Z世代の高専生の発想でPLCnextを活用!完全非接触検温・環境監視システム

PLCnextを使った新たなアプリケーション開発プロジェクト

フエニックス・コンタクトは、前回の2019年に引き続き、今年1月の展示会IIFESに向け、豊田工業高等専門学校(以下豊田高専と記載)の都築研究室とコラボレーションし、弊社のPLCnextを使った新たなアプリケーション開発プロジェクトを実施しました。 今回は、新型コロナウイルスの感染拡大防止対策として学校や職場等で行われている検温や密防止のための環境センシングとそのデータ管理について、センサとArduino、PLCnext、AWSという先進的な技術を組み合わせて自動化・効率化する「完全非接触の検温・環境監視システム」を開発しました。

学校における検温・環境監視システムの課題から生まれた解決策

豊田高専では、感染拡大防止のため、生徒に対して毎朝の検温と、スマートフォンを使ったデータ入力を義務付けています。デジタルを駆使した仕組みではあるものの、現実は課題も多い様子。例えば、生徒が検温と入力を手間に感じる、1000人近い生徒のデータを保健の先生がExcelを使って集計しており、本来の保健の業務に支障をきたしてしまっているなど。こうした状況に対し、普段学んでいるIoT技術を活用して、効率化できないかという動機からスタートしました。

開発したシステムでは、学校やオフィスに登校・出社した人の検温からデータ管理を以下のように行います。

①IDカードをかざして個人認証
②そのままサーモカメラに顔を近づけて温度計測
③その場で体温を可視化
④同時に教室や会議室の環境も計測
⑤ウェブのダッシュボード上で管理。どこからでもアクセスし閲覧が可能
⑥スマートスピーカーのAlexaに話しかけるとデータベースから欲しい情報を音声で取り出すことができる

※①〜④のデータはクラウドのデータベースに蓄積

Arduino、PLCnext、AWS、Alexa等の先進技術を使って試行錯誤し開発

具体的なシステムは、現場でデータを収集・簡易表示するフィールド領域と、その上位にあってデータを集約し、見える化し、且つ高いセキュリティでクラウドに連携するIoTゲートウェイ領域、データを蓄積・音声応答処理するクラウド領域の3つの領域で構成。

システム構成イメージ

フィールド領域では、QRコードリーダで生徒の個人認証を行い、検温のためのサーモカメラや室内のCO2濃度や温湿度を測る各種センサでデータを収集し、そのデータは表示器とLEDテープで直感的に分かるよう見える化。同時に上位のIoTゲートウェイにもデータを送信します。

センサモジュールは、学生がイチから設計開発したもので、ラズペリーパイと並んで世界で広く使われているArduinoのマイコンボードをベースとし、センサとの接続やシールド基板などのハードウェア部分と、データの入出力のソフトウェア部分の両方を開発しました。Arduinoは、個人でも購入できる低価格であることに加え、使い方の情報も広く出回っていることから今回のシステムに採用したそうです。

IoTゲートウェイには、当社PLCnextを使用。センサモジュールとの間をModbus RTUで接続し、複数のセンサモジュールから集まるデータを配列処理してHMIに出力し、ダッシュボードとして見える化。さらに、クラウドとの接続はMQTT通信でクラウドと接続しています。 HMI画面は学生の手作りで、誰が、どの教室で、いつ、どんな室内環境下で検温し、体温は何℃だったかが直感的に見えるよう工夫しています。またModbus RTUの通信ソフトウェアは、PLCnextストアからファンクションブロックをダウンロードして実装。産業機器の取り扱いには慣れていませんでしたが、使い慣れているArduinoのライブラリと同様で簡単で、違和感なく操作できたとのこと。(システムの詳細説明は以下の全文PDFにてご覧ください。)

本プロジェクトのシステム説明を含む紹介記事の全文は、こちらのPDF資料をダウンロードしご覧ください。
本システム構成イメージの説明図はこちらのPDFをご覧ください。

フエニックス・コンタクトでは、今後も次世代を担う技術者達の育成を支援するため、教育機関との連携を通してさまざまな取り組みを推進してゆきます。

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