太陽光発電は予測より 8% 低かったのです。
さて、私が目にするよくある間違いについて実際に見てみましょう。なぜなら、ほとんどのチームが間違いを犯しているのはそこだからです。まず、インストール前に実世界のデータを使用してロジックをテストしません。多くのプログラマーはソフトウェアでシミュレートされたデータを使用しますが、実際のセンサー データにはノイズが多い場合があります。たとえば、風速センサーの測定値が 1 秒間に時速 5 マイルから時速 80 マイルに跳ね上がる場合があり、PLC ロジックがそのノイズを処理できない場合、タービンが不必要に停止する可能性があります。 2 番目に、コードを文書化していないことです。 6 か月後、新しいプログラマーが変更を加えるためにやって来ると、各行が何をしているのか理解できず、何かを壊してしまいます。第三に、三菱の再生可能エネルギーに関するプログラミングガイドラインに従わないこと。三菱自動車は、ほとんどの場所で義務付けられている単独化防止ロジックなど、系統連系要件を処理するための具体的な手順を定めています。それを失敗すると、罰金を科せられたり、公共事業会社から営業停止になったりする可能性があります。
したがって、再生可能エネルギー プロジェクト用に三菱 PLC を選択してプログラミングするとき、重要なのは、最大または最も安価なモジュールを入手することだけではありません。 PLC とモジュールをプロジェクトのサイズに合わせること、アナログ入力を正しく校正すること、トラッカーやブレードに適した位置決めロジックを設定すること、通信プロトコルを同期すること、停電に対処すること、さらには太陽の座標を正しく取得することも重要です。プログラミングのあらゆる細かい点が積み重なって、どれだけの電力を生成し、システムの信頼性が高まり、どれだけの利益が得られるかにつながります。
再生可能エネルギー プロジェクトの真っ最中で、適切なモジュールの選択、ロジックのデバッグ、またはグリッド要件を満たしているかどうかの確認など、三菱製ギアの PLC プログラミングで行き詰まった場合は、お問い合わせください。私は小規模な住宅用太陽光発電からタービン 100 基の風力発電所まで、あらゆる分野でチームと協力してきました。時間と費用がかかる間違いを避けるお手伝いをします。小規模なセットアップ用の FX2N から大規模なハイブリッド用の FX5U まで、必要なモジュールがすべて揃っています。システムがスムーズに動作することを確認するためのプログラミング手順を順を追って説明します。
参考文献
- 三菱電機株式会社（2022年）。再生可能エネルギー アプリケーション向けの FX シリーズ PLC プログラミング マニュアル。三菱電機オートメーション公式ドキュメントより取得
- 三菱電機株式会社（2023年）。 MELSEC Qシリーズ 系統連系システム用アナログユニット校正ガイド。三菱電機オートメーション公式ドキュメントより取得
- 国際電気標準会議 (IEC)。 （2021年）。 IEC 61850: 電力事業自動化のための通信ネットワークおよびシステム。スイス、ジュネーブ: IEC
- 三菱電機株式会社（2022年）。 LD75P2-CM 風力タービンブレードピッチ制御用の位置決めモジュールプログラミング。三菱電機オートメーション公式ドキュメントより取得
- 太陽エネルギー産業協会 (SEIA)。 （2023年）。実用規模の太陽光発電プロジェクトにおける PLC プログラミングのベスト プラクティス。ワシントン DC: SEIA