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エネルギーマネジメントにおけるAWSを活用したIoTデータ取得ソリューション
2020/6/17
北海道ガス株式会社エネルギーシステム部エネルギーシステムG
國奥 広伸・小笠原 元気Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
アジェンダ
・会社概要
・背景・課題
・目的
・現場データの取得とAWS連携
・まとめ
Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
会社概要 ~北海道ガス株式会社~
1911年設立
総合エネルギーサービス事業を展開本社:札幌市東区北7条東2丁目1-1
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会社概要
46エネルギーセンター
札幌発電所ドーン!
北ガス札幌発電所
ガスと電気の最適組合せ、ICTの高度利用を通じて「効率性」「経済性」「環境性」「持続性」に優れた新たなエネルギーシステムを構築
エネルギーと環境の最適化による快適な社会の創造Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
まえおき
✔ 本発表はIoT初心者の非クラウドネイティブな社員で 取り組んだPoC段階の検討を報告するものです
✔ これからIoTを始める方や、エネルギー×IoTの分野に 興味を持って頂くことを主眼に発表します
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背景・課題~業務用分野のエネルギーマネジメント
✔エネルギーシステム全体として 最適利用・省エネが求められる
建物設計者機器メーカー
需要家
✔最適利用・省エネは需要家側に 任されている
空調機 ボイラ チラー CGS
ヒートポンプ 蓄熱槽 熱交換器 ポンプ
etc.,
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Fig. 建物エネルギー負荷(※イメージ)
背景・課題~業務用分野のエネルギーマネジメント
■積雪寒冷地における高い熱負荷■夏期・中間期・冬期で 大きく負荷変動■季節に合わせた機器設定
✔ 現場の機器(モノ)からのデータ 収集/蓄積/評価は省エネに必須
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背景・課題~業務用分野のエネルギーマネジメント
中小規模
✔BEMS/中央監視設備等で 計測・制御
✔設備がスタンドアロン(計測・制御主体の通信連携なし)
大規模
BEMS
受変電設備 空調・衛生設備 照明設備
(Building Energy Management System)BEMS/中央監視
なし専門管理者
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ガス熱源設備
???
クラウドモノ
背景・課題~クラウド非対応なレガシ―設備の連携
いずれのケースもモノ側とどのようにクラウドにつなげるかが課題
今回は、中小規模のスタンドアロンなガス熱源設備に対する
クラウドへのデータ蓄積に取り組む
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目的省エネ・設備最適運用支援を目的に、機器データを集めて蓄積・可視化することにフォーカスしたPoCを実施。
データ収集・分析基盤の構築と次ステップに向けた課題を抽出する
保守/運用作業の最小化
蓄積データを様々な活用につなげる
Wi-Fiなどの非インターネット環境
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<条件>
熱源設備 ???
クラウドモノ
クラウド非対応なレガシー設備との接続
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✔ 初心者にとってクラウド連携までの道のりは長い
クラウド
A/D変換
ゲートウェイ
FA
ネットワークセルラーネット
ワーク
①
データをどう
変換するか?
③
通信をどう
つなげるか?
✔ 初心者にとってクラウド連携までの道のりは長い
②
データをどうつなげるか?
④
クラウド設計
どうするか?
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クラウド非対応なレガシー設備との接続
熱源設備
PLC
課題① どのようにデータ変換するか?
✔汎用PLCを採用
✔何のデータを取得したいか、今後何をしたいかで選定要件が変わる
高い堅牢性が必要(5~10年)
計装機器で実績ある汎用品
他の設備とのローカル連携可熱源設備
白金
測温抵抗体
PLC: Programmarable LogicController
A/D変換
(PLCプログラミングを実施)
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課題② PLCをどうゲートウェイにつなげるか
センサレベル
フィールドレベル
コントローラレベル
コンピューターレベル
ポンプ
PLC DCS
バルブリモート
I/O
Ethernet, LAN
FL-net, EtherCAT, BAC-net, etc.,
CC-Link, PROFIBUS, Modbus,EtherCAT, EtherNet/IP, PROFINET, etc.,
PC/サーバー
省略
RS232C/RS485等
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✔ プロトコルが乱立
✔ 今回は上位PCがないためフィールドレベルに接続
情報ネットワーク
制御ネットワーク
課題② PLCをどうゲートウェイにつなげるか
ゲートウェイを購入すれば
何とかなると思った
?
PLC
→どうにもならなかった…
$_
Linuxの黒い画面…
PLC Modbus GW
MasterSlave
(現在ならEdgecrossなど、簡易に
データ吸い上げを実現できる規格有)
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Application
課題③ ゲートウェイ~クラウドがよくわからない
クラウド
GW
クラウドへセキュアに接続するためには?
クラウドへデータを送信するには?
?
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課題③ クラウドへのデータ送信
GW
SORACOM Air(セルラー回線)
SORACOMFunnel
✔ SORACOM Air 経由で SORACOM Funnel にデータを送信
✔ SIM で認証が完結しているため実装不要
✔ Application で HTTP POSTするだけ
Application
HTTP POST
閉域
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課題③ クラウドへのセキュアな接続
GW
SORACOM Air
SORACOMFunnel
HTTP POST
閉域
IoT Core
✔ SORACOM Funnel でクラウド認証と接続をオフロード
✔ セキュアな閉域接続を手軽に実現
閉域
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Application
課題③ クラウドへのセキュアな接続(保守)
GW
SORACOM Air
SORACOMFunnel
HTTP POST
閉域
IoT Core
閉域
SORACOMNapter
リモートアクセスによる保守
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TCP
Application
課題④ クラウド設計のポイント
マネージドサービス・サーバレスの活用により少ない工数で素早く構築
データの粒度を PoC で確認しつつ要件を確定させてからアーキテクチャを組む
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アーキテクチャ
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✔ データレイク( S3 ) の構築
初期段階のデータ収集・可視化プラクティス
✔ データ収集・可視化を短時間で構築
SORACOMHarvest
SORACOMLagoon
✔ クラウドアーキテクチャ構築までのオフロード
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Tips:障害の切り分け
クラウド
データの欠損が起きているが、原因は?
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Tips:障害の切り分け
熱源設備
クラウド機器
ゲートウェイ
FA
ネットワークセルラーネット
ワーク
ルータ・Application の不具合が多かった
(余談)電源ONにすることを忘れてバッテリー切れになるヒューマンエラーも…
App
ルーター
電源
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Tips:通信環境
機械室(地下階)
熱源機器
クラウド
GW
SORACOM Air
ドングル
Wi-Fi ルータ(セルラー回線)
建物特有の電波環境に悩まされた
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価値検証:QuickSightによる可視化
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・温度上昇のタイミング把握・起動/停止時間の把握・機器の温度設定最適値の推定
運用支援による省エネの実現
データより
機器設定温度が高め
数%のガス量使用量削減を実現
短期間での投資回収可能なサービスモデル構築を目指す
設定値変更
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まとめ
省エネ・設備最適運用支援を目的に、機器データを集めて蓄積・可視化することにフォーカスしたPoCを実施。
■熱源機器のデータをAWSと連携することができ、省エネ支援を実現■PoC のデータ取得ソリューションは作りこまない ✔ 汎用品、使えるものは活用し、早く現場課題を見つける (通信環境、データ粒度など) ✔ サーバーレス、マネージドサービスの活用 ✔ クラウド側はデータレイクをクッションとして柔軟な設計に
■チュートリアル・ハンズオン等、先人の知見を大いに活用
Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
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ご清聴、ありがとうございました