石油・ガス設備向けHMIハードウェア設計ガイド

クイック判断：仕様書の先頭に置く項目

石油・ガス向けHMIは危険場所と完成機器の責任範囲から決める

石油・ガス向けHMI（HMI oil and gas）の起点は、現場が危険場所かどうかを設備側が分類することである。日本の労働安全衛生規則第280条は、引火性物質の蒸気または可燃性ガスが爆発危険濃度に達するおそれのある箇所で、対象物質と危険度に応じた防爆構造電気機械器具の使用を求めている。厚生労働省の2021年通知では、危険箇所の分類方法としてJIS C 60079-10と労働安全衛生総合研究所（JNIOSH）の技術指針が示されている。したがってHMI供給者が図面だけを見てZoneや防爆方式を推測してはならない。(労働安全衛生規則 第280条、厚生労働省 基安発0218第1号)

入力には区域名だけでなく、ガスか粉じんか、物質、機器グループ、EPL、温度等級、最低・最高周囲温度、設置国を含める。IEC 60079-0:2026の一般要求が想定する標準大気条件は−20～+60 °C、80～110 kPa、酸素体積分率約21%であり、この範囲外では追加検討や追加試験が必要になり得る。低温起動、強い日射による内部温度上昇、標高、酸素富化を「広温度部品」でまとめて処理することはできない。(IEC 60079-0:2026)

危険区域の分類と機器の選定は別工程である。危険場所向けATEX対応HMIハードウェアで扱う保護方式や表示記号を参照しつつ、最終判断は適用国の法規、認証機関、設備所有者の要求に合わせる。

HMIハードウェアは前面スタックと筐体接合部で成立する

HMIは「LCD＋タッチ」ではない。前面から、カバーガラスまたはハードコート樹脂、印刷・グラフィック層、接着または光学接合、タッチセンサー、LCD、バックライト、支持フレーム、ガスケット、ベゼル、コントローラ基板、FPC／ハーネス、コネクタ、ケーブル入口までが一つの機械・光学・電気スタックである。HMIパネルとは？構造とOEM組み込みの要点で基本構造を確認したうえで、石油・ガス設備では次の境界を図面化する。

1. 外気に触れる境界：表示窓、印刷端、接着端、キー周囲、ベゼル継ぎ目、ねじ穴。
2. 筐体へ荷重を渡す境界：ガスケット圧縮面、取付ボス、クランプ、溶接またはスタッド位置。
3. 電気を渡す境界：電源、タッチ信号、表示信号、LED、接地端子、シールド、ケーブルグランド。
4. 保全で開く境界：交換部品、工具、締付順序、再シール方法、再検査の要否。

前面だけのIP試験合格は、背面コネクタ、グランド、ドレン、扉、筐体接合部を含む完成品の保護等級を保証しない。NEMAの技術資料も、組立品の定格は構成部品の最も低い保護レベルに制約されると説明している。(IEC 60529、NEMA Engineering Bulletin 123)

防爆認証は部品証明を足し算しても完成機器認証にならない

IECExのCertificate of Conformity（CoC）は完成したEx機器、コンポーネント証明は単独使用を意図しない特定部品、Unit Verification Certificateは一品または極少数の特定個体を対象とする。IECExはExコンポーネントについて、完成機器へ組み込んだ後に追加認証が必要な部品と定義している。認証済みディスプレイ窓、グランド、端子、電源を集めても、開口加工、内部配線、発熱、接地、締結、表面材料を含む完成HMIが自動的に認証済みになるわけではない。(IECEx Certified Equipment Scheme)

本質安全も「低電圧」の別名ではない。IEC 60079-11:2023は、爆発性雰囲気へ露出する回路が点火を生じ得ないよう構造と試験を評価し、危険場所外の関連機器も回路安全へ影響する場合は対象に含める。さらに設置、機器選定、初期検査はIEC 60079-14:2024の範囲である。前面タッチ回路、FPC、バリア、コネクタ、ケーブル長、接地の変更は、電気機能が同じでも認証評価へ影響し得る。(IEC 60079-11:2023、IEC 60079-14:2024)

RFQでは「認証対応希望」と書くのではなく、認証主体、対象モデル、対象国、証明種別、適用規格版、許容する認証済み部品、変更管理責任を指定する。JASPERが製作する前面アセンブリの適合性と、設備OEMまたは認証機関が判断する完成機器の適合性を同じ欄にしない。

日光、手袋、積水は同じ前面サンプルで評価する

屋外可読性はLCDの白輝度だけでは決まらない。NISTの昼光下表示研究は、日光・天空光による反射と表示コントラストを組み合わせて評価する方法を示している。ISO/TR 9241-313:2025も、測定した反射係数から特定の屋内・屋外照明条件における表示性能を予測する枠組みを扱う。一方、IEC 62977-2-1:2021の基本光学測定は暗室条件である。データシートのcd/m²と暗室コントラストだけで「直射日光下で読める」と判定せず、完成前面の反射、視角、表示色、日射による温度上昇を実機条件で確認する。(NISTの昼光下コントラスト研究、ISO/TR 9241-313:2025、IEC 62977-2-1:2021)

タッチ方式は操作具と表面状態で選ぶ。PCAPは厚いカバー、手袋感度、水滴抑制、EMC耐性を同時に調整する必要があり、感度だけを上げると積水やノイズに対する余裕が変わる。MicrochipのAN2934は、水分が静電容量測定を変化させ、電極間を橋絡すると誤検出が起こり得ることを示す。Texas InstrumentsのTIDA-00343は、厚いガラス越し、手袋、水・油・粉じんを含む条件を特定のセンサー、空隙、回路で実証したリファレンス設計であり、任意のPCAP構成への保証ではない。(Microchip AN2934、Texas Instruments TIDA-00343)

受入試験には、裸手、指定手袋の乾燥／濡れ、油膜、水滴、連続水膜、拭き取り中、画面端、長押し、二点入力、接地あり／なし、量産予定のカバー厚と印刷を含める。確実な単一点入力を優先するなら抵抗膜、メンブレンキー、機械スイッチも候補になる。ただし緊急停止や独立安全機能を表示タッチだけに集約する判断は、HMI前面部品の選定では完結しない。

振動、腐食、シール、接地は故障経路で結ぶ

過酷環境向け設計では、定格表を横に並べるより、侵入経路と荷重伝達を追う。過酷環境向け高耐久HMI設計と併せ、次の故障経路を図面レビューの対象にする。

IEC 60068-2-6:2007は正弦波振動で供試品の機械的弱点や性能劣化を調べる共通手順を示すが、特定HMIの合格周波数、加速度、掃引数、時間を自動的に決めない。OEMは実機スペクトル、取付方向、質量、治具剛性、通電状態、許容する表示瞬断を入力する。(IEC 60068-2-6:2007)

腐食も材料名だけでは閉じない。ISO 12944-9:2018は海洋大気や海水・汽水に曝されるオフショア関連構造物の炭素鋼塗装系を対象とし、ステンレス、配管、埋設構造等は対象外である。HMIのカバー、インク、粘着材、ガスケット、めっき、筐体、ねじは、薬品名、濃度、温度、接触時間、洗浄方法、傷付き状態を合わせて評価する。(ISO 12944-9:2018)

接地図では保護ボンディング、機能接地、ケーブルシールド、タッチコントローラ基準、筐体接続点を分ける。IEC TR 61000-5-2は接地と配線をEMC設置設計として扱う。ESDはIEC 61000-4-2:2025、電源・信号ポートのサージはIEC 61000-4-5:2014+A1:2017を候補にできるが、試験レベルと性能判定は製品規格と案件リスクから決める。後者は直撃雷電流の試験ではない。(IEC TR 61000-5-2、IEC 61000-4-2:2025、IEC 61000-4-5:2014)

遠隔操作を採用してもローカルHMIと安全計装の境界は残る

遠隔HMIは危険区域内の滞在を減らし、中央監視を可能にするが、ローカル入力を省略できるかは別問題である。設計入力には、ローカルと遠隔のどちらが操作権限を持つか、権限切替を何で表示するか、通信断・遅延・電源復帰時に何を許可するか、現場保全で必要な物理操作器は何かを含める。

安全計装システム（SIS）の成立はHMIの表示品質だけで決まらない。IEC 61511-1:2016はプロセス産業のSISについて仕様、設計、統合、設置、運用、保全を安全ライフサイクルで扱う。HMI前面アセンブリは画面と入力のハードウェア境界を担うが、SIL、インターロック、トリップ、アラーム優先度、制御権限を自動的に成立させない。(IEC 61511-1:2016)

アプリケーションリスクマトリクスで優先試験を決める

選ぶべきでない構成と見直し条件

• 危険箇所の分類が未確定なのに、一般産業用パネルPCを先に固定しない。
• 厚手の非導電手袋、連続水膜、確実な単一点入力が必須なら、PCAPだけを前提にしない。
• 直射日光、偏光サングラス、斜め視認があるなら、LCD輝度だけで発注しない。
• 高圧洗浄、背面浸水、塩霧があるなら、前面IP定格だけで完成筐体を承認しない。
• 振動源のスペクトルと取付方向が不明なら、カタログの「耐振動」を合否根拠にしない。
• 薬品名、濃度、温度、接触時間が不明なら、「耐油」「耐薬品」材料を確定しない。
• 完成機器CoCが必要なら、Exコンポーネント証明だけを納入条件にしない。
• 緊急停止、トリップ、SIL要求があるなら、通常のタッチ画面操作へ安全機能を集約しない。

検証計画は実装状態、通電状態、合否判定まで図面化する

試験片ではなく、量産予定のカバー、印刷、接着、LCD、タッチ、ベゼル、ガスケット、締付条件、ケーブル入口を含む前面サンプルで確認する。産業用HMIパネル設計チェックリスト｜10のリリースゲートを設計審査へ組み込み、環境試験ごとに前処理、取付治具、通電、操作、ログ、許容する一時劣化、試験後検査を定義する。

試験・検証計画では、可読性、タッチ、シール、振動、温湿度、腐食、ESD、サージを個別試験名だけで列挙せず、同じ故障経路を再現できる順序にする。たとえば振動後にシールを確認し、温湿度後にタッチ基準値と接着端を確認する。設計凍結前の試作・サンプル承認では、ゴールデンサンプル、承認済み手袋、表示パターン、締付トルク、コントローラ設定を版管理する。

よくある質問

石油・ガス設備向けHMIで最初に決める仕様は何ですか？

最初に決めるのは画面サイズではなく、設置国、危険箇所区分、ガスまたは粉じん、機器グループ、EPL、温度等級、周囲温度、完成機器の認証主体です。この入力が防爆方式、電源、入出力、材料、筐体接合、試験計画を拘束します。

IECEx認証部品を使えば完成HMIもIECEx認証済みになりますか？

なりません。IECExのコンポーネント証明は、単独使用を意図せず、完成機器へ組み込んだ後に追加認証が必要な部品を対象とします。完成HMIの開口、配線、発熱、接地、ケーブル入口、締結を含む評価範囲と認証主体を別に定めます。

IP66の前面パネルなら筐体全体もIP66ですか？

前面だけのIP66試験は、背面コネクタ、ケーブルグランド、ドレン、扉、筐体継ぎ目を含む完成品を保証しません。試験境界を図面に示し、完成組立状態、取付姿勢、締付条件、通電状態、試験後の機能判定まで指定します。

日光下で読めるHMIは輝度だけで選べますか？

選べません。周囲照度、直射／天空光、前面反射、光学接合、視角、表示色、偏光サングラス、日射による温度上昇を合わせて評価します。cd/m²は必要な入力の一つですが、完成前面の周囲コントラストを代替しません。

厚手の手袋や濡れた手でもPCAPを使えますか？

構成次第で使えますが、PCAPという方式名だけでは判断できません。手袋の材質・厚さ・濡れ、カバー厚、電極、接地、コントローラ設定、水膜、油膜、EMCを量産予定の前面サンプルで試験します。確実な単一点入力なら抵抗膜や物理キーも比較します。

海上設備なら316Lステンレスを選べば腐食対策は完了ですか？

完了しません。塩分、薬品、温度、すきま、溶接・切削面、表面仕上げ、異種金属接触、ガスケット下、洗浄方法を確認します。カバー、インク、粘着材、めっき、ねじを含む材料組合せで合否を判定します。

振動試験はIEC 60068-2-6と書けば十分ですか？

不十分です。同規格は正弦波振動の試験手順を与えますが、案件の厳しさは決めません。周波数範囲、加速度または変位、掃引、軸、時間、取付治具、通電、操作、許容する瞬断、試験後シールをOEM仕様に記載します。

遠隔操作を採用すれば現場HMIを省略できますか？

運用分析なしには省略できません。ローカル／遠隔の操作権限、通信断、遅延、電源復帰、保全時の操作、状態表示を定義し、安全機能をSISのライフサイクルで分離します。HMI前面アセンブリだけでSILやトリップ機能は成立しません。

図面・RFQに必要なプロジェクト入力

• 設置国、危険箇所分類資料、ガス／粉じん、機器グループ、EPL、温度等級、周囲温度
• 表示サイズ、表示領域、輝度仕様、周囲照度、視距離・視角、直射日光、偏光サングラス
• タッチ方式、指定手袋、濡れ・油膜・洗浄液、許容入力、物理キー／非常操作器の要否
• 前面パネル図、筐体開口、ベゼル、平面度、締結、ガスケット圧縮、ケーブル入口、保全方向
• カバー、印刷、接着、筐体、ねじ、ガスケットの材料と、薬品名・濃度・温度・接触時間
• 電源、表示／タッチ信号、FPC・ハーネス、コネクタ、保護ボンディング、機能接地、シールド終端
• 振動、衝撃、温湿度、シール、腐食、ESD、サージの条件、通電状態、性能基準
• 認証主体、対象国、証明種別、適用規格版、変更管理、サンプル承認方法
• ローカル／遠隔の操作権限、通信断・電源復帰時の要求。PLC／SCADAロジックは別仕様書
• 年間数量、希望する試作段階、承認日程、版管理方法

表示サイズ、前面パネル図、インターフェーススタック、使用環境、年間数量をそろえ、図面を送って技術確認を依頼してください。認証責任と検証条件が固まっている案件は、技術見積もりを依頼できます。

参考文献

1. 厚生労働省「労働安全衛生規則 第280条」
2. 厚生労働省「電気機械器具防爆構造規格」
3. 厚生労働省「危険箇所の分類の方法及び範囲の判定の方法に関する運用について」
4. JNIOSH「工場電気設備防爆指針 TR-No.46」
5. IEC, IEC 60079-0:2026, Explosive atmospheres — Equipment — General requirements.
6. IEC, IEC 60079-10-1:2020, Classification of areas — Explosive gas atmospheres.
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10. IECEx, Certified Equipment Scheme Overview.
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本稿はJASPERの依頼により作成した技術ガイドである。技術判断はメーカーを問わず適用できる設計入力に限定し、JASPER固有の認証取得、試験実績、性能値を主張するものではない。