4. internet of thingswebkc.dede.go.th/testmax/sites/default/files/4. internet of things.pdf ·...
TRANSCRIPT
Internet of Things (IoT)
หัวขอการอบรม
1. แนะนําเทคโนโลยี Internet of Things (IoT)
1.1 แนวโนมการพัฒนาสูสังคม Digital
1.2 หลักการและบทบาทของ IoT
2. การใช IoT สําหรับการบริหารจัดการพลังงาน2.1 ความสําคัญและบทบาทของระบบขอมูลสารสนเทศในการบริหารจัดการพลังงาน
2.2 แนวทางการใช IoT ในการบริหารจัดการพลังงาน
3. องคประกอบและเทคโนโลยีระบบ IoT
3.1 รูปแบบและสวนประกอบหลักของระบบ IoT
3.2 เครื่องมือวัดในระบบ IoT
3.3 ระบบสื่อสารขอมูลสําหรับ IoT
3.4 ระบบ IoT Platform
3.5 ระบบ Analytics
3.6 ระบบ Data Visualization
4. กรณีศึกษาการใช IoT : แนวทางการออกแบบติดต้ังใชงาน และผลประโยชนที่ไดรับ
1. แนะนําเทคโนโลยี Internet of Things (IoT)
1.1 แนวโนมการพัฒนาสูสังคม Digital
การพัฒนาเขาสูยุค Digital
Source: Hans-Petter Halvorsen Blog
การพัฒนาเขาสูยุค Digital
Source: Hans-Petter Halvorsen Blog
การเติบโตของ Internet
Source: CISCO
1.2 หลักการและบทบาทของ IoT
Source: Technource
กําเนิดแนวคิด Internet of Things (IoT)
The world is getting smarter.
Everything is connected.
Anytime, Anywhere, Anyplace
Gartner Hype Cycle 2017
Source: Gartner, July 2017
การประยุกตใช IoT
การประยุกตใช IoT
Source: IoT Analytics, 2016
การประยุกตใช IoT
Source: CISCO and Beecham Research
Source: Energy Management Information Systems, Planning Manual & Tools CIPEC, Canada
บทบาทและประโยชนของ IoT
ตรวจวัดและแปลง ขอมูล (Data) เปน สารสนเทศ (Information) สําหรับผูเกียวของเพื่อดําเนินการหรือบริหารจัดการ (Take Actions)
ขอมูล (Data) สารสนเทศ (Information) ความรู (Knowledge) ปญญา (Wisdom)
Class Exercise 1 ทําไม IoT ถึงมีบทบาทสําคัญในการบริหารจัดการเพ่ิมเติมจากระบบควบคุมกระบวนการหรือระบบสารสนเทศแบบเดิม
Class Exercise: ลักษณะพิเศษของระบบ IoT
ขอมูลที่ทันสมัย (Real-time)
ขอมูลตามสภาพเหตุการณที่เกิดขึ้น (Event-Driven)
ขอมูลเผยแพรจากศูนยกลางไปสูกลุมเปาหมายจํานวนมาก (One-to-Many)
ขอมูลติดตามสถานะเหตุการณที่เปล่ียนแปลงตลอดเวลาขอมูลเฉพาะจํานวนไมมาก (Small Packets) จากอุปกรณขนาดเล็ก (Small Devices) จํานวนมากความเชื่อถือไดของการสงขอมูลผานเครือขายสื่อสารที่มีความเช่ือถือมาสูงมากนักปริมาณขอมูลที่สงขณะเดียวกัน (Concurrent Data Transfer) ตั้งแตจํานวน 100 ถึงจํานวน1,000,000
ความสามารถในการรองรับและประมวลผลขอมูลในปริมาณมากระบบเปดและความยืดหยุนในการพัฒนาระบบตนทุนและทรัพยากรที่ใชในการพัฒนาและบํารุงรักษาระบบต่ําลงเครื่องมือในการวิเคราะหผลและแสดงผลที่มีประสิทธิภาพอื่นๆ
2. การใช IoT สําหรับบริหารจัดการพลังงาน
2.1 ความสําคัญและบทบาทของระบบขอมูล
สารสนเทศในการบริหารจัดการพลังงาน
Implementation & Operation
Energy Performance
ความสําคัญของขอมูลในระบบบริหารจัดการพลังงาน (ISO 50001)
Source: ISO 50001-2011
Energy Performance
Energy Use
Energy Consumption
Others Energy Efficiency
Energy Intensity
ISO 50001 Core Elements
Source: ISO 50001-2011
Planning Inputs Energy Review Planning Outputs
Past & present Energy use
-Relevantvariables affectingsignificant energyuse- Performance
A. Analyze energy use& consumption
B. Identify areas ofsignificant energy use &
consumption
C. Identifyopportunities for improving energy
performance
- Energy baseline- EnPIs- Objectives- Targets- Action plans
ISO 50001 Energy Planning
ระบบบริหารจัดการขอมูลพลังงาน
(Energy Management Information System: EMIS)
เปนสวนสําคัญหนึ่งในการผลักดัน
ระบบจัดการพลังงาน
(Energy Management System: EMS or EnMS)
Source: Energy and Greenhouse Management Toolkit, EPA Victoria, Australia Energy Management Information Systems, CIPEC, Canada
ระบบขอมูลสําหรับบริหารจัดการพลังงาน
Process (Sensors & Instruments)
Data Analysis & Decision Support Tools
Reporting Tools
Data Historian
IT Network
Monitoring & Control System
Managers, Operators, Engineers, Staff
Data
Source: Energy Management Information Systems, Planning Manual & Tools CIPEC, Canada
ระบบขอมูลสําหรับบริหารจัดการพลังงาน
ประโยชนของ EMIS
• ทําใหทราบถึงการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพหรือการสญูเสียพลังงานไดอยางรวดเร็วและทันการณ
• สนับสนุนการตัดสินใจในการดําเนนิงาน• จัดทํารายงานประสิทธภิาพพลงังานที่รวดเร็ว สม่ําเสมอ และมีประสิทธิผล• ตรวจสอบขอมูลการดําเนินงานยอนหลังได• ชวยใหเห็นศักยภาพและความคุมคาของโครงการดานพลังงาน• ตรวจติดตามประเมินผลอยางตอเนื่องและเปนรูปธรรม• สนับสนนุการตั้งงบประมาณปรับปรุงดานประสิทธิภาพพลังงาน• สนับสนนุขอมูลดานพลังงานกับระบบบริหารจัดการอื่นๆ
ระบบขอมูลสําหรับบริหารจัดการพลังงาน
2.2 แนวทางการใช IoT ในการบริหารจัดการพลังงาน
Process (Sensors & Instruments)
Data Analysis & Decision Support Tools
Reporting Tools
Data Historian
IT Network
Monitoring & Control System
Managers, Operators, Engineers, Staff
Data
Source: Energy Management Information Systems, Planning Manual & Tools CIPEC, Canada
ระบบขอมูลสําหรับบริหารจัดการพลังงาน
Internet/Intranet
User Mobile
Utility
User Mobile
User Mobile
Sensors
Gateway
Internet
Server
User Application
Big Data & Analytics
DR/EERS Link with Utility
รูปแบบระบบบริหารจัดการพลังงาน
Cloud Server & Analytics
IOT Gateway
IOT Gateway IOT Gateway IOT Gateway
IOT Gateway
Applications & Visualization on PC/Tablet/Mobile
Internet
Facility A
Facility B
Facility C
Facility D
Facility E
รูปแบบระบบบริหารจัดการพลังงาน
Secured Internet
Chilled Water for Building Cooling
Electricity
Home Energy Management System
Building Energy Management System
Smart City Energy Management System
NG Combined Cycle Power Plant
District Cooling
Substation Automation
EV Charging Management System
Street Lighting Management System
National Grid
People Awareness & Self Management
Public Utilities
External
Generation Distribution
Solar Farm
Waste to Energy Power Plant
Customer
รูปแบบระบบบริหารจัดการพลังงาน
Energy Control Charts
Source: Good Practice Guide 231, ETSU, England
Energy Consumption & Cost Breakdown
Energy Monitoring: Baseline vs. Actual
Ambient Temperature
Baseline Consumption
Actual Consumption
Energy Target & Control
Savings Potential
Energy Efficiency & Utilization
Energy Efficiency with Load Variations
Class Exercise 2 ออกแบบระบบขอมูลสําหรับบริหารจัดการพลังงาน
Class Exercise 2 จากแผนผังการใชพลังงานของโรงงาน ใหพิจารณากําหนดจุดตรวจวัดสําหรับระบบขอมูลสําหรับบริหารจัดการพลังงาน
Class Exercise 2 จากแผนผังการใชพลังงานของโรงงาน ใหพิจารณากําหนดจุดตรวจวัดสําหรับระบบขอมูลสําหรับบริหารจัดการพลังงานกระบวนการ/อุปกรณ SEC ขอมูลที่ตรวจวัด ความถ่ีของการวัด วิธีการเก็บขอมูล หมายเหตุ
พลังงานไฟฟา
Fuel Oil
Class Exercise 2 กระบวนการ/อุปกรณ SEC ขอมูลที่ตรวจวัด ความถี่ของการวัด วิธีการเก็บขอมูล หมายเหตุ
พลังงานไฟฟา Main electricity
supply kW, kWh ตอเนื่อง Power meter
เพื่อสอบทวนกับมิเตอรการไฟฟา
Chiller kW/ton kW, kWh ตอเนื่อง Power meter
Chilled water
supply temperature ตอเนื่อง Communication link
from chiller panel
Chilled water return
temperature ตอเนื่อง Communication link
from chiller panel
Chilled water flow ไมตรวจวัด คาคงที่จาก Spec
Production
(แยกวัด) kWh/ton production kW, kWh ตอเนื่อง Power meter
Ton product รายกะ 12 ชั่วโมง ใชขอมูลจากฝายผลิต
Class Exercise 2 กระบวนการ/อุปกรณ SEC ขอมูลที่ตรวจวัด ความถี่ของการวัด วิธีการเก็บขอมูล หมายเหตุ
Fuel Oil
Boiler 1 & 2
(แยกวัด) liter/ton steam
Fuel oil supply to
boiler ตอเนื่อง Fuel oil flowmeter
Fuel oil return from
boiler ตอเนื่อง Fuel oil flowmeter
Steam flow from
boiler ตอเนื่อง Steam flowmeter
อาจวัดที่มิเตอรน้ําปอนและประเมิน BD
Production 1 & 2
(แยกวัด)
ton steam/ton
production
Steam flow to
production ตอเนื่อง Steam flowmeter
Ton product รายกะ 12 ชั่วโมง ใชขอมูลจากฝายผลิต Key-in
ใชขอมูลเดียวกับพลังงานไฟฟา
(https://demo.thingsboard.io/dashboards/e8e409c0-f2b5-11e6-a6ee-bb0136cc33d0?publicId=963ab470-34c9-11e7-a7ce-bb0136cc33d0)
Dashboards – Thingsboard.io
3. องคประกอบและเทคโนโลยีระบบ IoT
3.1 รูปแบบและสวนประกอบหลักของระบบ IoT
Source: Dell
องคประกอบของระบบ IoT
Hardware Sensors Communication Protocols
Cloud Services Applications
Sensors Network Data Analytics & Devices Infrastructure Management & Business Intelligence
Source: Dell
องคประกอบของระบบ IoT
องคประกอบของระบบ IoT
3.2 เครื่องมือวัดในระบบ IoT
Smart Energy Meters
Source: Zte
Wireless Energy and Flow Sensors
Source: GetSenso
LoRA Street Lighting
Source: AZROAD Technology
Energy & Water Metering
Source: Atago R&D
Wireless Sensors
Source: Libelium
Wireless Sensors
Source: Libelium
Wireless Sensors
Source: Libelium
Wireless Sensors
Source: Libelium
IoT สําหรับควบคุมเคร่ืองปรบัอากาศ
IoT สําหรับควบคุมเคร่ืองใชไฟฟา Air Conditioner with DR Function
Smart Thermostat Smart Plug
3.3 ระบบสื่อสารขอมูลสําหรับ IoT
2017 IoT Connectivity Battle Field
No. of Devices
Bit rate
Mobile Operator Non-mobile Operator
LTE Derivatives
NB-IoT (Low cost LTE) Standard:3GPP rel.13
LTE-M (eMTC, LTE Cat M1)
Standard:3GPP rel. 13
Licensed Spectrum
NB-Fi
915MHz, 868 MHz
920-925MHz169,433,868,915MHz
CSS: Chirp Spread Spectrum NB-FI: Narrowband Fidelity RPMA: Random Phase Multiple Access LTE: Long Term Evolution NB-IoT: Narrowband IoT
CSS
Symphony link Haystack link
920-925MHz868,915MHz
2.4GHz
RPMA
WEIGHTLESS-N
WEIGHTLESS-P
923MHz 169,423,470,780
868,915MHz
Private LTE 2-way Oriented Comm.
1-way Oriented Comm.
5.8 GHz Ready to market 2018
LPWAN
Source: Dr. Jesada Sivaraks, NBTC
IoT Connectivity
Source: NBTC
IoT Connectivity
Source: NBTC
IoT Connectivity
Source: NBTC
IoT Gateway
Industry IoT Connectivity
Source: Libelium
Industry IoT Connectivity
Source: Libelium
3.4 ระบบ IoT Platform
IoT Platform
1. Sensor send data to gateway via wireless over MQTT protocol.2. Gateway collect data from sensor, storing, filtering and forward to IoT Platform.3. Platform store raw data in database.4. Processing – process data according from type of data.5. Dashboard display graphical data to user via web & mobile.6. Control – send command back to IoT sensors.7. Analytics – perform data analytic for decision support and prediction.
IoT Sensor
Gateway IoT Sensor
IoT Sensor
Wifi, ZigBee, LoRA
MQTT
IoT Sensor
Gateway IoT Sensor
IoT Sensor
Wifi, ZigBee, LoRA
MQTT
.
.
.
FTP, MQTT
FTP, MQTT
Recommended tools : Python, Mosquito MQTT, Node-red
FTP / MQTT Server
Authentication / Filtering
Processing
Dashboard Control Analytics
Web & Mobile Applications
SQL , Hadoop Database
• Node – End Point Devices– Sensors– MCU– Firmware
• Gateway– Aggregation– Security– Filtering
• (DATA) Protocol– HTTPs– MQTT– CoAP– AMQP
• Communication• Wifi• Bluetooth• Zig-bee• ZWave• LoRA
• Database• SQL• Non-SQL
• Data Analytic
IoT Platform
IoT Platform Overview
Sensor
MCU
Communication / Protocol
Gateway
Internet / Cloud / Protocol
Database
Processing Control
3rd Party Interface (API) Human Interface Analytic
IoT Protocols
IoT Protocol: MQTT
MQTT lightweight protocol for IoT messaging
• Open open spec, standard 40+ client implementations • Lightweight minimal overhead efficient format tiny clients (kb)• Reliable QoS for reliability on unreliable networks • Simple 43-page spec connect + publish + subscribe
Bi-directional, Async “push” communication
IoT Protocol: MQTT
Simple to Implement
Connect
Reconnect
Get message
Publish message
IoT Protocol: MQTT
Wildcard subscriptions
IoT Protocol: MQTT
Minimum Traffic and Battery Life
IoT Protocol: MQTT
Quality of Services
IoT Protocol: MQTT
IoT meets Big Data
Data is integrated to IoT
IoT Cloud Platform
IoT Cloud Platform
Source: ThingWorx
IoT Cloud Platform
Source: ThingWorx
3.5 ระบบ Analytics
Data Analytics
Source: Gartner
The Gartner Analytics Continuum
Source: Gartner
The Gartner Analytics Continuum
Source: SAS Institute
Class Exercise 3 พิจารณาระดับของ Analytics จากรายงานที่ไดจากระบบจัดการพลังงาน
Class Exercise 3 พิจารณาระดับของ Analytics จากรายงานที่ไดจากระบบจัดการพลังงาน
3.6 ระบบ Data Visualization
Data Visualization
Source: Softweb Solution
ปญหาของการจัดการขอมูลธุรกิจ
Data Processing
Searching Using
1. การเลือกขอมูลที่ถูกตองเหมาะสม2. ความสามารถในการวิเคราะหขอมูล3. ขาดระบบขอมูลที่ดีพอ4. รูปแบบและปริมาณขอมูลหลากหลายจํานวนมาก5. ความรวดเร็วของการรวบรวมขอมูล
• นักวเิคราะหใชเวลา 80% ในการคนหาขอมูล• เหลือเวลาเพียง 20% ในการวเิคราะหประมวลผลขอมูล
บทบาทของ Data Visualization บนระบบ IoT
• IoT ชวยใหเกิดการไดมาซึ่งขอมูลจํานวนมากผานเครื่องมือวัดตางๆ• ขอมูลผานการวิเคราะหประมวลผลและแสดงผลในรูปแบบที่งายตอการเขาใจ• เคร่ืองมือ Data Visualization ชวยใหการวิเคราะหแสดงผลเปนไปไดอยางรวดเร็วและมี
ประสิทธิภาพ• ผูที่ไมไดมีความชํานาญเฉพาะก็สามารถใชงานได
Data Visualization
ประโยชนไดรับจาก Data Visualization
• ภาพรวมของสถานการณ• การเขาถึงขอมูลผานหลายแบบผานหนาจอเดียว• ภาพรวมของขอมูลในอดีต• การแสดงผลตามหลักเกณฑที่กําหนดไว• ความยืดหยุนในการแสดงผลและนําไปสูความเขาใจท่ีลึกซึ้ง• การกําหนดและควบคุมความปลอดภัยของขอมลู
การทํางานของ Data Visualization
• ชวยจัดกลุมขอมูลที่มีจํานวนมาก• ชวยเปรียบเทียบขอมูล• ชวยในการแสดงแนวโนมและรูปแบบของขอมูล• ชวยใหเกิดความเขาใจและแสดงความสัมพันธ
ของขอมูลที่มากขึ้น• ชวยในการวิเคราะหคาดการณ
Data Visualization
Data Visualization
4. กรณีศึกษาการใช IoT
4.1 โครงการระบบบริหารจัดการพลังงานในอาคารของภาควิชาวิศวกรรมไฟฟา จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย (CU-BEMS)
โดยการสนับสนุนของกองทุนเพื่อสงเสริมการอนุรักษพลังงานผาน สนพ.
Class Exercise 4 ระบุผลประโยชนดานการบริหารจัดการพลังงานท่ีไดรับจาก IoT ในแตละกรณีตัวอยาง และแนวทางพัฒนาระบบใหดียิ่งขึ้น
CU BEMS
Source: Department of EE, Chulalongkorn University
CU BEMS
Source: Department of EE, Chulalongkorn University
CU BEMS (http://www.bems.ee.eng.chula.ac.th:9061/bems.web/)
Source: Department of EE, Chulalongkorn University
Source: Department of EE, Chulalongkorn University
CU BEMS (http://www.bems.ee.eng.chula.ac.th:9061/bems.web/)
Source: Department of EE, Chulalongkorn University
CU BEMS (http://www.bems.ee.eng.chula.ac.th:9061/bems.web/)
Source: Department of EE, Chulalongkorn University
CU BEMS (http://www.bems.ee.eng.chula.ac.th:9061/bems.web/)
Source: Department of EE, Chulalongkorn University
CU BEMS (http://www.bems.ee.eng.chula.ac.th:9061/bems.web/)
4.2 โครงการสถานีผลิตพลังงานในหนวยงานสถานศึกษา และโรงพยาบาลของรัฐ (Campus Power)
โดยการสนับสนุนของกองทุนเพื่อสงเสริมการอนุรักษพลังงานผาน พพ.
Source: Ensol
Campus Power: วิทยาลัยอาชีพวังไกลกังวล
Source: Ensol
Campus Power: วิทยาลัยอาชีพวังไกลกังวล
Source: Ensol
Campus Power: วิทยาลัยอาชีพวังไกลกังวล
Source: Ensol
Campus Power: วิทยาลัยอาชีพวังไกลกังวล
4.3 โครงการวิจัยนํารองการดําเนินงาน
ดานการจัดการกําลังไฟฟาสูงสุดภาคประชาชน (DR100)
โดยการสนับสนุนของกองทุนเพื่อสงเสริมการอนุรักษพลังงานผาน สนพ.
DR100 – Pilot IoT Demand Management
Source: EPT, Chulalongkorn University
DR100 – Pilot IoT Demand Management
Source: EPT, Chulalongkorn University
DR100 – Pilot IoT Demand Management
Source: NDR Solution
DR100 – Pilot IoT Demand Management
Source: NDR Solution
DR100 – Pilot IoT Demand Management
Source: EPT, Chulalongkorn University
DR100 (http://www.dr100.ee.eng.chula.ac.th/dr100app/)
Source: EPT, Chulalongkorn University
Source: EPT, Chulalongkorn University
DR100 (http://www.dr100.ee.eng.chula.ac.th/dr100app/)
4.4 ระบบบริหารจัดการเครื่องอัดอากาศ
Air Compressor Demand Management System
Air Compressor Management System
On lo a d
Of f lo a d
On lo a d 9 9 %
Offl oad 1%
9 0 kW
9 0 kW
9 0 kW
9 0 kW
9 0 kW
450k W avai l abl e294k W/hr average consumpt i on
259k W/hr average consumpt i onAnnual S avi ng = 35k W x 6000hrs
7 5 kWVA R IA B L E
SPEED
3 0 kW
9 0 kW
9 0 kW
9 0 kW
No longer required - Standby
only
SMA R TSEQU EN C ER
7 . 0
7 . 3
6 . 7
7 . 0
7 . 3
6 . 7
Two units required renewal
Before After
Air Compressor Management System
Air Compressor Management System
Source: EEI
4.5 ตัวอยางการใช IoT ในอุตสาหกรรมอื่นๆ
Water Quality Control: Vietnam
Manufacturing Process: Spain
Monitoring Machine Conditions: Mexico
Water Treatment Plant: Spain
ถาม-ตอบ