ボイラー稼働状況の遠隔監視事例【IoT導入事例】

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想定される課題

ボイラーの遠隔監視・遠隔制御に関する内容は昭和51年2月19日付け基発21号「ボイラーの遠隔制御について」により、その基準を示していたが、近年の自動制御装置や遠隔監視・遠隔制御技術・IoT技術が著しく進歩したことによって既存のシステムにはない新たな付加価値を求める必要があった

また、ボイラーの種類によってボイラー事故・故障の種類も異なり、

• 【事故・故障例①】経年により水管が閉塞状態に陥り燃焼室内の水管が膨張してしまいボイラーが破裂止
• 【事故・故障例②】ガスタービン廃棄ダクトの変形・亀裂、ボイラー追い炊きバーナー及び加熱器付近の耐火材の脱落等によりボイラーが爆発
• 【事故・故障例③】濃度の低い汚泥が流入したため、砂層温度が低下し不完全燃焼になり未燃ガスの着火によりボイラーが爆発

等、多岐にわたって故障が起きる可能性があり、それら全てが大きな事故につながる可能性のある製品であるため、稼働状況の確認が必須である。

また、過去に大規模なリコールにつながったことがある、等の経験からも品質や遠隔監視に対しての関心は利用者側も大きいと思われる

そのため、自社製品の品質向上による顧客への訴求力が非常に高い商品でありメーカーとしてもIoTによる遠隔監視の導入により「保守・メンテナンス性の向上」「他社との差別化」を実現したかった

要素技術・役割分担

• デバイス：ボイラーは燃焼室内や排ガスの温度状況を確認するため、高熱に耐えうる温度センサーを選定する他にも環境温度や缶水温度なども計測するため、一つのボイラーに対して複数の温度センサーを設置PLCからはボイラーの稼働状況を取得し、「運転」「燃焼中」等のボイラーのステータスを取得するほかに、ファンの回線数や、フレーム電流、負荷率等も計測できるようにするボイラーの各機能等の使用時間や各種設定データもPLCから取得
• ネットワーク：納品後の設備であるため設置場所の固定有線ネットワークは利用することができないケースもあるため、データ通信容量が少なくかつ安価な携帯電話無線ネットワークを利用しランニングコストを低減する現地にて固定有線ネットワークを利用できる場合は有線も選ぶことが可能であり、状況によってはWi-fi等での接続も許容できる
• クラウド：ユーピーアールのIoTプラットフォームを利用して、アプリケーションの構築費用と、IoT無線ユニットのインターフェース開発費用をできる限り低減する取得データはWEB画面上で機器ごとにステータスを確認することができ、警告や異常発生時は画面のカラーリングで注意を一目で促すことができる拠点を選ぶとその拠点内の設備がツリー表示されそれぞれの機器のフローまで確認することができる運転日報やエラーログはクラウド上に蓄積され、CSVやPDFでダウンロードすることができるそれぞれの機器から取得できる値には各々で閾値を設定することができ、アラートメールによる警報を任意の宛先に配信できるこれにより機器から発せられる異常以外にもセンサーデータから故障や異常と思われる動向をいちはやく把握することができる

ユーピーアールの強み

• ユーピーアールはIoT、M2M、遠隔監視について長く取り組んでおり、特に産業機器や工場用機器等に関してはメンテナンス員の負担軽減によく取り組んできたため、アプリケーション上でメンテナンス業務の役立てる機能の提案等にも応じることができる
• ユーピーアールは自社で運営するIoTプラットフォーム「UPR OCEAN」を利用することで、IoTシステムを構築する上で増大しやすいアプリケーション開発費用、ハードウェア調達費用、インターフェース開発費用等をできる限り低減できるためIoTシステムを通常より安価に実現できる
  また、データを取得してどのように運用できるか等の検証の際にはユーザーインターフェースまでを作成しないPoCでのシステム稼働の際にもできる限り費用をかけず、早くに各機器がどのような動きをするかなどを確認することができる
• IoTの実績の中で多数のパートナーとの協業によるIoTシステムの構築を行っているためセンサーデバイス、通信ユニット、無線ネットワークの契約、アプリケーションの構築などをそれぞれの分野で最適なパートナーを起用することで、ユーザーに対してできる限り安価で、できる限り要望通りのシステムを構築することができる
• ユーピーアールは全国各地からのIoTに関する相談を受けており、「○○（地域）でないとお打ち合わせできない」等といったことがなく遠隔地でもご相談に乗れるに加えて、IoT導入当初からユーピーアールがワンストップで相談に乗ることができ恙なく「検討⇒選定⇒開発⇒設置⇒運用」といった流れをすすめることができた

導入の効果

• 方面に事業展開しており、納品したボイラーの種類も多様化していくなか、複数種類のボイラーの様々な情報を遠隔監視することで、コントロールセンター側の運用負荷が低減し、メンテナンスに関しても効率化され、また、遠隔地にいながらにして故障等の異常を把握できるため、顧客より先にメンテナンス対応を済ませ、顧客満足度も向上した
• ユーピーアールからの自社製品のみに拘らない顧客の都合に合わせた提案により導入デバイス、通信費用等のコストがを最小化したため、経費の低減額が導入費用を上回りトータルでコスト減になる
• 他社との差別化を実現し、顧客への「保守・メンテナンスの強み」などのPRになった

ボイラーに関して

【ボイラー】
ボイラーは燃料を燃焼させて、その燃焼で得た熱を水に伝えて水蒸気や温水に換えることのできる熱交換装置を持つための熱源機器であり、給湯器や湯沸かし器等のボイラーの中でも温水発生機・温水機等と呼ばれるものもあれば、蒸気による暖房(蒸気暖房)や蒸気による気流・圧力で発電したり（蒸気タービン）、同じく圧力でクランクを動かしたり（蒸気機関）するものもあります
そのため大きな意味では給湯器もや湯沸かし器もボイラーと呼べるかもしれません
一般的に「ボイラー」と呼ばれておりますがJIS用語では「ボイラ」といい工場現場等でも「ボイラ」という呼び方も多くみられます
「一般社団法人日本ボイラ協会」等の呼称にもわかる通り、「ボイラ」という呼び名が専門的な業界では通っているようですが、その中の説明でも「ボイラー」と言う表現を使っていることがあります
このページでは「ボイラー」という呼称で説明をしています

【バイオマスボイラー】
石油・重油やガス等を燃料として動作させるボイラーが主流ですが、近年木くずや紙くず、廃プラスチック固形燃料（ＲＰＦ）、廃タイヤなど各種廃棄物の「バイオマス燃料」を燃料にする「バイオマスボイラ」を導入する企業が増えています
重油の価格高騰等を背景にして、化石エネルギー起源二酸化炭素（ＣＯ２）排出量を大幅に削減することを目標にしているものと思われます
製紙業界などではバイオマスボイラーの積極的な導入を進めています
但し、今後積極的導入が進むにつれて廃材や紙くず、ＲＰＦなどのバイオマス燃料の獲得が競争になって調達が難しくなることも懸念されています
そのため今後はバイオマスボイラの新規設置と合わせて、これまで未利用だった林地残材や廃棄物など新たな燃料を見つけ出し利用していくことが課題になっています
ユーピーアールの関わる物流業界の側面から見ても、調達コストの増大（長距離からの輸送）等が発生した場合は、トラック等の物流手段での輸送距離が長くなればなるほどトラックからのCO2排出量が増えるため、バイオマスボイラーの導入によるＣＯ２排出量削減を目指す場合は運用方法も検討する必要があるかもしれません