Internet of Things for Energy Saving in Factory_megatech

Internet of Things (IoT) for Energy Saving in Factory​

Source: MEGA Tech Magazine, Jul-Aug'18

Article by Assist. Prof. Yod Sukamongkol (Ph.D.)

Director of Energy Conservation Office, Faculty of Engineering, Ramkhamhaeng University

การใช้โครงข่ายของสรรพสิ่งในการอนุรักษ์พลังงานในโรงงาน

 

Internet of Things (IoT) หรือ โครงข่ายของสรรพสิ่ง เป็นเทคโนโลยีหนึ่งที่สำคัญในการผลักดันประเทศไทยและภาคอุตสาหกรรมไปสู่ในยุค 4.0 ซึ่ง IoT คือแนวคิดของระบบโครงข่ายที่รองรับการเชื่อมต่อกับสรรพสิ่งหรืออุปกรณ์ หลากหลายชนิด เข้าด้วยกันในโลกของอินเทอร์เน็ตหรือระบบเน็ตเวิร์ค เช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์เคลื่อนที่ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และ อุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ เป็นผลให้ผู้ปฏิบัติงานหรือผู้ควบคุมสามารถเข้าถึงข้อมูล ควบคุมอุปกรณ์และระบบต่างๆ ได้   เทคโนโลยี IoT มีความจำเป็นที่จะต้องทำงานร่วมกับอุปกรณ์ประเภท RFID (Radio frequency identification) วงจรสื่อสาร เซ็นเซอร์ และ ซอฟท์แวร์ ซึ่งเปรียบเสมือนการเติมสมองให้กับอุปกรณ์ต่างๆ พร้อมทั้งต้องมีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตเพื่อให้อุปกรณ์เหล่านี้สามารถรับส่งข้อมูลได้ ทำให้ระบบต่างๆ สามารถติดต่อสื่อสารและทำงานร่วมกันได้อย่างเป็นระบบ สอดคล้องกัน หรือทำงานได้ด้วยตัวเองแบบกึ่งอัตโนมัติหรืออัตโนมัติ 

 

ในภาคอุตสาหกรรม ระบบ IoT จะถูกนำมาประยุกต์ใช้ในลักษณะ โครงข่ายข้อมูลขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่ออุปกรณ์ เครื่องจักร เครื่องมือวัด และ ระบบควบคุมต่างๆเข้าด้วยกัน โดยมีเป้าหมายคือ การเข้าใจสถานะการทำงานของโรงงานแบบเรียลไทม์ พร้อมกับควบคุมภาพรวมของโรงงานอย่างเหมาะสม และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต  ภายในระบบจะมีการส่งข้อมูลผ่านโครงข่ายทำให้อุปกรณ์และระบบต่างๆ สามารถทำงานสอดคล้องกัน  มีการทำงานที่แม่นยำ ลดเวลาการทำงาน ลดการสูญเสีย เพิ่มผลผลิต กระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพดีขึ้น  เกิดการวิวัฒนาการสู่โรงงานอัจฉริยะ (Smart Factory)  

 

ส่วนการอนุรักษ์พลังงานในโรงงานอุตสาหกรรมนั้น ระบบ IoT จะถูกนำมาใช้ในลักษณะ การตรวจวัดระยะไกล (telemetry) เช่น ระบบมิเตอร์อัจฉริยะ (smart meter) ซึ่งมีความสามารถในการวัดปริมาณการใช้พลังงานและคุณภาพของสาธารณูปโภคต่างๆ (ไฟฟ้า ความร้อน น้ำ และอื่นๆ) ได้  ก่อนจะส่งข้อมูลดังกล่าวไปยังหน่วยประมวลผลเพื่อใช้ในการวิเคราะห์การใช้พลังงานในภาพรวม เพื่อหามาตรการดำเนินการอนุรักษ์พลังงานได้อย่างตรงจุดและมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตามการตรวจวัด เครื่องมือวัด และเซ็นเซอร์ จะต้องมีความถูกต้อง แม่นยำ การประมวลผลและการประมาณการที่มีความเชื่อถือได้ 

IoT Block Diagram

เมื่อรู้ข้อมูลปัจจุบันจากอุปกรณ์ต่างๆในกระบวนการผลิต ผู้ดูแลสามารถนำข้อมูลเหล่านั้นมาทำการวิเคราะห์และวางแผนการใช้อุปกรณ์ กระบวนการผลิต พื้นที่ โซนนิ่งปริมาณการใช้วัตถุดิบ รวมถึงการตัดสินใจในการเพิ่ม-ลดกำลังการผลิตได้อย่างทันท่วงที  สามารถบริหารจัดการเปิด-ปิด อุปกรณ์ต่างๆ ให้สอดคล้องกับแผนการผลิตที่วางไว้ โดยเฉพาะการใช้มอเตอร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าสูงและเป็นอุปกรณ์ต้นกำลังหลักในระบบต่างๆ เช่น ระบบปรับอากาศ ระบบอัดอากาศ และกระบวนการผลิต ถ้ามีการใช้มอเตอร์เกินพิกัดหรือต่ำกว่าพิกัดจะทำให้ประสิทธิภาพการทำงานต่ำลง ส่วนการผลิตไอน้ำหรือความร้อนในเตาเผา หากผลิตความร้อนเกินความจำเป็นต่อการผลิตก็จะทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิง ซึ่งระบบ IoT สามารถแก้ปัญหาในส่วนนี้ได้ ส่งผลให้การใช้พลังงานไฟฟ้าและความร้อนเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ สามารถลดการใช้พลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อน รวมถึงลดค่าความต้องการไฟฟ้าสูงสุดซึ่งมีอัตราค่าปรับในราคาสูงลงได้อีกส่วนหนึ่ง  เป็นการลดต้นทุนค่าใช้จ่ายด้านพลังงานและทำให้เพิ่มศักยภาพในการแข่งขันทางการตลาดอีกทางหนึ่ง

 

นอกจากนี้ระบบ IoT ยังสามารถตรวจสอบสถานะการทำงานรวมถึงมีการเก็บข้อมูลเกี่ยวกับสภาพของเครื่องจักรเช่น อุณหภูมิ การสั่น การหมุน ซึ่งข้อมูลต่างๆเหล่านี้ทำให้ผู้ใช้งานสามารถบ่งบอกถึงความผิดปรกติและประสิทธิภาพของเครื่องจักรในสภาวะการณ์ปัจจุบันได้  สามารถคาดการณ์ช่วงเวลาที่จำเป็นต้องทำการบำรุงรักษาให้เครื่องจักรมีประสิทธิภาพที่ดีส่งผลให้เครื่องจักรมีการใช้พลังงานอย่างคุ้มค่า ไม่สิ้นเปลื้อง รวมถึงการเปลี่ยนอะไหล่ของอุปกรณ์เมื่อถึงเวลา ทำให้ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา การเปลี่ยนหรือการเก็บสต๊อกอะไหล่ใหม่โดยไม่จำเป็น ซึ่งต่างจากสมัยก่อนที่ผู้ใช้งานจำเป็นต้องเก็บข้อมูลตรวจวัดการใช้พลังงานของเครื่องจักรหรือผลผลิตที่ได้เป็นช่วงระยะเวลาหนึ่งถึงจะนำข้อมูลดังกล่าวมาคำนวณและทราบถึงประสิทธิภาพของเครื่องจักร กว่าจะทราบค่าที่แท้จริงก็ใช้เวลานานและสิ้นเปลื้องค่าใช้จ่ายโดยสูญเปล่า

 

ส่วนการควบคุมสภาวะแวดล้อมในการทำงานนั้น ระบบ IoT สามารถสั่งการควบคุมระบบปรับอากาศ ควบคุม ความชื้น อุณหภูมิ และความเร็วลม ให้อยู่ในสภาวะน่าสบายโดยอัตโนมัติ โดยประมวลผลมาจากข้อมูลจากเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งในบริเวณที่ทำงาน เช่นเดียวกับระบบไฟฟ้าแสงสว่าง ในกรณีที่มีแสงสว่างธรรมชาติส่องถึงระบบก็สามารถลด-เพิ่มแสงสว่างได้ตามค่ามาตรฐานที่ตั้งไว้ได้ หรือเปิด-ปิดระบบปรับอากาศและแสงสว่างในกรณีที่ไม่มีผู้ทำงานในบริเวณนั้น เกิดการอนุรักษ์พลังงานโดยตรง อีกทั้งยังทำให้ผู้ปฏิบัติงานในพื้นที่มีความสบายและมีความสุขในการทำงาน ส่งผลให้การทำงานมีประสิทธิภาพดีขึ้น มีความร่วมมือในการปฏิบัติตามนโยบายหรือมาตรการที่ได้ตั้งไว้ เป็นการทำให้เกิดการอนุรักษ์พลังงานทางอ้อมอีกทางหนึ่ง 

เนื่องจากระบบ IoT มีการส่งข้อมูลสื่อสารระหว่างสรรพสิ่ง การเชื่อมต่อข้อมูลระหว่างผู้ซื้อ ผู้จัดจำหน่าย ผู้ให้บริการระบบโลจิสติกส์ และโรงงาน จะช่วยให้สามารถบริหารการผลิตและกระจายสินค้าให้ได้ประสิทธิภาพมากขึ้น ส่งผลให้การใช้พลังงานในโรงงาน ในคลังสินค้า และการใช้พลังงานในการขนส่งลดลง ซึ่งเป็นการลดต้นทุนที่ไม่จำเป็นอีกทางหนึ่ง

อย่างไรก็ตามแม้ Internet of Things จะเป็นเทคโนโลยีที่มีประโยชน์ในหลายด้าน อาทิ ช่วยลดการสูญเสีย ช่วยลดต้นทุนการผลิต ช่วยเพิ่มอายุและประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักร เพิ่มคุณภาพชีวิตในการทำงาน รวมถึงช่วยให้เกิดการอนุรักษ์พลังงานเพิ่มมากขึ้น แต่เทคโนโลยีนี้ก็มาพร้อมกับความเสี่ยง เพราะหากระบบรักษาความปลอดภัยของอุปกรณ์และเครือข่ายอินเทอร์เน็ตไม่ดีพอ ก็อาจทำให้มีผู้ไม่ประสงค์ดีเข้ามาทำสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ต่ออุปกรณ์และข้อมูลสารสนเทศหรือความเป็นส่วนตัวของบุคคลและโรงงานได้ ดังนั้น การพัฒนาไปสู่อุตสาหกรรม4.0 โดยใช้ IoT นั้น จึงมีความจำเป็นที่จะต้องพัฒนา เพิ่มมาตรการและเทคนิคในการรักษาความปลอดภัยด้านโครงข่ายไอที ฮาร์ดแวร์ และ ซอฟท์แวร์ควบคู่กันไปด้วย

Internet of Things for Energy Saving in Factory_01

Internet of Things (IoT) is an important technology to revolute our country, Thailand, and industry sector to be Industry 4.0.  “Things” could be very simple objects or complex devices.  Things do not need to be connected directly to the public Internet, but they must be connectable via a network such as LAN, PAN, WAN, etc.  The IoT is the network of physical objects that contain embedded technology to communicate and interact with the external environment.  The IoT encompasses hardware, embedded software, connectivity or communications services, and information services associated with the things.  An IoT solution is a product combined with a service either a one-to-one or a one-to many relations.  Therefore, things can be run as semi-automatic or automatically by themselves.

 

In the industrial sector, IoT is applied as a large communication network including devices, machines, measuring instruments, and controller units.  The ultimate goal of this technology is a generating a real-time communication and monitoring the operating status.  Those set of devices can be controlled and work with each other properly which leads to the deduction of waste or operating time with the high efficiency of productivity processes.  This implementation will be resulted in the smart factory.

 

For energy conservation, the energy efficient IoT are necessary.  Things may be consisting of simple sensors (e.g. temperature sensor), more complex sensors (e.g. power measuring device), or complex devices (e.g. circuit-breaker or PLC).  The IoT application may range from a simple monitoring or a telemetry application as smart meter such as gauging the temperature in a boiler.  IoT communications may be required offline, where information is exchanged automatically or on demand, or online allowing for real-time control.  These data are collected and analyzed the use of the energy in the factory to desire the effective and appropriate measures for energy conservation.  Therefore, the measuring instrument must be accurate, corrected and trusted.

 

In addition to reacting to and meeting the energy needs of a facility, IoT devices collect data that can have a significant and lasting impact on future usage.  This information can then be used to make smart decisions or planning about everything from the stock of raw materials to what parts of the operation processes that should be targeted during renovation efforts.  Moreover, condition monitoring saves time from unplanned production outages.  Perhaps even more important to operations is the fact that this information can be collected at a granular level, allowing operators to control the power consumption devices to run at the high energy efficiency.  For example, a hike in energy use in a specific zone may indicate potential problems with heating/cooling systems or facility utilization or poorly performing equipment which can attribute to unnecessarily high energy expenses.  Thus, IoT brings real-time ability to predict energy demand, usage patterns, and ways to optimize energy consumption.

 

As the operating and physical status of the things, such as temperature, vibration, or efficiency, can be real-time monitored, IoT sensors can alert the workers or owners to potential issues before they become big problems.  For example, consider a leaky pipe that, over time, hikes up compressed air usage or, even worse, isn’t noticed until costly of energy used of air compressor occurs.  Sensors can pick up on those issues, offering the opportunity to address the issue weeks, if not months before real damage occurs.  The same opportunity exists within machinery, where sensors can identify changes in patterns, new vibrations or even a concerning sound, all of which may go completely unnoticed by the naked eye or ear. These issues can often generally in the factory which leads to the increasing energy consumption until the problem is identified and resolved as well as the unnecessary stress of carrying out urgent repairs can be avoided.  Different from the pre-IoT era, the traditional energy-management system would collect a sample of energy usage at an interval. The traditional system is good to get energy-consumption data, but it does not help or alerts in case of spikes, curating usage pattern, predicting the seasonal demand, or suggesting appropriate configuration for the real-time reaction.

 

Next is about the human aspect.  Normally, owners may not be able to control the way employees approach or follow your energy conservation measures or policies.  Since the factory or warehouse can be monitored on a granular level, employers can incentivize and reward departments that do the most to decrease their wastes.  Additionally, the ability to control the working space environment, such as temperature, humidity and illumination, provides the opportunity for maximum human comfort without unnecessary cost inflation.  This results in a comfortable and happy employee, and a happy employee is far more productive and more co-operate with any company’s policies than a hot, cold or otherwise miserable one.  This can be implied as the indirect energy conservation. 

 

As IoT is a communication network of devices, it also connects to other networks.  This exchanged information can be used to manage and plan the time line in the supply chain, e.g. buyer, supplier, deliver and factories.  Those smart planning with the sufficient decision can save energy expense for production, inventory, logistics and distribution.

 

From those above benefits, it can be concluded that IoT is a very useful technology that can transform the traditional factory to the smart factory.  The real-time monitoring leads to the smart decisions which will transform the waste from factory’s budget to the best energy efficiency used and this can enable direct energy savings and reduce the energy expense.  Therefore, if you run a factory and are looking to cut energy costs, then IoT is worth a closer look.  However, the securities of information transfer and communication network must be improved to protect the important data such as planning process, contact transection or financial data.  Therefore, the premium protection which against viruses, threats, safeguards your privacy and defends against unwelcome theft must be established in the IoT network.  

© 2018 Advance Industry Media Plus Co., Ltd. All Rights Reserved.​​

Advance Industry Media Plus Co., Ltd.
1104/339 Pattanakarn Road Suanluang, Suanluang, Bangkok, 10250 Thailand

Tel. +66 2136 1406-7

Fax. +66 2187 2899

www.aimplus.co.th   

info@aimplus.co.th​

Ms. Khemruji Pruankaewmanee

Tel: +66 2 136 1406-7
Email: khemruji@aimplus.co.th​

aimplus.co.th

Reader voices

Advertisers

Subscribe

ADVERTISE WITH US 

LINKS

FOLLOW US ON SOCIAL MEDIA

megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
megatech magazine, industry 4.0 manufacturing, business matching
www.toyoda-tmsea.com