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しじんかつま
5 years ago
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1 省エネに寄与するグリーンセンサネットワークシステムの構築と実証実験スマートファクトリ ( 製造ライン ) のためのネットワークシステムの開発 ( 東京電力東光高岳 ) 東京電力 ( 株 ) 横坂雅樹

2 発表内容 1. 背景と目的 2. 開発テーマ概要目標 3. 開発内容と取り組み 4. ネットワークシステムの開発成果 5. 活用分野 6. まとめ

3 1. 背景と目的工場におけるエネルギーマネジメントの現状大口製造業の多くはエネルギー監視システムは導入されているが電力消費の8 割以上を占める生産用機器において機器設備毎の原単位管理が行われていない工場におけるエネルギーマネジメントの課題生産機器生産設備単位の電力計測ニーズは高いものの大量のセンサを設置する必要があり多額の設備投資がかかる対策の方向性本研究は上記の観点から各種センサを活用工場におけるエネルギー消費量および電力負荷の最適化制御手法を確立省エネルギーおよび電力負荷平準化を目指す

4 2. 開発テーマ概要目標 1) 電流センサの評価 H25 年度 : H26 年度 : センサの仕様及び計測手法の検討センサ開発にフィードバック 2) センサネットワークの構築と評価 H25 年度 : H26 年度 : センサの試作機とネットワークネットワークシステムの信頼性等検証コントローラ (STiNC) のI/F 構築様々なハードウェア(GCON 等 ) との I/Fの構築の検討実証 3) エネルギーの最適化シミュレーションの検討異業種の設備毎の詳細な電力データ取得 H24 年度 :3 事業所 H25 年度 :10 事業所 H26 年度 :2 事業所工程または設備単位の省エネシミュレーション H25 年度 : H26 年度 : 省エネ( または電力ピーク抑制 ) ビジネス化に向けたセンシングデータプログラムの構築の活用についての検討

5 3. 開発内容と取り組み 1) 電流センサの評価 1ファクトリー向け電流センサの検討事業所( 工場 ) 計測におけるセンサの課題ファクトリー向け無線電流センサの試作無線電流センサの計測性能評価無線電流センサ( 試作 ) の課題と対策無線電流センサの優位性比較 2) センサネットワークの構築と評価 1マルチホップの必要性実証確認 2 GCONとの接続評価 3) エネルギーの最適化シミュレーションの検討 1 業種別データ解析事例省エネ効果の検討

4.1) 電流センサの評価 ( 事業所 ( 工場 ) 計測におけるセンサの課題 ) 15 事業所 ( 工場 )

計測部電流 80A 130A 計測性能誤差 ±5% 電源方式ボタン電池寿命 2 年間無線方式特定小電力 :2.

無線クランプセンサーコントローラー受信機課題測定箇所の電流値やケーブル径が無線クランプセンサの仕様に合わない場合がある (

6 4.1) 電流センサの評価 ( 事業所 ( 工場 ) 計測におけるセンサの課題 ) 15 事業所 ( 工場 ) による計測状況から課題の抽出項目センサ仕様無線クランプセンサー使用した無線クランプセンサ (G 社製 ) CT クランプ型 CT 計測部電流 80A 130A 計測性能誤差 ±5% 電源方式ボタン電池寿命 2 年間無線方式特定小電力 :2.4GHz 通信通信間隔 1 分間隔通信距離 5m 程度 ( 金属箱内に設置 ) サイズ ( 無線部のみ ) mm 無線クランプセンサーコントローラー受信機課題測定箇所の電流値やケーブル径が無線クランプセンサの仕様に合わない場合がある ( 大電流大径のセンサが必要 ) センサの無線が分電盤の外まで届かないセンサと受信機の分電盤内に設置しないと通信できない分電盤内で電源 (AC コンセント ) が確保できない

4.1) 電流センサの評価 ( ファクトリー向け無線電流センサの試作 ) ファクトリー向け無線電流センサを試作実証

) クランプ CT ( 大容量 600A タイプ ) コアレス ( マルチタイプ ) コンセント型マルチホップ中継器

7 4.1) 電流センサの評価 ( ファクトリー向け無線電流センサの試作 ) ファクトリー向け無線電流センサを試作実証大電流の測定自己給電方式広エリア通信 ( マルチホップ ) のセンサを試作実証クランプ CT ( マルチタイプ ) クランプ CT ( 大容量 600A タイプ ) コアレス ( マルチタイプ ) コンセント型マルチホップ中継器 USB 型レシーバ ( 受信機 ) スマートファクトリ向け無線クランプセンサ試作センサ計測要素電流温度電流実証結果センサ部適用電流 1A~150A 0.1A~600A 大電流用途が必要 ( 実証先において 20~30% は 150A 以上 ) 計測精度 ±5% 程度 ( 実測 ) ±2% 程度軽負荷の計測時でも精度の確保無線無線周波数帯域 2.4GHz 920MHz 無線出力 1mW 10mW 回り込み効果により分電盤外との通信を実現電源ボタン電池 (SR44 1 個 ) 寿命 : 数ヶ月 ~1 年程度自己給電型 (or バッテリ型 ) 寿命 :5 年程度メンテナンスフリーであることは重要な要素

4.1) 電流センサの評価 ( 無線電流センサの計測性能評価 ) 電流計測で電力消費傾向を把握ほぼ相似できている電気炉電力量センサ計測結果 kwh 8 7 6 5 4 3 2 1 0 電流値 (A) 1200 1000 800 600 400 0000 0030

1400 1430 1500 1530 1600 1630 1700 1730 1800 1830 1900 1930 2000 2030 2100 2130 2200 2230 2300 2330 200 0 電気炉無線電流センサ 30 分値換算結果 0 1 2

8 4.1) 電流センサの評価 ( 無線電流センサの計測性能評価 ) 電流計測で電力消費傾向を把握ほぼ相似できている電気炉電力量センサ計測結果 kwh 電流値 (A) 電気炉無線電流センサ 30 分値換算結果データロガー ( 市販品 ) から電力量算出 kwh

9 4.1) 電流センサの評価 ( 無線電流センサ ( 試作 ) の課題と対策 ) 主幹配線より電流センサへ安定した電力供給を行うことにより自己給電性能を向上電流値 40 (A) 電気炉データロガー平均値電気炉無線電流センサクランプ自己給電 :1 秒間隔計測対策 70 電流値 (A) 軽負荷時に自己給電能力不足で装置起動できず計測誤差につながる安定的な負荷がある主幹配線に自己給電装置を設置しその装置から有線で各電流センサに安定電源を供給する ( 特許出願中 )

10 4.1) 電流センサの評価 ( 無線電流センサの優位性比較 ) 簡易電流センサ ( グリーンセンサ ) を活用した安価なエネルギーマネジメントシステムを実現他社との優位性比較 ( ベンチマーク表 ) 項目今回他社無線式他社有線式精度 ±2% 程度 ±5% 程度 ( 実測 ) ±2% 程度設置作業性配線工事不要電源工事不要電池式でない場合電源工事必要配線工事必要メンテナンス性電池交換不要電池式の場合電池交換必要配線が多いほど悪い

マルチホップによる長距離通信通信信頼性向上の効果を確認東光高岳蓮田事業所モールド工場受信機中継器ポイント B ( 見通し悪い ) ポイント

11 4.2) センサネットワークの構築と評価 ( マルチホップの必要性実証 ) 1 つの受信機で広範囲に多くのセンサから情報が受信できるように中継器を用意しマルチホップが可能なネットワークを構築実フィールドにて分電盤内のセンサと分電盤外に設置した受信機との通信可能性マルチホップによる長距離通信通信信頼性向上の効果を確認東光高岳蓮田事業所モールド工場受信機中継器ポイント B ( 見通し悪い ) ポイント A 見通しが良いポイント C ( 見通し悪い ) 分電盤に設置したセンサと受信機との通信が可能 ( 受信率が高い ) 受信機との直接通信だとポイント A と同様な距離だが受信率が低い

12 4.2) センサネットワークの構築と評価 ( マルチホップの必要性確認 ) 広く見通しの悪い工場環境下における中継機利用の効果 ( 受信率の大幅向上 ) を確認見通しの良いポイント A での受信率 ( 中継機なし ) は高い水準中継機を利用することで受信率は 100% に向上中継機を利用することで受信率は大幅に向上 ( ほぼ 100%) 見通しの悪いポイント B での受信率 ( 中継機なし ) は低い

13 4.2) センサネットワークの構築と評価 (GCON との接続評価 ) クラウド接続 (GCON 接続 ) ができることを確認 3G LTE WiFi GCON 1 分毎にセンサ情報を FTP で通知 STiNC II WAN LAN センサネットワーク GCON クラウド画面 GCON-STiNCII 設置状況 ( フィールド検証 ) センサ設置状況 ( 分電盤設置 )

14 4.3) エネルギーの最適化シミュレーションの検討 1 多業種において, 工程または設備単位における省エネ率 10% 以上を達成できることを確認業種対象工程工程形式省エネ率省エネ率試算範囲工程単位設備単位主な省エネ手法待機電力機器立上げ一般機械 1 金属部品ディスクリート 41% - 一般機械 2 金属部品ディスクリート 3~28% - 樹脂製品ペットボトル連続 28% - 食料品弁当ディスクリート 17% - - 飲料乳製品連続 7~14% - 電力量 (kw) 待機時製品投入時 0 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00

設備における省エネ手法はほとんどの場合待機電力や設備の早期立上げによるロス対策で可能ムダな電力の算出 + 見せる化

15 4.3) エネルギーの最適化シミュレーションの検討 2 省エネが進んでいると言われる国内の工場においても生産設備そのものの省エネ余地は大きいバラまきセンサによる省エネポテンシャル大生産工程設備における省エネ手法はほとんどの場合待機電力や設備の早期立上げによるロス対策で可能ムダな電力の算出 + 見せる化が重要通常省エネは一度対策すれば終わりだが生産ラインの電力消費データは設備稼働率と相関することが多い工場経営データにもなるため常設性が高いムダな電力の見せる化

16 5. 活用分野参考資料 : 東京電力が検討するグリーンセンサネットワークを活用したエネルギーマネジメントビジネスのイメージ東京電力工場側一次側 Aルート Aルートスマートメータ ( 電力量 ) 二次側 MDMS Internet 小型電流センサ BEMS/FEMS ( 東光高岳製 ) データ分析結果フィードバック ( コスト低減事業活動改善等 ) 流量センサ ( 冷温水ガス ) 事業活動データ (POS MES 等 ) ビジネスプラットフォーム企業一括管理

17 6. まとめ大きなエネルギーを消費する工場への適用拡大を目指し既設工場でのシステム構築を考慮した安価で作業性に優れたセンサを試作検証生産設備毎のきめ細かい計測を実現して工場設備のエネルギー見える化システムを構築自己給電技術とマルチホップ無線技術を利用して設置とメンテナンス性に優れたセンサを実現することで工事費用を大幅に削減できシステム全体費用 ( イニシャルランニング ) をコストダウン特にエネルギー消費量が大きい工場等の産業分野においてセンサから取得されたエネルギー消費データとそれらと密接な繋がりを持つ生産活動データとの相関関係を分析 (9 業種 15 事業所 ) しセンシングデータを活用し効率的にエネルギーのムダロスを表出する手法を確立

生産ライン・設備機器メーカー双方の課題をIoTで解決！

生産ライン・設備機器メーカー双方の課題をIoTで解決！第 28 回設計製造ソリューション展生産ライン設備機器メーカー双方の課題を IoT で解決! 2017/6/21-23 株式会社日立ソリューションズ社会イノベーションシステム事業部社会イノベーション基盤開発本部第 1 部 1. IoT とは / 製造業における IoT の活用 1 1-1.IoT とは? モノのデータ ( の収集 ) 新たな価値を生む価値設備の遠隔監視故障予兆検知生産ラインの稼働率向上