リアルインフラエンジニアのSORACOMフル活用による現場改善プラクティス.pdf

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July 01, 2020

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  1. リアルインフラエンジニアの
 SORACOMフル活用による現場改善プラクティス 
 SORACOM UG SAPPORO 2020/7/1 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・峠幸寛 Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved

  2. アジェンダ
 ・会社概要 ・事例紹介   ・設備の遠隔監視   ・業務用分野のIoTを活用した        エネルギーマネジメント ・まとめ Copyright Hokkaido Gas

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  3. 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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  4. 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

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  5. まえおき
 ✔ 本発表はガスや電気を扱うリアルインフラエンジニアが
  IoT初心者として、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
 Copyright

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  6. IoT初心者の情報収集・技術習得の取組み エネルギー
 システム部
 ▪技術習得
 プログラミング言語
 IoT技術
 Raspberry Pi
 ESP32
 モノ


    通信
 クラウド
 ▪知見獲得
 機械学習
 画像処理
 コンテナ
 組込
 Web
 昼休みハンズオン
 外部コミュニティ
 すべて独学
 社内有志サークル

  7. ・設備の遠隔監視 ・業務用分野におけるIoTを活用した        エネルギーマネジメント 事例紹介

  8. 自己紹介 峠 幸寛
 (Yukihiro Tohge)
 
 出身地 :新潟県長岡市
 仕事 :66,000V 発電所建設


            ⇒ 社内のDX検討
    Twitter :@tohge05
 好きなサービス :
 SORACOM
 Napter

  9. 2019年一番悔しかったこと

  10. Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
 インターネット未接続監視画面の遠隔監視
 社内LAN


    ×
 社内システム
 ✔制御PCに警報が表示されるが
 ネットに繋ぐことができない
 ×
 制御PC
 ✔現場に行かないと警報画面が
  見れないため、省人化に苦労
 警報画面

  11. インターネット未接続監視画面の遠隔監視
 異常警報連絡 監視端末 (ネット未接続) 画像解析
 異常判断 CloudFront Route 53 Amazon

    S3 メール グループウェア etc.,, Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
 SORACOM Air 現場に行かなくても、状態確認可能
 異常時は発報連絡を通知
 画面を
 直接撮影
 Plan-Du

  12. Kryptonを活用した認証情報のオフロード
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  13. ・設備の遠隔監視 ・業務用分野におけるIoTを活用した        エネルギーマネジメント 事例紹介 Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All

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  14. 自己紹介
 國奥 広伸
   (Hironobu Kunioku, Ph.D.)
 
 出身地 :石狩市
 仕事 :発電所,

    EMS開発
 好きなサービス:
 SORACOM
 Funk
 小笠原 元気
 (Genki Ogasawara)
 
 出身地 :札幌市
 仕事 :クラウド, EMS開発
 好きなサービス:
 SORACOM
 Harvest
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  15. 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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  16. 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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  17. 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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  18. ガス
 熱源設備
 背景・課題~クラウド非対応なレガシ―設備の連携
 省エネ支援のため、データ取りは毎回現地に出向いていた
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 ✔ 現状把握に多くの工数を要する
 ロガー等
 測定機器 

  19. 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
 ✔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
 Copyright

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 IoTを活用したいが・・・

  20. 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>

  21. 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

  22. 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

  23. 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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  24. 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

  25. 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
 Master
 Slave
 (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

  26. 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?
 ? Copyright Hokkaido Gas Co.,

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  27. 課題③ クラウドへのデータ送信
 GW SORACOM Air (セルラー回線) SORACOM Funnel ✔ 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 Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved

  28. 課題③ クラウドへのセキュアな接続
 GW SORACOM Air SORACOM Funnel 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 Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
 Application
  29. 課題③ クラウドへのセキュアな接続(保守)
 GW SORACOM Air SORACOM Funnel HTTP POST 閉域 IoT

    Core 閉域 SORACOM Napter リモートアクセスによる 保守 Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
 TCP Application
  30. 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 Copyright Hokkaido Gas

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  31. アーキテクチャ Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
 ✔

    データレイク( S3 ) の構築 harvest, lagoon アイコン追加
  32. 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
  33. 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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  34. ✔ データ収集・可視化を短時間で構築 SORACOM Harvest SORACOM Lagoon ✔ クラウドアーキテクチャ構築までのオフロード Copyright Hokkaido

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 初期段階のデータ収集・可視化プラクティス
  35. SORACOM Image Panel活用 温度データ SORACOM Lagoonによる可視化

  36. 追加検討① デバイス監視 GW PLC SORACOM Funk Application ping 通らない 再起動発生 AWS

    Cloud SORACOM Platform ✔ SORACOM Funkを利用して、デバイスの異常を発報通知 Funk, Funnel, Harvestと複数のサービスを使うので、 Unified Endpointを検討したが、、、
  37. 追加検討① Unifed Endpointの障壁 GW PLC SORACOM Funk 異常発報 AWS Cloud SORACOM

    Platform 正常データ 正常データのときも、Unified EndpointでFunkでLambdaが発火 (現状は別々にpostで対応) Unified Endpoint
  38. 追加検討② デバイス監視 SORACOM Inventory活用 GW PLC SORACOM Funk AWS Cloud SORACOM

    Platform SORACOM Inventory Inventory Agent 通信断 SORACOM Inventoryでの監視・制御にトライ (GWが固まり、現状は、運用見直し中) LwM2M
  39. 追加検討③ 急遽、他のデータも取りたくなった
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 1F

    2F 3F SORACOM Air for Sigfoxの活用 Sens’it sigfox 基地局 sigfox Platform SORACOM Harvest SORACOM Lagoon ✔ すぐにデータ可視化を実現

  40. SORACOMサービスをフル活用
 SORACOM Platform AWS IoT Analytics AWS Cloud ガス
 熱源設備


    温湿度
 センサー
 AWS IoT Core Channel (S3) Pipeline Data store (S3) Data set (S3) Amazon QuickSight AWS Lambda AWS CodeCommit AWS Lambda SORACOM Funnel SORACOM Funk SORACOM Inventory SORACOM harvest SORACOM Lagoon ゲートウェイ PLC IoT rule sigfox Platform Overview
  41. 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? Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights

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  42. 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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  43. 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 Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved

  44. 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IoT化することができ、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
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  45. Copyright Hokkaido Gas Co., Ltd. All rights reserved
 ご清聴、ありがとうございました