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関数型言語Elixirで作る
小水力発電システム
part 1: 概要
Open Source Conference
2025 Online/Fall
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謝辞
myasu
nishiuchikazuma
32hiro
takasehideki
pojiro
satorumatsushima
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コンセプト
産業システムを
ラクに楽しく作りたい
構築するのも維持するのも
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内容
• 背景 (by kikuyuta)
– 小水力発電システムざっくり入門とこれまでの活動
• ハードウェアについて (by kikuyuta)
– Nerves マシンの開発
– 今回のハードウェア設計の方針
• ソフトウェア実装 (by pojiro)
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小水力発電所全体
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圧力管
発電所
放水口
導水管
取水堰
ヘッドタンク
総落差 (m)
流量(m3/s)
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小水力発電所（発電所内部）
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Turbine Generator
Regulation
Protection
OAM
Transformer
Switch Board Power
Grid
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小水力発電制御に求められる機能
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• 動かす、止める、保護する
– 特に異常の検出と、異常検出時に安定に安全に止めること
• 与えられた状況で最大の発電出力（効率）を出す
– 流量や需給バランスが変動する
• 管理・監視
– 状況を見る、操作する、記録を取る
– 現場とネット経由と
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これまでの歴史
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2016 2018 2020 2022
PLC
Ladder
1st Original box
Python
2nd Original box
(not used for
real applications)
3rd Original box
Elixir
Nerves
2024
Hardware:
Language:
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発電所の場所
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長野県 野沢温泉村
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本沢小水力発電所
レイアウト
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山頂
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本沢小水力発電所の仕様
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• 総落差 ≒ 80m
• 流量 ≦ 90L/s
• ペルトン水車
– 縦軸
– 電動ノズル 4射
– 出力 ≒ 55kW
• 同期発電機: 60kVA
• 蓄電池: 54.6kWh
• 系統: 6600V 60Hz
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Nerves がいごく堅牢なマシンを
• 2019年当時はそれほど多くなかった
– 産業用の環境で大丈夫な Linux ハードウェア
• 温度、湿度、振動、埃…
• 自分たちで作った
– Beaglebone（オープンソースハードウェア）をベースに
– 産業の環境に耐えられるかの試験を実施 IEC 61131-2
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第3世代のNerves箱 ExiBee
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Octavo
OSD335x C-SiP
inside
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IEC 61131-2
温度・湿度試験
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IEC 61131-2 振動衝撃試験
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制御システムのハードウェア概要
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MODBUS
TCP
Erlang Cluster
MODBUS
RTU
MODBUS
TCP
Powerhouse
Turbine / Generator
Nagasaka Ski house
Power Grid / Battery
Digital I/O
Analog I/O
Digital I/O
Other types
RTU/TCP
converter
Erlang Cluster
MODBUS/TCP MODBUS/TCP
Erlang Cluster TCP/IP/Ethernet
Optical Fiber
L2SW L2SW
Digital I/O
Digital I/O
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短いライフサイクルをどうするか
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• 小水力発電システムは何十年もいごく
– デバイス類が製造中止になったらどうする？
• 我々の回答
– MODBUS や TCP/IP/Ethernet の規格は生き続けるだろう
– Linux箱からの独立 = 本体の入出力を使わない
• すべての I/O は MODBUS 経由で
– ほとんどは Modbus/TCP、ちょっぴり Modbus/RTU
– ExiBee は Modbus/TCP のみを使い、自身の I/O は使わない
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発電所内部
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ひきつづき
ソフトウェア実装について
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by pojiro