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あいち産業科学技術総合センター

研究報告2021

研 究 ノ ート

遠 隔 監 視 するた めの IoT デバイスの用 途 開 発
河 瀬 賢 一 郎 * 1 、 市 毛 将 司 *1 、 堀 場 隆 広 * 2 、 廣 瀬 繁 樹 *3 、 松 浦 勇 * 3 、 加 藤 良 典 * 4

Dev elopment of a pplicatio ns fo r IoT devices fo r remo te monit oring
Kenichiro KAWASE * 1 , Masashi ICHIGE *1 , Takahiro HORIBA *2 , Shigeki HIROSE *3 ,Isamu MATSUURA *3 , and Yoshinori KATO *4
Owari Textile Research Center *1~ 4
安価なマイコンを利用して繊維機械等の運転状態をリアルタイムに監視するシステムとして、 光センサと EnOcean 無 線 、 工 場 内 の 40m 離 れ た 地 点 に 積 層 表 示 灯 の ラ ン プ 状 態 の デ ー タ を 送 信 す る シ ス テ ム を 試作 し た 。 受 信 し た デ ー タ は Node-RED、 グ ラ フ 表 示 と csv 形 式 で の 保 存 を 行 い 、 ゲ ー ト ウ ェ イ 上 で 常 時 動作 す る こ と を 確 認 し た 。 ま た 、 Raspberry Pi と ク ラ ン プ 式 電 流 セ ン サ で 、 機 器 の 消 費 電 流 を 計 測 し 、 リ
アルタイムに消費電力を表示するシステムを試作した。

1 . は じめ に ディスプレイ

グラフ表示

愛知県尾張地方は古くから繊維産業が盛んであり、紡ランプ状態

績機、撚糸機、織機、編機など、多くの繊維機械が稼働している。これらの繊維機械は自動化されているものの、ゲートウェイ

糸切れ、針折れ、誤検知などによる機械停止は頻繁に発生しており、機械復旧までの時間を短縮して稼働率を良

マイコン

データ保存
RAM

ランプ状態くすることが企業における課題の一つである。
図 1

サを利用して、機械の積層表示灯のランプ状態を検知し、ランプ状態の表示とデータ保存を行うシステムの試作及2 . 2 シ ス テ ム の詳 細び、安価なマイコンと電流センサを利用して、機械の電2.2 .1 通 信 方 式

流値をリアルタイムに計測し、繊維機械等の運転状態を積層表示灯

センサデバイス

そこで、本研究においては、安価なマイコンと光センセンサ

システム構成見通し距離 80m 程度の工場内で使用できるよう、センサデバイスとゲートウェイ間は、EnOcean1) 無線規格監視するシステムの試作を行った。の通信方式を選定した。

2. 実 験 方 法 2 .2 .2 セ ン サ デバ イ ス

2 .1 シ ス テ ム の概 要

積層表示灯は 3 層タイプを使用し、積層表示灯の読み

2 . 1 . 1 収 集 デ ー タの 検 討取りには、Signal Watcher(因幡電機産業株式会社)を使

運転状態を確認するための収集データについては、繊維業界以外の工場でも使用できるよう汎用性を考慮し、用した(図図 2 )。
負荷電流の読み取りには、クランプ式電流センサ

機械の積層表示灯のランプの状態を光センサで読み取る

SCT-013(YHDC)を使用した。

仕組みとした。積層表示灯が設備されていない機械につ2 .2 . 3 ゲ ート ウ ェ イ

いては、負荷電流を読み取り運転状態を判断する仕組み

マイコンは、 Raspberry Pi 4 Model B を使用し、とした。

EnOcean 受信用モジュール USB400J(ローム株式会社)

2.1 .2 シ ステ ム 構 成を接続して、ゲートウェイとして使用した(図図 3 )。

システムは、積層表示灯のランプ状態を読み取るセン

2 . 2 . 4 ア プ リ ケ ー シ ョン

サデバイス部、積層表示灯ごとの読み取りデータを集約取得したデータの処理、データの保存、積層表示灯のするゲートウェイ部、機械の運転状態を表示する表示部

ランプ状態のディスプレイへの表示は、Node-RED2) をからなる構成とした(図図 1 )。

使用した。

*1 尾張繊維技術センター

材育成室)

機能加工室

*3 尾張繊維技術センター*2 尾張繊維技術センター

素材開発室

機能加工室(現産業技術センター 総合技術支援・人
素材開発室（現機能加工室）*4 尾張繊維技術センター

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製作し、ゲートウェイ上で常時実行させた。制御フローとプログラムの一部を図
図 5 に示す。
Node-RED は、機能を持ったノードをつなぎ合わせてフローを作ることで、実行したいプログラムを比較的簡単に実現できることが分かった。

図2

図3

積層表示灯とSignal Watcher

USB400J とRaspberry Pi 4

3. 実 験 結 果 及 び 考 察 3 . 1 デ ー タの 読 み 取 り
3.1.1 積 層 表 示 灯 の 読 み 取 り
積層表示灯 8 台の頂部に Signal Watcher を取り付け、3 層のランプ状態(点灯・消灯・高速点滅・低速点滅)を読み取れることを確認した。読み取ったデータを 1 台のUSB400J で同時に受信できることを確認した。
当センターの工場内で、Signal Watcher と USB400Jを約 40m 離した状態で、正常に受信できることを確認した。

図5

Node-RED の制御フローとプログラムの一部

3 . 3 ラ ン プ状 態 の 表 示
積層表示灯ごとのランプ状態を、折れ線グラフでリアルタイムに表示できることを確認した(図図 6 )。
折れ線グラフでは見づらいため、今後、積み上げバーグラフなど、見栄えをよくする必要がある。

Signal Watcher は、太陽電池と内臓コイン電池で動作し、超低消費電力のため電源は入れたままでよいので、一度設置してしまえばほぼ触る必要がなく、取り扱いが容易であることが分かった。
3 . 1 .2 負 荷 電 流 の読 み取 り
クランプ式電流センサと安価なマイコン(RaspberryPi) を 利 用 し て 電 流 計 測 シ ス テ ム を 製 作 し た ( 図 4 ) 。
Raspberry Pi で 2 秒おきに消費電流を計測し、消費電図64. 結 び力を表示するシステムとした。無負荷時とヒーターを使用した時の電流値を計測し、消費電力を表示できること

積層表示灯のランプ状態のグラフ

本研究の結果は、以下のとおりである。
(1) 光センサやクランプ式電流センサ、安価なマイコンを確認した。
今後は、データを保存するシステムを製作し、そのデータから予知保全など稼働率の向上を目指す。

等を利用することで、遠隔地から機械の稼働状況を把握できるようになり、作業者の負担の軽減や、効率的な機械の監視を行うことができる。

コンセント

ヒーター

(2) 今後、システムを実際の工場に設置して、外乱の影響を受けずに動作することを確認することが必要で

AD コンバータ
ADS1115
Raspberry Pi
図4

クランプ式電流センサ
SCT-013 で、電源コードの1 本をクランプする
ディスプレイ

電流計測システムのブロック図

3 . 2 デ ー タ保 存ある。
(3) 引き続き、企業の工場での利用を想定し、IoT を利用する上で必要な要素技術を蓄積する。

文献
1) 堺谷智, 渡辺明禎, 松香光信, 西田衣織, 大野謙司,
坪井義浩: 電池レス無線マイコン EnOcean でセンサ
IoT 製作入門増刊, 41, (2017), CQ 出版株式会社

USB400J で受信したデータを、csv 形式で Raspberry2) Node-RED ユーザーグループジャパン: はじめてのPi の RAM ディスクに保存し、積層表示灯のランプ状態

Node-RED 改訂版, 28, (2017), 株式会社工学社

を折れ線グラフで表示するプログラムを Node-RED で