屋内スイミングプールはエネルギー集約型の建物で、AIベースの換気システム制御は、優れた省エネ方法を提供します。エムデン応用科学大学とHANSA Klimasystemeは、シーメンスのIndustrial Edgeデバイスおよびアプリケーションを用いて、これらの制御システムを共同開発しました。
2017年の末、HANSA Klimasysteme GmbHはエムデン応用科学大学と提携し、ドイツ連邦環境財団（Deutsche Bundesstiftung Umwelt）の資金提供を受けた研究プロジェクトを開始しました。このプロジェクトの目的は、屋内スイミングプールの温度と湿度に関して最適な条件を実現すると同時に、可能な限りエネルギー効率を高めることでした。プロジェクトチームは近くの屋内スイミングプールと協力し、シーメンスの新技術「Industrial Edge」を導入しました。
屋内スイミングプールの運営者は、エネルギーコストを注意深く監視する必要があります。同時に、訪問者が楽しい体験をできるようにする必要もあります。そのためには、温度をかなり高く保たなければなりません。同時に、建物への損傷を防ぐために湿度をかなり低くする必要があります。30°Cでは、30℃では、水は表面積1平方フィートあたり1時間に約0.4リットルの速度で蒸発することを考えると、それは簡単な作業ではありません。
Hansa Klimasysteme GmbHは、ドイツのザターラントに拠点を置く中堅企業で、従業員数は170名以上です。主な製品は、データセンター、産業用アプリケーション、およびスイミングプール用の換気および空調システムです。そのポートフォリオは、さまざまな業界や用途を対象としたいくつかの製品ラインに分かれています。
ザターラントのレクリエーション水泳センターは、HANSA Klimasysteme本社からわずか数キロの場所に位置し、2017年に研究プロジェクトが始まった際、新たな換気システムを導入する計画を進めていました。そこで同社に連絡を取ったのです。スイミングプールには新しい換気システムが設置され、研究プロジェクトとして利用可能となりました。その見返りに、同社は建物とシステムに追加のセンサーを設置し、研究目的でいつでもプールにアクセスできるようになりました。
スイミングプール、HANSA Klimasysteme、エムデン応用科学大学の研究プロジェクトの協力により、温度、湿度、エネルギー消費量、気象条件、訪問者数などのデータがセンサーから1年間収集されました。並行して、ニューラルネットワークに基づくモデルにこれらのデータが入力しました。このAIベースのモデルは、自己学習型の方法で制御パラメータを決定し、最適化します。プールホールの目標条件を達成するために、可能な限り高いエネルギー効率で最適な対策を選択します。
モデルベースの制御システムには、PLCとのインターフェースとして機能し、必要なデータへのアクセスを提供する実行プラットフォームが必要であることがすぐに明らかになりました。そこで、HANSA Klimasystemeは適切なIPC（産業用PC）の選定を開始し、間もなくシーメンス製品群の一角を占めるIndustrial Edgeデバイス「SIMATIC IPC227E」にその答えを見出しました。このデバイスは 必要なセSecurity基準と一般的な業界標準を満たしているだけでなく、高度な接続性を提供していたため、既存のシステムに簡単に統合できました。
HANSA Klimasystemeは、当初、VPN接続を確立できるIPCの要望を持って当社に接触してきました。私はすぐに、彼らが扱うデータ量が膨大になることに気づき、エッジデバイスを採用するよう助言しました。
SIMATIC IPC 227Eは、シーメンスのオープンエコシステム「Industrial Edge」においてエッジデバイスとして動作します。 事前定義された機能セットを含むGraphical User Interfaceにより、エッジアプリ「Flow Creator」はデータ処理および接続ソリューションの作成を容易にします。エッジアプリフロークリエーター データ処理と接続ソリューションの作成が容易になります。さらに、プロジェクト開始時点ではシーメンスで開発段階にあったエッジアプリケーション「LiveTwin」も使用され、HANSA Klimasystemeがパイロット運用を実施しました。LiveTwinはエッジデバイスへのシミュレーションモデル統合を可能にし、例えば研究プロジェクトで必要とされる予測制御を実現します。「このエッジアプリにより、Matlab Simulinkで作成したモデルをIPCの言語に変換できました」とChristian Seltz氏は述べています。
従来、換気システムの制御は、訪問者の増加や湿度の上昇といった事象が発生した後にのみ反応していました。現在では予測調整が可能となり、事象が発生する前に調整が行われるようになりました。過去4か月間、これらの制御により、スイミングプールのエネルギー消費量を約20％削減できました。次の段階として、この包括的ソリューションを他の屋内スイミングプールに導入することです。実際、すでにさらに4つのプールに導入されており、その結果は現在検証中です。
しかし、このソリューションは将来的にプール専用とは限りません。完全なソリューションを他の製品ラインに段階的に適用し、さらに医薬品や食品飲料産業向けに発展させる計画です。モデルは、関係する顧客や現場の要件に合わせてMatlab Simulinkで調整し、SIMATIC LiveTwinを使用してエッジデバイスにロードするだけで済みます。多くの業界のお客様は、ザターラント・プールと同様の体験をするかもしれません。つまり、リアルタイムデータに基づいて、インテリジェントでエネルギー効率に優れ、ひいては資源を節約する空調制御を実現できるのです。
もちろん、屋内スイミングプールはエネルギー消費が非常に多いため、省エネの可能性が極めて高いです。しかし、これらの原則は他の分野にも応用可能であり、換気システムが使用されているあらゆる場所で省エネルギーを実現するのに役立ちます。
シーメンスの新たなエッジコンピューティングプラットフォームは、集中管理インフラストラクチャ内のエッジデバイス、アプリ、接続性されています。IPCはモデルベース制御システムとFlow Creatorエッジアプリケーションを実行し、IPC、PLC、クラウド間の円滑な通信を確保します。
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