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