フィールド無線

インダストリアル・オートメーションの分野に無線通信が加わることでフィールド・デジタル・ネットワークに新たな未来が切り開かれました。
無線のフレキシビリティは場所の制限や配線コストの問題であきらめていた新たなフィールドへ計測と制御の世界を広げます。
またISA100.11a規格に準拠したデジタル無線の技術はその信頼性とセキュリティを有線通信と遜色のないものにまで高めることを可能にしました。
新しい無線と既存の有線ネットワークとの融合によってプラントのさらなる進化が始まっています。

  • 横河はISA100無線に準拠した圧力伝送器をフルラインナップで提供します。ラインナップには、各種のプロセス接続方式が準備された差圧、絶対圧、ゲージ圧の伝送器が含まれます。

  • 横河電機は、2入力のYTA510と多点入力のYTMX580温度伝送器を提供します。

  • フィールド無線ネットワーク経由で受信するホストシステムの指令に従って,電磁弁を操作する信号を出力します。

  • 本製品は「フィールド無線用通信モジュール FN110」と組み合わせることで、無線フィールド機器として動作します。本製品と接続したフィールド機器のセンサデータをフィールド無線ネットワークに送信します。

  • 横河電機はIoTを実現するISA100互換のゲートウェイ、アクセスポイント、メディアコンバータおよび管理ステーションを提供します。お客様のニーズに合致するネットワークを構築することができます。

2018.05.07    横河フィールド無線ソリューションカタログが更新されました 
2017.11.21    小規模なフィールド無線システムの構築に最適 ~ISA100 WirelessTM準拠のゲートウェイモジュールを開発・発売~ 
2017.07.18    横河フィールド無線ソリューションカタログが更新されました 
2017.03.23    米国Cosasco社とISA100 Wireless対応の腐食センサの販売契約を締結 ~プラントの保守と安全管理の効率化に貢献~ 
2016.11.04    工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ(2016徳山)が開催されます。
2016.10.07    ISA100 Wirelessに準拠し、高速データ更新周期と長電池寿命を両立するフィールド無線用振動計「FN110/FN510/LN01」を発売 (製品紹介:FN510を参照ください)
2016.09.27    計測自動制御学会(SICE)の学会賞 「技術賞」を受賞
2016.08.10    工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ(2016鹿島)が7月15日に開催されました。
2016.08.09    機器調整・設定・管理ソフトウエア「FieldMate R3.02」を発売 ~お客様の保守作業時間の大幅な短縮に貢献~
2016.07.21    村田製作所がISA100 Wirelessスタック認証2.4GHz帯無線通信モジュールの量産を開始しました。
2016.07.08    TIIS本安防爆仕様に対応したFN310フィールド無線用マルチプロトコルモジュール(HART通信)を発売しました。
2016.07.08    TIIS本安防爆仕様に対応したFN310フィールド無線用マルチプロトコルモジュール(デジタル通信)およびFN510フィールド無線用マルチファンクションモジュールを発売しました。
2016.06.06    「工業用無線規格ISA100 Wirelessユーザセミナ」が2016年7月15日に鹿島セントラルホテル(茨城県神栖市)で開催されます。
2016.03.18    欧州NFL(EMC 指令、低電圧指令、ATEX 指令の改訂)に対応した無線フィールド機器YFGWシリーズ(YFGW410/510/610/710)を4月5日より出荷開始します。
2016.03.04    工業用無線規格 ISA100 Wireless 技術実装セミナが村田製作所(京都府長岡京)で開催されます。
2016.02.22    スタトイルとフィールド無線システム分野で共同開発契約を締結 ~プラントの騒音環境をリアルタイムで監視するシステムを構築~
2016.02.05    「EJX-Lシリーズ差圧圧力伝送器のアンテナ延長ケーブルに対応したTIIS本質安全防爆仕様(/JS47)を発売しました。」
2015.12.08    「排水pH監視」、「貯炭場の温度監視」、および「バルブ緊急遮断」のソリューション3件を追加しました。
2015.11.04    無線総合カタログ「横河フィールド無線ソリューション」を公開しました。
2015.10.13    村田製作所がISA100無線モジュールのエンジニアリングサンプルの販売を開始
2015.07.23    横河電機とガスセキュアが世界で初めて国際安全規格SIL2に対応した無線ガス検知システムを北欧のLNGプラントに納入
2015.07.22    工業用無線規格ISA100 Wirelessユーザセミナの情報を公開しました。
2015.07.22    FN910 フィールド無線用電磁弁操作モジュールの取扱説明書を新規追加し、およびFN110 フィールド無線用通信モジュールのTIIS本質安全防爆仕様の取扱説明書を更新しました。
2015.07.08    「第39回プラントメンテナンスショー」と「下水道展’15 東京」の情報を公開しました。
2015.07.03    ISA100Wireless™に準拠した無線フィールド機器の管理機能を充実した統合機器管理ソフトウエアパッケージ「PRM R3.20」が販売開始されました。
2015.06.15    「無線フィールド機器 製品概要」および「フィールド無線用電磁弁操作モジュール」のカタログを掲載しました。
2015.05.29    FN310フィールド無線用マルチプロトコルモジュール(HART 通信形)の取扱説明書を更新しました。
2015.04.27    FN310 フィールド無線用マルチプロトコルモジュール (HART 通信形)に、新機能 (4-20 mA ループ接続機能)を追加しました。
2015.04.16    伝送器・流量計用 調整・設定ツールFieldMateの製品情報を掲載しました。
2015.04.02    地震等の緊急時に遮断弁の遠隔操作を無線で行うTIIS本質安全防爆適合の「FN910フィールド無線用電磁弁操作モジュール」の発売を開始しました。
2015.03.24    FN110/FN310/FN510の3機種 WCI認証試験の適合証明書を公開しました。
2015.03.06    「横河技報 Vol.57 2014 No.2 「制御システムのセキュリティ特集号」を公開しました。「ISA100.11a 無線システムの強固なセキュリティ対策」
2015.02.19    統合生産制御システム CENTUM VP リリース 6.01(R6.01)が発売され、無線通信がパケット欠損から復帰した際のプロセス応答を安定させることができる「フィールド無線用 パケットロス補償型 PID パッケージ」が新規リリー   スされました。
2015.01.30    YFGW510 フィールド無線用アクセスポイント:1月5日に販売開始のTIIS 耐圧防爆仕様の取扱説明書を更新しました。
2014.12.15    無線フィールド機器が欧州無線規格更新に対応しました
2014.12.09    Dr. Penny Chen “2014 ISA Standards & Practices Department Award”を受賞
2014.12.09    YFGW410 フィールド無線用管理ステーションの機能が強化されました。(メッシュネットワークで1秒更新周期に対応)
2014.12.01    FN310 フィールド無線用マルチプロトコルモジュール (デジタル通信形)およびFN510 フィールド無線用マルチファンクションモジュールを発売しました。
2014.11.18    デジタル入出力・アナログ信号対応の有線機器をISA100 Wireless準拠の無線機器に変えるマルチファンクションアダプタを開発・発売
2014.11.13    「計測展 2014 OSAKA」が11月19日~21日に大阪で開催されます
2014.11.12    村田製作所がWCIに加入
2014.11.11    フィールド無線に対応し、レコーダの持ち込みや配線が困難な場所のデータ収録を可能にしたSMARTDAC+® ペーパレスレコーダ無線モデル「GX20W」を開発・発売
2014.11.04    Centero社(米)はISA100 WirelessTMテストキット販売の専属パートナーとして選定されました。
2014.10.22    村田製作所と横河電機がプラントにおけるフィールド無線通信分野で提携
2014.10.17    機器調整・設定・管理ソフトウエア「FieldMate R3.01」を発売 ~日常のパトロール、保守作業の報告や引き継ぎにも用途を拡大~
2014.09.22    IEC(国際電気標準会議)にてIEC62734(ISA100.11a)の最終国際規格案が賛成可決。年内中に国際標準規格として発行予定。また、並行してCENELEC(欧州電気標準化委員会)でも賛成可決、EN規格としても発行される予定。
2014.08.12    「工業用無線規格ISA100 Wireless ユーザセミナ」が9月4日に水島で開催されます
2014.07.30    横河技報 Vol.57 2014 No.1 「技術報告 特集」を公開しました。「無線の普及を促進するフィールド無線用通信モジュール」「フィールド無線用マルチプロトコルモジュールの展開 」
2014.07.03    横河電機 当社のグローバル販売網でガスセキュア社の無線ガス検知器を販売する契約を同社と締結
2014.06.24    FN110フィールド無線用通信モジュールとFN310フィールド無線用マルチプロトコルモジュールを発売しました
2014.05.07    F&S「2014 Global Enabling Technology Leadership Award」受賞ビデオを公開しました
2014.02.19    フィールド無線ソリューションの技術に関してFrost & Sullivanの「Global Enabling Technology Leadership Award」を受賞
2014.02.04    有線フィールド機器を無線フィールド機器に変えるISA100 Wirelessマルチプロトコルアダプタを開発 ~第1弾として有線HART通信とModbus通信に対応した2機種を発売~
2013.10.22    計測展 2013 TOKYOの情報を公開いたしました。
2013.10.22    センサメーカ向けにISA100 Wireless対応のアンテナ一体型無線通信機の提供を開始 ~初の供給先として新コスモス電機と無線アンテナ技術に関するライセンス供与契約を締結~
2013.08.30    ユーザカンファレンスでISA100.11a対応の無線機器による初の制御デモ実施
2013.08.20    ISA Webinar Seriesの情報を公開しました。
2013.05.23    ペトロブラスとフィールド無線システムに関するパートナーシップ契約を締結
2013.04.09    ISA100.11aに準拠した無線通信技術をどこでも適用導入できる環境を表す新しいビジネスコンセプトプラント”Wireless Anywhere (ワイヤレスエニウエア)”を提唱しました
2013.03.19    ハノーバーメッセ2013の情報を公開いたしました。
2013.03.11    「無線フィールド機器とFieldMate/PRMとの対応」のドキュメントを更新しました。
2013.02.28    EJX Lシリーズ差圧・圧力伝送器とYTA510温度伝送器のドキュメントを更新しました。
2013.02.26    プロモーション・ビデオを公開しました。
2013.02.26    一部製品のドキュメントを更新しました。
2013.01.25    技術レポート:横河技報 Vol.55 No.2「フィールド無線 特集号」を公開しました。
2012.10.12    計測展 2012 OSAKAの情報を公開いたしました。
2012.07.24    多点温度伝送器 YTMX580の海外防爆品がリリースされました。
2012.07.19    新製品:プラントワイドフィールド無線システムのカタログを公開しました。
2012.07.17    大規模・高信頼なプラント向けのフィールド無線用システム機器を発売しました。
2012.07.10    無線フィールド機器の機能強化版を発売しました。
2012.06.25    貯炭場のアプリケーション例を追加しました。 
2012.06.08    ISA100 WCI 技術セミナ (京都)の情報を公開いたしました。
2012.02.09    多点温度伝送器YTMX580が安全規格CSA C22.2 No.61010-1/UL61010-1(CSA NRTL/C)および 韓国電波法 KCC-CRI-YKO-VN210に適合いたしました。
2012.02.08    新製品の発売予告を公開しました。
2011.12.21    YTMX580 WCI認証試験の適合証明書を公開しました。
2011.12.20    EJX-Lシリーズ 差圧・圧力伝送器、YTA510温度伝送器、およびYFGW710フィールド無線用一体形ゲートウェイの取扱説明書のダウンロードを開始しました。 
2011.11.25    YTMX580 スタートアップガイドを公開しました。
2011.11.22    石油プラントのアプリケーション例を追加しました。 
2011.10.31    化学プラントのアプリケーション例を追加しました。 
2011.10.26    化学プラントのアプリケーション例を追加しました。 
2011.10.20    浄水場のアプリケーション例を追加しました。
2011.09.22    EJX-Lシリーズ 差圧・圧力伝送器、YTA510温度伝送器、およびYTMX580多点温度伝送器用のDevice Description(DD)/Capabilities File(CF)のダウンロードを開始しました。
2011.09.22    YTMX580取扱説明書を公開しました。
2011.09.15    ソフトウェア製品FieldMate/PRMとの対応情報を掲載しました。
2011.09.02    【新発売】8チャネルユニバーサル入力対応 多点温度伝送器 YTMX580登場!
2011.08.26    化学プラントのアプリケーション例を追加しました。 
2011.07.26    製紙プラントのアプリケーション例を追加しました。
2011.07.12    【雑誌アーカイブ公開】 「計装 2010年8月号」を掲載しました。
2011.07.08    【雑誌アーカイブ公開】 「計装技術2011年1月増刊号」を掲載しました。
2011.06.10    フィールド無線のマイクロサイトを公開いたしました。
 

 

 

 

フィールド無線システムの拡張に向け 新コンセプト 「Wireless Anywhere」を策定 
~無線通信規格ISA100.11a普及活動を加速~

Yokogawaは無線によるプラント全体の監視・制御を目指し、インダストリアル・オートメーション用無線通信規格ISA100.11aに準拠した無線通信技術をプラントのどこでも適用できる環境を表す「Wireless Anywhere(ワイヤレス エニウエア)」をフィールド無線システムの新たなビジネス・コンセプトとして策定しました。今後はこのコンセプトのもとに、ISA100.11aに準拠した製品・サービスの普及活動に取り組みます。

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Yokogawaは2010年7月、無線によるプラント全体の監視・制御を目指しISA100.11aに準拠したフィールド無線用システム機器と無線フィールド機器を世界で初めて製品化しました。2012年、Yokogawaがフィールド無線システムのビジネス・コンセプトとして提案した「信頼性」、「柔軟性」、「オープン性」を特長とした「Grow(グロー)=成長」のもと、大規模・高信頼な無線システム機器3種(フィールド無線用管理ステーションYFGW410、フィールド無線用アクセスポイントYFGW510、フィールド無線用メディアコンバータYFGW610)を発売し、無線フィールド機器2機種(EJX Lシリーズ差圧・圧力伝送器、YTA510温度伝送器)の機能強化をしました。

当社がフィールド無線システムに採用しているISA100.11a規格には、高い信頼性、アプリケーションの多様性、ネットワークの拡張性、FOUNDATIONTMフィールドバス、HART ®、PROFIBUSなどの有線通信規格との高い整合性を持つという特長があります。

当社は、ISA100.11a規格の特長に加え、完全二重化による高い信頼性、大規模、長距離通信を実現する製品群を「プラントワイドフィールド無線」として提案してきました。この「プラントワイドフィールド無線」は、ISA100.11a規格の全仕様に準拠し「ISA100.11aFull Functional(フル ファンクショナル)」として完成したものです。今後は、「Grow」を発展させた新コンセプト「Wireless Anywhere」に沿って、ISA100.11aに準拠した製品・サービスの普及活動に取り組みます。

 

“ISA100.11a Full Functional”が実現した当社のフィールド無線システムの特長

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“ISA100.11a Full Functional”「プラントワイドフィールド無線」では実時間応答を保証し、20台のアクセスポイントYFGW510で500台の無線フィールド機器と接続することが可能です。500台の無線フィールド機器との接続でデータ更新周期5秒、200台の無線フィールド機器との接続で1秒を実現できます。

信頼性向上のため信号経路をすべて二重化できます。Duoキャスト通信により無線フィールド機器とアクセスポイントYFGW510間の通信の信頼性向上も実現しています。また、無線フィールド機器の通信距離を従来比20倍の10km※1に拡張する技術を開発し、現在、実プラントで実証実験を行っています。

※1: 10km 高利得アンテナを利用した場合。使用する国・地域の電波法により、利用可能なアンテナの種類が制限される場合がある。

 

新コンセプト“Wireless Anywhere”

当社は、ISA100.11aに準拠した無線通信技術をプラントのどこでも適用できる環境を表す「Wireless Anywhere」のコンセプトに基づき、すでにお客様に提供している「プラントワイドフィールド無線」を中核システムに据えて、プラントのあらゆる箇所で適用する環境を提供し、ISA100.11aの無線通信技術を広く普及させるために3つの施策を展開します。

1. 実装要素技術をコンポーネント化し、開発を加速

お客様が必要とする無線デバイスソリューションを適切なタイミングで提供するため、無線フィールド機器(デバイス)を構成する実装要素技術のコンポーネント化を行います。コンポーネント化された実装要素技術を採用することで、ISA100.11a準拠の無線フィールド機器の実現が容易になり、製品開発期間の短縮が可能になります。当社はラインアップ拡充のために、これらの実装要素技術を活用して開発を加速し、2013年の年末に新しい無線フィールド機器の発売を予定しています。

2. ISA100.11a規格のサポートメンバーの拡大

当社はISA100 WCI(Wireless Compliance Institute)に加盟するメンバーと協力しながらISA100.11a規格を支持するメンバーの拡大と無線フィールド機器市場の普及に努めてきました。今後は多種多様なセンサをお客様に提供し、導入可能な無線アプリケーションの種類を増やすため,センサメーカ各社に対し、上記 1項のコンポーネント化した実装要素技術を提供し、ISA100.11a通信規格に対応した無線センサの開発を支援することを提案していきます。

3. 無線技術を取り込んだフィールド・デジタル・ネットワークの拡張

プラント全体の監視・制御にフィールド無線システムを適用するためには、(1)多様なプロトコルの監視・制御システムなどの上位システムと接続が可能であること、(2)有線製品をプラントのフィールド・デジタル・ネットワークに統合していくことを実現する必要があります。当社は、これらの実現を目指し、上位システムとフィールド機器の多様なプロトコルの接続を可能にするための技術開発に取り組みます。例えば、有線のフィールド機器を無線ネットワークに取り込むために、ISA100.11aに対応したアダプタを開発します。

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まとめ

Yokogawaは無線技術と既存の有線技術を活用してフィールド機器を有機的に統合する新しいフィールド・デジタル・ネットワークを提案し、お客様の生産性向上に貢献します。

このように、"フィールド・デジタル"を活用してプラント操業の全体最適化を支援し、生産プロセスの「現場」の高度情報化と多様化にシームレスに対応する「Wireless Anywhere」を新たなコンセプトとして提唱し,理想のプラント操業を実現するために長期的発展に寄与できるパートナーとしてお客様と共に未来をデザインしていきます。 

 

“成長=Grow” を実現するアーキテクチャー

2010年に世界で初めてISA100.11a規格に適合した製品でフィールド無線システムの市場を推進するYOKOGAWAは、新たに大規模で高信頼な次世代のプラントワイドフィールド無線システムを開発し、販売を開始しました。 
これからのフィールドデジタルソリューションの基幹となるYOKOGAWAフィールド無線システムは、

  1. Reliability: 高い信頼性を実現する高性能無線技術と冗長化技術
  2. Flexibility: 小規模から大規模まで対応し拡張できる柔軟なアーキテクチャー 
  3. Openness: 他社の無線フィールド機器との相互接続を可能にするオープンなISA100.11a規格

の3つを目標に掲げて開発されました。そして、それぞれのお客様の進化と成長を実現するため、自らも進化してその時々に求められる最適なソリューションを提供し続けるという意味をから、「成長=Grow」をコンセプトとしています。

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次世代フィールド無線がもたらすメリット

現在のフィールド無線システムは比較的小規模のものから導入されていますが、モニタ点数の増加、より広いエリアへの展開、診断、監視、計測からさらには制御への適用など幅広い応用への要求が高まってきています。
このようなニーズを実現するために、大規模で高信頼な次世代プラントワイドフィールド無線システムは開発されました。新しいフィールド無線システムでは最大500台*の無線フィールド機器の一括管理が可能になります。(*収容できる無線フィールド機器の最大数は、フィールド無線用管理ステーションYFGW410のソフトウェアバージョンに依存します。)

従来の小規模なフィールド無線システムは、たとえば、タンクヤードや排水設備エリア等比較的見通しのよい特定エリアへの補完的な導入が主であったため、在庫管理の効率化、人員による巡回の効率化、環境計測の自動化等の限定的な作業効率改善と部分的な配線コストの削減が中心でした。
一方、プラントワイドフィールド無線システムは、従来設置が難しかった生産設備が密集している狭いエリアへの大量の測定点追加から、プラントの端から端まで広いエリアでの測定点追加に適応でき、プラントのどこにでも無線フィールド機器が設置できデータ管理できるようになりました。そのため、従来の限定的な効率改善にとどまらず、プラント全体の生産性向上に貢献します。

 

大規模でフレキシブルなフィールド無線システムを実現するアーキテクチャー

新しいフィールド無線システムのために次の新たなフィールド無線システム機器が開発されました。

  • フィールド無線用管理ステーション YFGW410
  • フィールド無線用アクセスポイント YFGW510
  • フィールド無線用メディアコンバーター YFGW610

当社従来のフィールド無線用一体型ゲートウエイYFGW710は、アクセスポイントと無線制御の機能が全て一体化されており、比較的小規模なフィールド無線システムを特定のエリアに簡便にインストールするのに適したオールインワンタイプでした。
新しい製品では、フィールド無線用アクセスポイントYFGW510が独立し、無線制御の機能を有するフィールド無線用管理ステーションYFGW410との間にフィールド無線バックボーンを形成できます。
よって複数のフィールド無線用アクセスポイントYFGW510をプラントの各所に配置してフィールド無線サブネットを構成でき、このアーキテクチャーによって大規模でプラントワイドなフィールド無線システムの構築を実現しました。
また、このフィールド無線用アクセスポイントYFGW510とフィールド無線用管理ステーションYFGW410との接続はイーサネット、光イーサネット、無線 LAN、計装ケーブル通信* などが選択できるので、プラントにおけるインストレーションの自由度が高くなっています。(*計装ケーブル通信は次期開発予定です。)

システム構成例を下図に示します。

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高信頼のフィールド無線を支える技術

YOKOGAWAのフィールド無線は優れた受信性能を有し、無線物理層の信頼性が高いことを特徴としてきました(Reliable Radio)。
その結果、標準のアンテナを使って見通し区間であれば約600mの通信距離を実現し、また"パイプジャングル"のマルチパスの環境でも低いパケットエラーレートを実現してきました。
そこにネットワーク層の信頼性を強化する新たな技術が導入されることで、その信頼性はさらに強化されます。具体的には次の二つの技術です。

(1)Duocast

DuocastはISA100.11a規格が規定する無線経路を冗長化する技術です。従来のメッシュトポロジーは1つの無線経路で通信品質が確保できなかった場合に、もう一方の経路で再送信を試みる技術です。この場合,再送信は同一のタイムスロットではなくスーパーフレーム内の別タイムスロットが使用されるため、状況によって通信に遅延が発生するリスクがありました。

一方でDuocastは同じタイムスロット内で同時通信する技術であり、どちらか片方の通信が成功すればリアルタイム性が維持されます。よってミッションクリティカルな無線経路の冗長化に適しており、低レイテンシーを確保しながら信頼性向上を実現します。(下図参照)

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また、Duocast には無線経路の障害を補償するほかに、二つのフィールド無線用アクセスポイントで片側の故障をバックアップすることも可能になりました。

(2)フィールド無線バックボーンの二重化

フィールド無線バックボーンは、フィールド無線用アクセスポイントYFGW510と、フィールド無線管理ステーションYFGW410の間のネットワークのことです。このネットワークの二重化もISA100.11a 規格が規定する信頼性向上の技術です。これはフィールド無線用管理ステーションYFGW410の二重化によって実現され、フィールド無線バックボーンの断線や障害、YFGW410の故障などを冗長化でバックアップします。(下図参照)

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具体的にはアクティブとスタンバイに設定した2台のフィールド無線管理ステーション YFGW410は、冗長化専用ケーブルによって同期され、例えばアクティブ側になんらかの障害が発生するとスタンバイ側へ機能の切り替えやデータの移管が短時間に実施され通信を継続します。

 

機能強化された無線伝送器

今回のプラントワイドフィールド無線システムの発売に合わせて、無線伝送器(EJX L シリーズ差圧・圧力伝送器、YTA510 温度伝送器)の機能強化も実施しました。

着脱式アンテナによる通信品質の改善

アンテナの着脱を可能にするオプションが設定されました。
このモデルを選択いただくことで、アンテナ延長ケーブルや高利得アンテナ*がお使いいただけます。
アンテナ延長ケーブルによって、伝送器の設置位置を変えることなくアンテナ位置が変更できるため、無線通信環境の改善が可能になります。
また、高利得アンテナ*によって通信距離を拡大することが可能になります。(* 使用可能なアンテナの種類は各国の電波法によって制限されます。)

消費電力低減によるバッテリー寿命の延長

着脱式アンテナオプションのモデルは消費電力の低減により電池寿命が長くなっています。条件にもよりますが、従来モデルに比べて1.5倍から2倍の電池寿命を実現しました。電池寿命の例を下記に示します。

  • EJX L シリーズ差圧・圧力伝送器(アンプケースコード8または9のモデル)
    更新周期 30秒で約10年間
    更新周期 10秒で約5年間
  • YTA510 温度伝送器(アンプケースコード8または9のモデルで低電力モード時)
    更新周期 10秒で約10年間
    更新周期 5秒で約8年間
    (但し、周囲温度:23±2℃)

 

まとめ

YOKOGAWAは工業用の無線技術を10年以上前から研究開発し、各種規格を比較検討してきました。そして工業用の計測と制御の分野に無線を採用するにあたっては、不安定さをできるだけ排除した無線物理層(Reliable Radio)を基本とし、上位層でシステムがそれをさらに補強するアーキテクチャが重要であることを主張してきました。また各種の工業用無線規格を比較検討する中で、ISA100.11a規格が我々のポリシーを実現するうえで最も適したアーキテクチャであったため、2010年に世界に先駆けてISA100.11a規格適合の商品を市場に投入しました。
そして多くの無線アプリケーションをご提供し、世界の100以上のサイトを開発エンジニアが直接訪問してサーベイを実施しました。
その体験と、多くのお客様からの情報を蓄積し、それを次の開発に活かしました。それはISA100.11a規格のもつ優位性をより具現化するものであり(ISA100 Full Functional)、フィールドデジタルイノベーションへ向けた無線の役割をより明確かつ確実にしていくものです。

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デジタル技術が実現する無線のセキュリティ

一方で、たとえ固定通信であったとしても、無線通信は同じ周波数を使った他の無線通信からの混信・妨害や、悪意をもって同じ周波数で妨害電波を出された場合の危惧もあります。
また、無線は空間に飛び出して周辺のエリアに到達してしまうため、傍受されて通信内容を第三者に知られたり、また外部からの意図的な侵入に対する心配もあります。
これらの危惧への一つの答えとして「アナログ」から「デジタル」への無線技術の進歩が挙げられます。
アナログの時代の無線通信は、その周波数の受信機さえあれば誰でも傍受が可能なものであり、一方でその通信に割り込んだり、意図的に妨害を与えるのも簡単で、セキュリティに関してはほとんど無力なものでした。
その後、無線通信にデジタル技術が導入されることによって、これらの危惧は大きく軽減されることになりました。

デジタル技術が実現する無線のセキュリティ

 

環境条件と無線

無線に対する環境影響の懸念についても誤解に基づいたものが散見されます。
たとえばフィールド無線通信が強い磁場に弱いとか、雨が降ると通信がさえぎられるといった話は事実ではありません。内容によっては有線よりも無線のほうが有利な場合もあります。これら環境条件と無線通信との関連を下記にまとめます。

  • 雷サージによる破損
    雷サージは電源や通信の配線を伝わって接続された周辺の電子機器を破壊する現象です。よって配線を有しない無線伝送器の雷サージに対するリスクはむしろ小さいといえます。ただし、直撃雷を堰けるための現場周辺の避雷対策は必要です。
  • 雷による通信妨害
    雷の放電によって発生する電磁波の周波数は数Hzから1GHz以上の広い帯域に渡ると言われています。ただし周波数が上がるほどそのパワーは小さく、また放電の瞬間と間欠通信の瞬間がぶつかる確率的な問題であり、またぶつかった場合も再送制御でリカバーされます。
  • 降雨・降雪・霧の影響
    フィールド無線に使われている2.4GH帯は降雨や降雪の影響をほとんど受けません。実験的にも確かめられています。一般的に10GHz以上の周波数から影響が出始めるといわれています。
  • 断線のリスク
    災害や劣悪環境での老朽化による配線の切断、野生動物による損傷、悪意ある者による意図的な切断などは有線特有の課題であり、無線は無関係になります。
  • 強磁界による影響
    問題となる磁界は無線帯域の高周波ではなく低周波であることが一般的です。その磁界による誘導電流は導線(配線)に対して発生するものですのでむしろ無線のほうが有利といえます。

 

無線通信規格 ISA100.11aについて

携帯電話や無線LANなどのように、私たちの生活に無線は欠かせないものとなってきました。
この無線技術の計装への適用を望まれることが増えてきています。
では、どのような無線技術を使えばよいでしょうか。

今までも横河電機を含む各種ベンダーから、無線を使った簡易計装システムというものは存在していましたが、

  • 固有の通信プロトコルを使うことが一般的で使えるアプリケーションに限定があった。
  • 複数のベンダー製品を同一の無線計装で扱うことが出来なかった。
  • 通信経路のセキュリティや信頼性に不安を払拭しきれなかった。

などの理由でなかなか普及に至りませんでした。

そこで横河電機はインダストリアル・オートメーションに適した無線通信規格ISA100.11a制定に参加し、
ユーザに使いやすい無線機器の国際規格化に務めてきました。

このISA100.11aには以下の優れた特長があります。

特 長 説 明
セキュリティ 強固な暗号化技術
通信の信頼性 24時間365日稼動を実現する高信頼性
電力管理 電池の長寿命化と交換時期の予測
オープン 複数のサプライヤーからの機器購入
マルチスピード 更新周期の早い機器と、遅い機器の混在
多機能 1つの無線ネットワークで複数のアプリケーション
拡張性 無線フィールド機器の数、地理的、更新周期の拡張性
グローバル 世界各国で適用可能な技術
通信品質管理 通信遅延の管理と低通信エラー率
マルチプロトコル 既設有線計装との統合のための投資最小化
コントロール対応 無線適用範囲の拡大

これらは工業用無線センサネットワークに要求されるユーザの声に基づいております。
ISA100.11a は、全ての要求を同時に満足した工業用無線規格です。

ISA100.11a規格をベースにした工業用無線技術をご導入いただくことで、高信頼かつ将来性の高い新しい計装スタイルの構築が可能となり、多くの問題解決を実現できると確信しています。

 

ISA100.11a対応の無線機器による制御デモ

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このデモは、当社の統合生産制御システム「CENTUM ® VP」及び無線管理ゲートウェイ、無線対応の差圧・圧力伝送器「DPharp EJX」と、バルブやポンプの大手メーカであるFlowserve社(注)の無線対応バルブポジショナ(試作品)を用いて、タンク水位の制御を実現したものです。今回使用した機器はISA100.11aに準拠しており、通信間隔1 秒での高速応答を示しました。また、無線通信経路の二重化により、高い信頼性を確保しました。

今回の制御デモに使用した当社製品:

  • 統合生産制御システム「CENTUM VP」
  • 差圧・圧力伝送器「DPharp EJX Lシリーズ」
  • フィールド無線用管理ステーション「YFGW410」
  • フィールド無線用アクセスポイント「YFGW510」

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無線による水位レベル制御デモの特徴

  1. DCSのPID制御による無線フィールド機器の制御(監視および制御)
  2. データ更新周期1秒でPID制御
  3. 完全二重化:更なる高信頼性確保のためフィールド無線用アクセスポイントYFGW510と無線フィールド機器間のDuocastおよびフィールド無線用管理ステーションYFGW410完全二重化システム
  4. 無線バルブポジショナーD3はFlowserve Corporation製プロトタイプ

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無線による水位レベル制御デモ

目的:無線通信であっても、1秒周期でプロセスデータを送受信し、適切な制御ができることを示す。
方式:通信手段に無線を使い、バルブポジショナ、および、圧力センサとコントローラが通信し、定周期で4段階の
設定水位の制御を行う。
構成:ISA100.11aの無線インフラとCENTUMを接続し、CENTUMから水位をPID制御する。
 
注)Flowserve Corporation
Flowserve Corporation(本社、米国テキサス州ダラス)はFSG(フローソリューショングループ)、FCD(バルブ)の2部門で構成される流体制御機器メーカです。電力、ガス、化学、その他産業に製品を納入し14,000名以上の従業員が世界56カ国で事業展開をしています。

500台無線フィールド機器 大規模接続テスト
高い信頼性、柔軟なアーキテクチャがさまざまなフィールドに対応

YOKOGAWAの新しいフィールド無線システムは、ISA100.11aの無線技術と、長年培ったYOKOGAWAの生産制御システムのノウハウを融合させ、フィールド無線システムの信頼性をさらに向上しました。
このビデオは、YOKOGAWAの新しいフィールド無線システムを紹介しています。冗長化構成を可能にしたフィールド無線用管理ステーション(YFGW410)2台と、Duocast機能に対応したフィールド無線用アクセスポイント(YFGW510)10台を配置し、信頼性の高いフィールド無線システムを構築しています。大規模システムのテストで、500台の無線フィールド機器と実際に接続して動作を確認しています。
2台のフィールド無線用管理ステーションのうち片側の接続を外しても、冗長化構成により、500台の無線フィールド機器は問題なく通信と測定を継続できています。また、10台のフィールド無線用アクセスポイントのうち1台の電源を落としても、やはり500台無線フィールド機器の接続は影響を受けません。YOKOGAWAフィールド無線システムの「高信頼性」を実際の動作で示しています。
このようにYOKOGAWAのフィールド無線システムは、最大500台の無線フィールド機器を収容することで、広大なプラントで強力なスケーラビリティを実現します。

雷試験 無線フィールド機器の耐久性を実証

インパルス電圧発生器を使用し、YOKOGAWAフィールド無線機器の誘導雷に対する耐久性実証試験を行いました。120万V、60kAの雷インパルスの誘導雷にも、YOKOGAWAの伝送器は全く損傷を受けず、その後も正しく測定と通信を継続していることを確認しています。

YOKOGAWAが提案する”高信頼”フィールド無線ソリューション

YOKOGAWAのフィールド無線ソリューションは、高感度受信機の採用で、信頼性の高い無線技術を実現しました。YOKOGAWA無線フィールド機器ならではの特色を生かし、ユーザに新たな価値創造を提案します。

  • 長距離通信:最大600メートル
  • 反射に強い通信:障害物密集環境(パイプジャングル)での通信安定性
  • Wi-Fiとの高い共存性:堅牢な通信信頼性

YOKOGAWAフィールド無線 長距離通信テスト(600m)  

YOKOGAWA無線フィールド機器を使用し、600mの長距離通信試験を行いました。高信頼の無線技術が、長距離通信においても、低パケットエラーレート(PPR)を実現しています。

横河電機 フィールド無線ソリューションの技術に関して Frost & Sullivanの「Global Enabling Technology Leadership Award」を受賞

横河電機株式会社(本社:東京都武蔵野市 代表取締役社長:西島 剛志)は、国際的な市場調査およびコンサルティング会社であるFrost & Sullivan(フロスト・アンド・サリバン)*1から、フィールド無線ソリューションの技術に関して2014年の「Global Enabling Technology Leadership Award(グローバル・イネーブリング・テクノロジー・リーダーシップ・アワード)」を受賞しましたのでお知らせします。同賞は、さまざまな分野において世界で最も効果的な技術を実現した企業に対して授与されるものです。

フィールド無線システムは、プラントに設置されるフィールド機器や分析計などと、監視・制御システムなど上位のシステムとの間の通信を無線化するシステムです。無線通信には、配線が困難な場所にフィールド機器等を設置できる、通信ケーブルや敷設コストが削減できるなど多くのメリットがあります。

当社は2010年7月にISA100.11a*2準拠のフィールド無線用システム機器と無線フィールド機器を世界で初めて市場に出し、ラインアップを拡充してきました。2013年4月には、無線通信技術をプラントのどこでも適用できる環境を表す「Wireless Anywhere(ワイヤレス エニウエア)」をコンセプトに策定し、ISA100 Wireless*3を普及させるための活動と適合機器の開発に取り組んでいます。2013年末には、無線技術をセンサに搭載しやすくするため、センサメーカへのアンテナ一体型無線通信機の提供を開始しており、2014年は有線フィールド機器を無線化するためのアダプタの提供を開始します。

今回の受賞にあたっては、新製品創出の可能性、現在の製品の強化、新たなアプリケーションの実現、市場での普及の可能性、テクノロジーの活用範囲の広さの観点から無線ソリューションの評価がなされ、当社は、信頼性、オープン性、相互運用性を重視してISA100 Wirelessを採用し、既存の有線技術と無線技術を融合させ、フィールド無線の分野に技術革新の道を開いたとして受賞に至りました。

当社は今後も「Wireless Anywhere」のコンセプトに基づきISA100 Wireless対応機器の開発に努めるとともに、監視のみならず制御までを含めて、プラントにおける無線技術の活用に取り組んでまいります。

高信頼ISA100無線システムの制御デモ
-Yokogawa developed reliable ISA100 Wireless System for Control Application - Live Demo-

このデモは、当社の統合生産制御システム「CENTUM ® VP」及び無線管理ゲートウェイ、無線対応の差圧・圧力伝送器「DPharp EJX」と、バルブやポンプの大手メーカであるFlowserve社(注)の無線対応バルブポジショナ(試作品)を用いて、タンク水位の制御を実現したものです。今回使用した機器はISA100.11aに準拠しており、通信間隔1秒での高速応答を示しました。また、無線通信経路の二重化により、高い信頼性を確保しました。

概要:

測定点が頻繁に移動する貯炭場の温度測定を無線通信により常時観測

貯炭場で重要なリスク管理の一つに、石炭の自然発火による火災防止があります。一般的に貯炭場は、風を遮るものがない、広大な敷地に設置されます。そのため、空気の混入による自然発火のリスクに常にさらされています。
多くの場合、自営の消防チームによる災害対策が立てられていますが、あくまでもそれは対処療法です。対応が後手に回り、大災害を引き起こし、企業に存続不可能なほどのダメージを与える事態も起こりかねません。
火災の予防対策として、技術者によるパトロールを定期的に実施している企業も数多くあります。しかし、貯炭場での温度の計測は危険が伴います。また、広大な敷地をカバーするにあたって、大きな労力も必要となります。
横河電機の「プラントワイドフィールド無線」による、温度検知のソリューションを活用すれば、広大な貯炭場の任意のポイントから、安全かつタイムリーに温度情報を収集し、火災予防に役立てることができます。

 

「プラントワイドフィールド無線」とは?

工業用国際標準無線規格 ISA100 Wireless(IEC62734)を採用し、工業用途の無線通信で求められる信頼性と実時間性を確保した無線システムです。2つのアクセスポイントと同時に通信する冗長化通信「Duocast」方式を用いて、通信経路やアクセスポイントに障害が発生しても通信が途絶えません。更に拡張性にも優れ、アクセスポイントと上位システムの接続に、イーサネットのほか、無線 LAN、光イーサネットなどさまざまなインターフェースが使用でき、構成変更に柔軟で大規模な無線ネットワークを構築することができます。

 

お客さまのメリット

最長2km先から、最大500カ所をカバー

長さ約2mのポータビリティ熱電対を測定点に設置しました。そこに無線通信する温度伝送器YTA510を組み合わせることで、最も発火しやすい石炭山の表面から中2mの部分の温度情報を無線通信で伝送できます。また、無線なので貯炭場の形状変化にも容易に対応できます。通信距離は最長500mで、最大500カ所のポイントをカバーします。中継器を設置すれば、管理室から最長2km離れた貯炭場でも監視することも可能で、有線では現実的ではないスケールの定時定点観測を実現します。

安全で効率的な監視を実現。コストダウンも望める

無人による温度測定が可能となるため、危険が伴う貯炭場の温度測定業務から、技術者を解放できます。また、伝送器は電池駆動(電池寿命10年/条件依存)のため、メンテナンスもほとんど必要ありません。広範な貯炭場を隈なく調査する時間と労力を削減できる
ため、大幅なコストダウンも望めます。

導入も低コスト。しかも工期は最短 1 日

有線の場合、ネットワークを構築するケーブルや、それを設置する設備などが必要で、そのための経費や工期もかかります。しかし、無線通信では、測定点や中継点などに、機器を設置するだけなので低コストが実現します。また、工事も最短1日で完了するので、素早くシステムを導入することができます。

測定点が頻繁に移動する貯炭場の温度測定を無線通信により常時観測

 

さらなるニーズに応える YOKOGAWA のソリューション

無線フィールド機器はさまざまなラインナップをご用意しています。温度伝送器であるYTA510には、2点入力のモデルもあるほか、8点まで1台で対応する多点温度伝送器 YTMX580もあります。また、横河電機のソリューションによって、小規模システムから大規模システムまで、多様な上位システムに接続できます。

アプリケーションノート
概要:

アプリケーション

火災を防止するために貯炭場の各場所の温度をモニターする必要があります。

 

現場の課題

  • 貯炭の山の形状は貯蔵量に応じて頻繁に変わるためにモニタ点も変更する必要があります。
  • 制御室から温度モニターの場所までの距離は最大約600mと長距離になります。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線温度伝送器を採用しました。

 

期待される効果

  • 無線による設置場所の柔軟性がオンライン温度モニターを容易に実現します。
  • 600mの長距離をダイレクトに通信できる無線性能は、リピータ(中継器)の削減に貢献します。

貯炭場での温度モニタ 

アプリケーションノート
概要:

アプリケーション

多点温度測定による温度監視

 

現場の課題

  • 貯炭場から運炭管理室まで数百メートルの距離が有り、配線工事が高価である。
  • 貯炭量の変化による熱電対の移動設置範囲に制限が出る。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の多点無線温度伝送器YTMX580を採用しました。
YTMX580は、8chユニバーサル入力で、多点測定アプリケーションに最適であり、また動作周囲温度が-40~85°Cの耐環境にも適しています。

  • 多点温度伝送器:YTMX580
    熱電対を複数(最大8入力)接続し、温度を測定
  • 温度伝送器:YTA510
    無線中継器として使用
  • 無線ゲートウエイ:YFGW710
  • データアクイジション:MW100

 

期待される効果

  • 熱電対を炭山に埋めて深部の多点観測をすることが出来る。
  • 無線伝送によるケーブルレスで熱電対設置位置の自由度が高くなる。
  • 無線によりケーブルダメージの心配が不要
  • 配線コストの低減

多点温度伝送器YTMX580 ソリューション事例 

アプリケーションノート
概要:

アプリケーション

火力発電の水冷システムにおいて海からの入水と出水の温度差をモニターします。

 

現場の課題

有線の温度センサーは海上の波によって揺さぶられ、頻繁に断線してしまうという問題を抱えていました。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線温度伝送器を海上ブイに設置するというソリューションを採用しました。

 

期待される効果

ケーブル断線によるメンテナンスコストを削減することが可能になりました。

火力発電の水冷システムにおける入水と出水の温度モニタ

業種:
概要:

消防危第 14 号に対応
無線通信により無配線でバルブを瞬時に遮断

2003 年 9 月、北海道で十勝沖地震が発生しました。このとき、浮屋根式タンクの浮き屋根が大きく波打つスロッシング現象が起こり、タンク内の石油が雨水排水管を通じて漏出し、大規模火災を引き起こす要因となりました。その後、消防危第 14 号が制定・施行され、貯
蔵物の流出を防止する弁が自動または遠隔操作で閉鎖できることと、その予備動力源の設置が義務付けられました。
この法的基準を満たす災害対策として、横河電機では「プラントワイドフィールド無線」によるバルブ緊急遮断のソリューションを提供しています。無線でバルブを遠隔操作できるため、安全面・コスト面で大きなメリットがあります。

 

「プラントワイドフィールド無線」とは?

工業用国際標準無線規格 ISA100 Wireless(IEC62734)を採用し、工業用途の無線通信で求められる信頼性と実時間性を確保した無線システムです。2 つのアクセスポイントと同時に通信する冗長化通信「Duocast」方式を用いて、通信経路やアクセスポイントに障
害が発生しても通信が途絶えません。更に拡張性にも優れ、アクセスポイントと上位システムの接続に、イーサネットのほか、無線 LAN、光イーサネットなどさまざまなインターフェースが使用でき、構成変更に柔軟で大規模な無線ネットワークを構築することができます。

 

お客さまのメリット

低コストでスピーディな導入が可能

横河電機のソリューションは、フィールド無線用電磁弁操作モジュール FN910 とフィールド無線用通信モジュール FN110 と組み合わせることで、空気式バルブの無線遠隔操作を実現しています。有線ではないので、防爆仕様のケーブルや配線設備・工事などが不要です。
そのため、導入コストが抑えられ、工期も短縮できます。

最長 2km 先から、最大 250 カ所のバルブを緊急遮断

最長 500mの通信距離があり、中継器を設置すれば管理室から最長 2km離れた場所でも遠隔操作が可能です。遠隔の操作指示から最短 5 秒でバルブが動作を開始します。また、最大 250 台のバルブを一元管理できるため、大規模なプラントにも適用できます。さらに、弁が閉じられたことを確認するリミットスイッチの信号がフィードバックされるため、確実なバルブ操作を行えます。

外部電源が不要で、災害時に強い

無線通信やバブル開閉の電源は電池(電池寿命 10 年/条件依存)です。そのため、災害時による電源喪失の影響を受けることなくバルブを遠隔操作できます。さらに、一度設置すればメンテナンスはほぼ不要で、ランニングコストも低く抑えられます。

システムイメージ

 

さらなるニーズに応える YOKOGAWA のソリューション

横河電機のソリューションは、お客様のニーズに応じて柔軟にカスタマイズが可能です。手動によるバルブの遠隔操作だけでなく、地震計と連動させることで、地震が発生すると同時に弁を自動で閉めることもできます。ユーザライクな管理画面の設計も承ります。
ISA100 Wireless による信頼性の高い無線通信だからこそ実現した、最新のソリューションで、お客様に安心と安全を提供します。

概要:

アプリケーション

リアクターの温度モニタリングと循環フィルターの圧力モニタリング

 

現場の課題

モニタ点と制御室の距離は80mで、長距離ではありませんが、パイプとタンクの密集地域です (“パイプ・ジャングル“)。

 

横河のソリューション

リピータを制御室とモニタ点の途中の高い位置に設置し、ゲートウェイにアンテナ延長ケーブルをつけました。

 

期待される効果

  • 配線とメンテナンスコストの削減 が可能になりました。
  • ISA100 無線伝送器の高信頼性により低パケットエラーレート通信を実現しました。

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概要:

アプリケーション

天然ガス田における温度と圧力のモニタリング

 

現場の課題

  • 旧式の光学ファイバーシステムから無線ソリューションへ転換します。
  • モニタ点は、関係者以外の立入防止のため格子状の金属に囲まれていて、金属の格子や雪が無線通信の障害となっています。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線温度伝送器(YTA)と無線圧力伝送器(EJX)を採用しました。

 

期待される効果

  • 配線とメンテナンスコストを削減することが可能になりました。
  • 障害物があるにも関わらず、ISA100 無線伝送器の高信頼性により低パケットエラーレート通信を実現しました。

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概要:

アプリケーション

石油井口における圧力モニタリング 

  • 差圧伝送器によって石油パイプライン漏洩の監視を行います。

 

現場の課題

  • モニタ点と制御室の間に未開発の地域がある為、配線作業を困難にしています。
  • 600m以上の長距離通信が必要となります。

 

横河のソリューション

  • ISA100.11a適合の無線温度伝送器(YTA)とリピータ(中継器)を採用しました。
  • リピータはメンテナンスし易いエリアの高い位置に設置しました。

 

期待される効果

  • 未開発地域をまたぐ長距離配線が不要になりました。
  • ISA100無線伝送器による600m以上の長距離通信が可能になりました。
  • 危険な地域でのバッテリー交換などのメンテナンスが不要になりました。

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概要:

アプリケーション

化学プラントにおける圧力モニターと温度モニター。
配線コストを省いた無線によるモニターポイントの追加。

 

現場の課題

制御室とモニターポイントの間には多くの金属製の橋があります。
またその距離は500m以上あります。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線伝送器による圧力と温度のモニター。
リピータをゲートウエイの下方の地上に設置して橋と道路の間を無線通信できるよう構成しました。
リピータと無線伝送器の間の距離は約500mです。

 

期待される効果

  • 配線コストの削減
  • ISA100 無線伝送器の長距離通信能力により広域を安定通信
  • ISA100 無線伝送器の高信頼性により低パケットエラーレート通信

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業種:
概要:

アプリケーション

オフラインの温度・圧力ゲージをオンライン監視できるように置き換えます。

 

現場の課題

約300m四方に渡る広いプラントにおいて多数のモニターをオンライン化するには大きな配線コストが問題となります。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線温度伝送器と無線圧力伝送器を採用

 

期待される効果

  • 配線コストの削減
  • 人によるモニターパトロールの人件費削減
  • ISA100 無線伝送器の長距離通信能力により広域を安定通信
  • ISA100 無線伝送器の高信頼性により”パイプジャングル“内も安定通信

化学プラントでの温度・圧力ゲージのオンライン監視

化学プラントでの温度・圧力ゲージのオンライン監視

業種:
概要:

アプリケーション

タンク・ファームでの温度モニタリング

 

現場の課題

  • ゲートウェイのあるオフィスからタンク・ファームまでは400mの距離があり、乗用車やタンク・ローリーなど交通の激しい道路があります。
  • 乗用車やタンク・ローリーは無線パスの障害となり、無線通信を不安定にします。

 

横河のソリューション

  • ISA100.11a適合の無線温度伝送器(YTA)を採用しました。
  • 冗長性の為にリピータ(中継器)を二機設置しました。
  • 障害物の回避として延長アンテナを使用し、安定性のある無線パスに改良しました。

 

期待される効果

  • 配線とメンテナンスコストを削減することが可能になりました。
  • ISA100 無線伝送器の高信頼性により、長距離における低パケットエラーレート通信を実現しました。

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業種:
概要:

アプリケーション

ケミカル・リアクターの温度・圧力をモニタリングします。

 

現場の課題

モニタ点はリアクター・タワーの数箇所に設置します。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線温度伝送器(YTA)と無線圧力伝送器(EJX)を採用しました。
ゲートウエイ装置に3mの高さの延長アンテナを使用して、制御室に設置しました。

 

期待される効果

  • 配線とメンテナンスコストを削減することが可能になりました。
  • ISA100 無線伝送器の高信頼性により低パケットエラーレート通信を実現しました。

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業種:
概要:

アプリケーション

化学プラントの温度・圧力モニタリング

 

現場の課題

制御室からモニターの場所まで、多くの建物があり、長距離通信となります。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線温度伝送器(YTA)と無線圧力伝送器(EJX)を採用しました。
リピータ(中継器)を高い位置に設置しました。

 

期待される効果

  • 配線とメンテナンスコストの削減が可能になりました。
  • ISA100 無線伝送器の高信頼性により低パケットエラー–レート通信を実現しました。

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業種:
概要:

アプリケーション

無線多点温度伝送器YTMX580を使用した回転炉の温度測定

 

現場の課題

お客様は酸化チタンの製造を行っており、製造工程で回転炉を使用しています。
「回転炉に直接、複数の温度センサを設置し、内部温度を高精度に測定したい。」という要望があります。

 

横河のソリューション

回転炉の側面にYTMX580を設置することで複数の温度センサの測定値を無線伝送することができます。

 

期待される効果

  • YTMX580を使用することで最大8点まで無線伝送が可能です。
  • 直接温度センサを使うことで高精度な測定が可能です。
  • 無線伝送することで回転炉からの配線が不要となります。
  • 電池式なので電源配線が不要です。

YTMX580を使用した回転炉の温度測定

業種:
概要:

アプリケーション

熟成ドラムの温度モニター

 

現場の課題

  • 従来はオフライン温度ゲージによる温度監視を行っていました。
  • 回転体のため配線を有する伝送器によるオンラインモニターは困難でした。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線伝送器によるドラム温度のオンラインモニター

 

期待される効果

  • 回転体のオンライン温度モニターを実現
  • オフラインゲージの目視確認が不要
  • ドラム内部の確実な場所の温度モニターを実現
  • ISA100 無線の高信頼性は回転体についても安定した通信を確保

熟成ドラムの温度モニター

業種:
概要:

アプリケーション

乾燥ステージのオフライン温度モニターをオンラインモニターに変更します。

 

現場の課題

長く段差の多い乾燥ステージを人が歩いてオンラインの温度ゲージをチェックする必要があり多くの労力を要していました。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の温度伝送器を採用

 

期待される効果

  • 配線コストの削減
  • 人によるパトロールの不要により人件費削減

乾燥ステージのオフライン温度モニター

業種:
概要:

アプリケーション

流量、圧力、温度のモニタリング

 

現場の課題

  • 間を流れる川が配線の敷設とメンテナンスを困難にしています。
  • 公共エリアに配線と中継機器を多数設置すると盗難などのリスクが高くなります。

 


横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線温度伝送器(YTA)と無線圧力伝送器(EJX)を採用しました。

 

期待される効果

  • 無線により河川を越えた通信が可能になりました。
  • 配線とメンテナンスコストを削減することが可能になりました。

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業種:
概要:

アプリケーション

タンク・ファームでの温度と圧力のモニタリング

 

現場の課題

タンク密集地域のため配線は困難で、無線通信に多くの障害物があります。

 

横河のソリューション

  • ISA100.11a適合の無線温度伝送器(YTA)と無線圧力伝送器(EJX)を採用しました。
  • 無線通信の安定性のために、リピータ(中継器)を高い位置に設置しました。

 

期待される効果

  • 配線とメンテナンスコストを削減することが可能になりました。
  • ISA100 無線伝送器によって、タンク密集地域での安定した通信を確保しました。
  • 無線伝送器のスケーラビリティで、将来的な拡張が可能となります。

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業種:
概要:

アプリケーション

海水抽出場におけるフローモニタリング

 

現場の課題 

  • 中間に公共のエリアが存在するため、機器や配線の設置が困難です。
  • 690m以上の長距離通信です。 

 

横河のソリューション

  • ISA100.11a適合の無線温度伝送器(YTA)と無線圧力伝送器(EJX)を採用しました。
  • 無線通信の安定性のために、 リピータ(中継器)を高い位置に設置しました。

 

期待される効果

  • 無線により、公共エリアへの設置を避けることができます。
  • 配線とメンテナンスコストを削減することが可能になりました。
  • ISA100無線伝送器により、長距離通信を実現しました。

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業種:
概要:

アプリケーション

プラントの安全確保のための送電線接続部の温度モニター
(過去に送電トンネル内の火災でプラントが危険にさらされたことへの対策)

 

現場の課題

  • 現在はトンネル内を頻繁にパトロールして温度チェックを実施しています。
  • 狭いトンネル内に温度モニター用の配線をさらに追加することは困難でした。
  • 高圧送電線からの有線伝送器へのノイズの誘導が危惧されました。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線温度伝送器を採用

 

期待される効果

  • ケーブル配線の困難さとコストを削減
  • 人による温度チェックパトロールが不要
  • ISA100の高信頼無線は高圧送電線からのノイズ影響を避けられます。

送電線接続部の温度モニター

概要:

アプリケーション

製紙プラントにおけるディーゼルエンジン給油用タンクのオイルレベルをモニターします。

お互いが400mほど離れた3箇所のモニター地点があり、各地点でレベルのほかにメインオイルタンクからの流量や圧力を合わせてモニターします。

 

現場の課題

以前はオイルレベルの確認に棒を差し込んで目視で確認するような状況でした。

オイルレベルの計測ポイントは地表の高さであり、一方で流量と圧力の計測ポイントは地表から1mほどの高さになります。

計測ポイントの近辺には多くの木が茂っています。

 

横河のソリューション

各箇所でレベル、流量、圧力を計測するために3つの無線伝送器(EJX)を設置しました。3箇所で合計9台の無線伝送器の設置となります。

生い茂る木々を避けられるようにリピータ(中継器)を各箇所の高い位置に設置しました。

ゲートウエイ装置は3箇所が見渡せる水槽建屋の屋上に設置して各リピータとの見通しを確保しました。

 

期待される効果

  • 手作業によるオイルレベル確認から無線伝送器による自動計測モニタへの効率化
  • 配線コストの削減
  • ISA100 無線伝送器の長距離通信能力により広域を安定通信でカバー

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業種:
概要:

広範なプラント内に亘る排水の pH/ORP を無線で監視

産業プラントの維持・管理の上で、排水の pH/ORP 監視は、法規制上の義務であり、環境保全のためにも避けては通れない問題です。
徹底した監視の目が行き届かず、万が一、外部に有害物質が漏出すれば、操業停止の法的措置を取らなければならないだけでなく、企業のブランドイメージの失墜、ときとして公害被害者への損害賠償責任にまで発展する可能性があります。
このような事態を防ぐために、現場ではパトロールスタッフによる排水の測定が行われている場合がほとんどです。しかし、測定点への立ち入りが困難な場所や遠隔地の場合が多く、さらに指示値の誤記などのヒューマンエラーの可能性もあります。
横河電機の「プラントワイドフィールド無線」による、pH/ORP 監視のソリューションを活用すれば、各ポイントの正確なデータを無人で計測し、一元管理ができます。

「プラントワイドフィールド無線」とは?

工業用国際標準無線規格 ISA100 Wireless(IEC62734)を採用し、工業用途の無線通信で求められる信頼性と実時間性を確保した無線システムです。2 つのアクセスポイントと同時に通信する冗長化通信「Duocast」方式を用いて、通信経路やアクセスポイントに障害が発生しても通信が途絶えません。更に拡張性にも優れ、アクセスポイントと上位システムの接続に、イーサネットのほか、無線 LAN、光イーサネットなどさまざまなインターフェースが使用でき、構成変更に柔軟で大規模な無線ネットワークを構築することができます。

お客さまのメリット

測定点から電源なしで直接データを送信
測定する pH/ORP 計の最小単位は、pH/ORP SENCOM®検出器シリーズと、フィールド無線用マルチプロトコルモジュール FN310、フィールド無線用通信モジュール FN110 のみです。無線通信により、直接アクセスポイントにデータを送ることが可能です。また、電池で駆動するため電源も不要です。さらに、電池寿命は最長 10 年(条件依存)なので、メンテナンスもほとんど必要ありません。人のなかなか立ち入れない排水溝や遠隔地の排水口でも容易に、かつ正確に測定することが可能です。

最長 2km 先から、最大 500 カ所をカバー
通信距離は最長 500mです。中継器を設置すれば、管理室から最長 2km 離れた場所でも監視することが可能です。測定点は最大500 カ所まで設置でき、拡張性にも優れています。大規模なプラントでも、排水まわりを一元管理することが可能です。

導入も低コスト。しかも工期は最短 1日
有線の場合、ネットワークを構築するケーブルや、それを設置する設備などが必要で、そのための経費や工期もかかります。しかし、無線通信では、測定点や中継点などに、機器を設置するだけなので低コストが実現します。また、工事も最短 1 日で完了するので、素早くシステムを導入することができます。

お客さまのメリット イメージ

 

さらなるニーズに応える YOKOGAWA のソリューション

集められたデータは上位システムに集約され、現場のニーズに応じたカスタマイズで、管理画面やレポートとしてアウトプット可能です。
無線フィールド機器もさまざまなラインナップをご用意しています。より冗長性の高いシステムをお求めの場合は、2 つ検出器を接続できるモジュール型 2 線式液分析計 FLXA21 をお勧めします。また、工場内に簡易計装用の記録計(無線モデル)GX20W を置くと、配線作業なしに、直接フィールド無線機器からのデータを遠隔監視できます。お客様のご要望に応じて、最適なソリューションを提供いたします。

業種:
アプリケーションノート
概要:

アプリケーション

浄水場における圧力モニターと温度モニター

 

現場の課題

  • 配線コストの削減。
  • 近い将来に向けてのモニタ点の追加。

 

横河のソリューション

ISA100.11a適合の無線温度伝送器と無線圧力伝送器を採用

 

期待される効果

  • 配線とメンテナンスコストを削減することが可能になりました。
  • モニタ点の追加を容易に実現します。
  • ISA100 無線伝送器の長距離通信能力により広域を安定通信 
  • ISA100 無線伝送器の高信頼性により低パケットエラーレート通信

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業種:
アプリケーションノート
概要:

概要

お客様は、研削砥石として金属ボールを用いた回転式水平ミルで石灰岩を粉砕し、セメントの原材料を製造していました。このプロセスと最終製品の品質を管理するために、温度をモニターする必要がありました。お客様は、きわめて脆弱で信頼性の低いレール構造を用いて誘導温度測定を行っていました。

概要

 

利点

  • ケーブルやレールの破断、および信号喪失によってミルの運転が中断する時間を最小限に抑えます。
  • 保守作業を削減します。ケーブル保守の必要がありません。
  • 測定の品質が向上します。
  • 最小の費用で測定点を増やすことができます。
  • 機器の据付けが簡単で柔軟性があるため、稼働時間を増やすことができます。

利点

 

ソリューション

ミルの外壁にワイヤレス温度伝送器YTA510が2台据付けられました。YTA510は、ワイヤレスゲートウェイと直接通信します。ゲートウェイからのModbus信号はMW100に送られ、既存の制御システムでそのまま処理できる4~20mA信号に変換されます。

ソリューション

 

結果

無線伝送器を据付けた結果、ミルの作業効率が40%改善しました。通信エラーはありませんでした。ISA100 Wirelessソリューションによって保守費用が68%削減し、測定信頼度が85%向上しました。

 

まとめ

鉱山業の工場やセメント工場には、多くの回転装置があります。今回の結果、お客様は無線ソリューションの有効性を認め、この種のアプリケーションでは当社の無線ソリューションを標準的に採用するという方針を固めました。無線ソリューションの導入には初期費用が必要ですが、稼働時間の増加と保守費用・作業の削減によってすぐに回収できました。

使用機器 YTA510:3台はミルの外壁に据付け、1台は中継器用

まとめ

アプリケーションノート
概要:

概要

地熱発電所は、地熱エネルギーを利用して発電します。蒸気タービンを備えた他の発電所に似ていますが、発電用タービンを回す蒸気は地球内部から得られるものです。生成された蒸気は発電のためタービンを回すことに使用されます。発電方式にはドライスチーム、フラッシュスチーム、バイナリサイクルがあり、バイナリサイクルが現在最も一般的です。地熱発電では、今回の案件のように蒸気配管が計器室から離れていることが多く、そのような条件下でもさまざまなプロセスをモニターする必要があります。

概要

 

利点

  • 導入費用(CAPEX)の削減:高利得アンテナによって最長5kmまでの遠隔モニタリングが可能です。
  • ISA100 Wirelessにもとづくオープンでスケーラブルなネットワーク設計によって、柔軟性とスケーラビリティが改善します。
  • 長寿命バッテリーで最小限のインフラ:30秒ごとの測定で10年の寿命を持つバッテリーが、保守の費用と作業を削減します。
  • 計器室から2km離れていても蒸気圧を遠隔モニターできるため、パトロール回数が減少します。

 

要件

ローカル制御室において、操業部門にも情報を伝達できるオンラインモニタを実現するため、生産井の既存圧力ゲージをワイヤレス圧力伝送器に交換する必要があります。測定点は、勾配1:20の斜面に広がった森林内に位置しています。この条件が、無線通信を困難にしていました。

 

課題

  • 森林内での長距離通信
  • アンテナの伝搬角度

課題

 

ソリューション

蒸気抽出点までの長距離通信を可能にするために、6dBiアンテナを取付けたYFGW710が計器室の近くに据付けられました。ワイヤレス温度伝送器YTA510に高利得アンテナを取付けて中継器として利用し、全測定点をカバーできるようにしました。ワイヤレス圧力伝送器EJX110Lが、必要な測定点に直接取付けられました。Sky Mesh法を実現するためリモートアンテナケーブルが有効利用されました。アンテナは角度を付けて配置し、傾斜のある森林内でワイヤレス通信の障害物を避けられるようにしました。

 

まとめ

  • 高利得アンテナの優れた性能によって、中継器1台だけでゲートウェイと確実に通信を行うことができ、また必要な距離をカバーすることができました。
  • 現場の状態と安全を確認するパトロールの実施間隔を毎日から毎月に延ばすことができました。
  • ワイヤレスネットワークであるため、将来、測定点を容易に増やすことができます。
業種:
アプリケーションノート
概要:

要件

お客様には、新しい環境法に適合するためパイプラインの漏出を遠隔検知する必要がありました。しかし配線のための掘削作業は、環境保護のために厳しく制限されています。

要件

 

利点

  • オイル漏出を監視して安全性を改善します。
  • 土壌汚染を避け、環境負荷を減らします。
  • 法を守ることで企業イメージをアップします。

 

課題

  • 規制によって、掘削作業が厳しく制限されています。
  • 中継器なしで最長2kmをカバーする長距離通信が求められます。

 

ソリューション

ワイヤレス圧力伝送器とワイヤレス温度伝送器が導入されました。当社のプラントワイド・フィールド無線システムをベースに、高利得アンテナを用いた大規模なスター型ネットワークが構築されました。機器リスト EJX530L(ワイヤレス圧力伝送器)×33 YTA510(ワイヤレス温度伝送器)×17 YFGW710(フィールド無線一体形ゲートウェイ)×10 高利得アンテナ(6 dBi、9 dBi)リモートアンテナケーブル(3m、13m)

 

まとめ

お客様は、オイル漏出を監視し環境負荷を削減することによって、新しい法律に適合することができました。オイル漏出を遠隔監視することによって、設備と作業員の安全性が向上しました。土壌汚染の危険が減りました。環境面でのコンプライアンスが改善したため、お客様企業の評価が向上しました。このアプリケーションは、長距離通信が可能な当社のプラントワイド・フィールド無線システムにより実現しました。EJXシリーズワイヤレス圧力伝送器

EJX圧力伝送器
EJX series Wireless Pressure Transmitter

アプリケーションノート
概要:

要件

お客様の要望は、煙突の温度を監視したいというものでした。排気は煙突内を流れる間に熱せられ無害な成分に変わります。煙突内の温度を設計通りに維持することが重要です。

要件 イメージ

 

利点

  • 煙突内の温度を制御することによって、排気を無害な状態に維持します。
  • 配線の必要はありません。

 

課題

煙突内の測定点は約30箇所あり、地上30mに位置していました。煙突は、中央制御室から約300m離れていました。

 

ソリューション

お客様は、煙突内の温度をモニターするために、ワイヤレス多点温度伝送器を選択しました。30箇所の測定点をカバーするために、4台のYTMX580が据付けられました。柔軟性に優れた当社のプラントワイド・フィールド無線システムが選ばれました。

機器リスト

YTMX580(多点温度伝送器)× 4

YFGW510(フィールド無線用アクセスポイント)× 1

YFGW410(フィールド無線用管理ステーション)× 1

 

まとめ

多点温度伝送器YTMX580

お客様は30箇所の測定点をカバーするために、煙突に沿ってYTMX580を4台設置しました。8点の入力を処理できる温度伝送器YTMX580によって、費用効率に優れたソリューションが実現しました。排気を無害な状態に維持し環境負荷を削減することができました。煙突と中央制御室との間にケーブルを敷設する必要がなかったため、ケーブル敷設の費用と建設期間を削減することができました。

お客様は当社のプラントワイド・フィールド無線インフラを活用して、他の無線アプリケーションも工場に導入する計画です。

多点温度伝送器YTMX580
YTMX580 Multi-Input Temperature Transmitter

アプリケーションノート
概要:

概要

ディレードコーカー(熱分解装置)は、コーカーの一種で、残油を熱分解温度まで熱するプロセスが行われます。工業用炉の制御で最も重要な要素は温度です。温度測定は、炉全体のさまざまな箇所で行われます。温度は材料に影響を与えるため、最終製品の品質にバラツキが生じないよう正確にモニターしなければなりません。

概要

 

利点

  • 工場の立ち上げに要する期間と休止期間を最小限にとどめます。
  • 製品品質の向上:温度の連続モニタリングによって製品の品質が改善します。
  • 保守作業が軽減します(ケーブル、配線作業、ケーブル保守不要)。
  • 燃料消費を最適化し、運転費用(OPEX)を削減します。
  • 総消費電力の削減:機器の消費電力が少ないため費用を削減できます。
  • 既存ホストシステムとの統合:産業界で実績のあるModbusインターフェイスによって、さまざまなホストシステムとのシームレスな接続を容易に実現します。

 

要件

  • コーカーチューブ炉は、ディレードコーキングの中心的要素です。ヒーターが熱源であり、炉の出口温度は一般に約500℃です。
  • 以下の理由によって温度モニタリングが必要です。
  1. コーカー炉は、すみやかに熱分解温度に達するよう一定の割合で上昇する温度勾配を持つように設計されており、さらにこれによって燃料消費も最適化されます。
  2. バーナーは、チューブ温度の測定値によって制御されます。
  3. 炉内のコークスを取り除く必要があります。

コークドラムを連続運転するとチューブの裏装に絶縁層が形成され、表面温度にバラツキが生じます。

ディレードコーキングは、多くの精錬所で用いられるプロセスの 1つです。ここでは運転されるコークドラムは生産量に応じて 4台から 8台です。各コークドラムで最大24箇所の温度をモニタする必要があります。

要件

 

ソリューション

多点温度伝送器YTMX580が 3台据付けられました。それぞれ 8箇所の温度測定値を処理できるため、コークドラム 1台に必要な伝送器は3台で済みます。障害物が密集した測定エリアから600m離れた計器室に、フィールド無線アクセスポイントが据付けられました。 2台の中継器を用いて、計測機器とフィールド無線アクセスポイントとの間に冗長な通信経路が確保されました。フィールド無線管理ステーションは、RS-485シリアルModbus通信を介してサードパーティのホストシステムと統合されました。

ISA100 Wirelessシステムはカスタマイズが容易なGUIを備えており、これによって操作員は確実に無線トポロジーをモニタすることができます。通信品質を視覚化することで、プライマリパスとセカンダリパスの誤り率などの無線状態を識別することができます。

ソリューション

 

まとめ

  • 無線ソリューションによって、現場から計器室へ延びる膨大なケーブルの本数を減らすことができました。
  • 入力 8点10秒ごとの温度測定という条件下で、高容量塩化チオニルリチウム電池の寿命は18カ月を超え、OPEXを削減することができました。
  • 産業界で実績のあるModbusインターフェイスによって、既存のサードパーティ・システムと容易に接続することができました。
  • ISA100 Wirelessは通信範囲が広いため、必要なインフラが最小限で済みました。据付け期間と費用の削減という直接的な恩恵がお客様にもたらされました。
  • ISA100 Wirelessアーキテクチャの信号可用性はクラス最高を誇り、無線接続も安定しています。今回もお客様の要件をすべて満たし、高信頼の無線ソリューションであることが実証されました。
  • ネットワークトポロジーは変更可能であるため保有コストが削減されます。必要な場合には、いつでも機器を追加することができます。

当社は、一世紀にわたり高信頼でスケーラブルなオープン技術を提供してきました。ISA100 Wirelessソリューションは、お客様の所有費用を削減し投資収益率を最大限にすることで、インダストリアルオートメーション産業の課題解決に対応しています。

アプリケーションノート
概要:

概要

電池室は、工場内の非常用電源を維持するための電池を保管する場所です。サブステーションにはそれぞれ電池室があります。電池は鉛電池であるため、指定された温度範囲内で保管しなければなりません。特に砂漠地帯では電池の有効寿命を長く保つために温度管理が重要です。

概要

概要グラフ

 

利点

  • 備蓄電池の保守効率を改善します。
  • 最小限の据付け費用:シングルホップの無線通信距離が最長 5kmあるため、中継器など無線用インフラが最小限で済みます。
  • システム保全作業の削減:30秒ごとの測定という条件下で電池寿命は10年に達します。
  • システム可用性の向上:ゲートウェイは冗長化されており、 1秒で切替えることができます。
  • 柔軟性と使い勝手に優れた構成:Sky Mesh法を用いたISA100無線ルーターによって、必要なインフラを最小限に抑えながら、信頼性に優れ通信エラー率を低く抑えたネットワークを実現しました。

利点

 

要件

  • 各電池室の温度と空調の測定値を集め、中央制御室でこれらを監視する必要があります。
  • すべての無線伝送器の通信経路を冗長にする必要があります。
  • ホストシステム用のインタフェースは、既存のサードパーティDCSと互換性がなければなりません。
  • 無線用インフラを減らして費用を最小限に抑える必要があります。

 

ソリューション

冗長性されたゲートウェイとアクセスポイントが中央制御室に据付けられました。ワイヤレスネットワークは、約 2km2のエリアに散在する24箇所の電池室と通信することができます。各電池室には、温度モニタリングのためにRTD(測温抵抗体)センサが据付けられ、また空調モニタリングのためにメカニカルフロースイッチが据付けられました。現場とネットワークの冗長性を確保することによって、データの可用性が高められました。OPCサーバーはオープンインタフェースであるため、ソフトウエアを追加することなくサードパーティ製DCSに接続することができました。

 

まとめ

現在、各電池室は無線で監視されています。冗長性のある無線システムによって、2km2のエリアにおいて信頼性に優れたネットワーク通信を実現し、75%を超える費用を削減しました。安全に関わる事象が現場で発生しても電力が常に利用可能であることを、非常用電源監視システムが保証します。

 

アプリケーションノート
概要:

 

業種:
アプリケーションノート
概要:

概要

温度は、糖液の保存とその化学的性質の維持に重要な役割を果たします。温度が40.5℃を超えると糖の構造が破壊され摂食特性が失われます。温度の上昇によって貯蔵タンクの圧力が上昇し、結果的にタンクが爆発するという安全性の懸念もあります。

概要

1919年1月15日に起きたボストン糖蜜災害(The Great Molasses Flood)は、貯蔵タンクの温度が40℃を超えて上昇し爆発したことが原因です。

 

利点

  • 作業効率と安全性の改善:ワイヤレス測定は、保管温度の連続監視を容易に実現します。
  • 工場の立ち上げに要する期間と休止期間を最小限にとどめます。配線材料、配線作業、ケーブル保守作業が不要です。
  • 保全作業の削減:機器の消費電力が小さいため、30秒ごとの測定という条件下でバッテリー寿命は10年になります。また市販のバッテリーを使用することができます。
  • 既存ホストシステムとの容易な統合:産業界で実績のあるModbusインターフェイスを使うことで、さまざまなホストシステムとのシームレスな接続を容易に実現します。

 

要件

  • オフライン測定は連続的に行うことができないため、気付かないうちに温度が変化して糖蜜の特性に影響を及ぼす可能性があります。
  • ケーブルの敷設と保守費用を最小限に抑える必要があります。
  • 測定精度を向上させる必要があります。
  • 糖液の化学的性質が失われるような人的ミスを避ける必要があります。

要件

 

ソリューション

糖液タンクは、計器室から約400m離れた場所にあります。標準的アンテナを取付けたワイヤレス温度伝送器YTA510が中継器を使用せず 2台据付けられました。ゲートウェイとの間に高信頼な直接通信経路が確立されました。

計器室内にModbus-イーサネット変換器が据付けられ、ゲートウェイとホストシステム(Allen Bradley PLC)との間に接続が確立されました。無線品質を高めるため、ゲートウェイのアンテナはリモートアンテナケーブルで延長され、室外に取付けられました。

 

まとめ

  • ISA100 Wirelessソリューションによって、糖蜜温度を連続してモニターすることができ、また工場と作業員の安全性を高めることができました。
  • 機器の消費電力が小さいので、PVの更新を毎秒行う条件下でバッテリー寿命は 3年半を上回り、OPEXを削減することができました。またISA100 Wireless適合機器は、アプリケーションの要件ごとに中継機能を持つように設定変更することもできます。
  • 通信範囲が広いため据付け期間と費用を削減することができ、プロジェクトの支出を縮小することができました。

当社は、一世紀にわたり高信頼でスケーラブルなオープン技術を提供してきました。ISA100 Wirelessソリューションは、お客様の所有費用を削減し投資収益率を最大限にすることで、インダストリアルオートメーション産業の課題解決に対応しています。

業種:
アプリケーションノート
概要:

概要

混合プロセスは、食品、ヘルスケア、化学薬品などの産業で重要な役割を果たします。温度と真空度の測定は、含水率を最小限に抑え最終製品の品質を保証するのにきわめて重要です。プロセス全体にわたって温度と真空度を厳密に維持することで、最終製品の生産量を確保することができます。お客様は、乾燥機内の最終製品の温度と圧力を確認するのに局所ゲージを用いていました。オンライン監視システムはなかったため、予め決められた時間だけ乾燥機を動作させることで対応していました。

概要 イメージ1

 

利点

  • 生産性の向上:温度と圧力のオンライン連続測定によって製品の品質が保証されます。
  • 回転式乾燥機をオンラインで測定することができます。信号ケーブルや電源ケーブルを使用しないため、ケーブルの破損もありません。
  • 人的ミスが最小限に抑えられます。
  • 機器の据付けが簡単で柔軟性があるため、稼働時間が増えます。
  • 保守費用の最小化:製品全般において、一般的なバッテリーを使用することができます。
  • 既存ホストシステムとの容易な統合:産業界で実績のあるModbusインターフェイスによって、さまざまなホストシステムとのシームレスな接続を容易に実現します。

 

ソリューション

バッテリー駆動の伝送器が、回転式乾燥機に直接取付けられました。ワイヤレスゲートウェイが約50m離れた位置に設置されました。乾燥機が回転中でも、伝送器とゲートウェイとの間で高信頼の無線通信が確立されることが確認されました。

ソリューション イメージ1

ISA100 Wireless伝送器を用いて配線をなくすという選択は、回転機器に対する最善のソリューションでした。
ISA100 Wirelessシステムによって、プロセス全体で高精度の遠隔測定ができるようになりました。

  • 高信頼:連続的な信号可用性
  • 正確:高信頼の測定用センサ
  • 簡単:既存のホストシステムとのシームレスな統合

 

まとめ

回転機器からケーブル、複雑なコネクタ、スライドリングをなくしたため、据付けが大幅に簡略化されました。ISA100 Wireless伝送器とゲートウェイは当初の目的を十分に果たし、生産性の向上をもたらしました。ワイヤレスアーキテクチャによって、保守費用・作業も削減されました。 

当社は、一世紀にわたり高信頼でスケーラブルなオープン技術を提供してきました。ISA100 Wirelessソリューションは、お客様の所有費用を削減し投資収益率を最大限にすることで、インダストリアルオートメーション産業の課題解決に対応しています。

業種:
アプリケーションノート
概要:

概要

誘導炉は、金属素材内で大電流を生じさせこの金属を溶かします。電流は、炉内の3つの電極で誘導されます。炉の動作は自動化されており、金属素材が溶けると電極は外され溶融した金属がるつぼに注がれます。その後、金属は製造ラインに送られインゴットに鋳造されます。作業環境はきわめて厳しく、有線インフラの維持にはかなりの費用を要し、また充分な信頼性も得られません。炉を制御するには、炉内・炉周辺の合計20箇所で測定を行う必要があります。40,000A(300V)の回路短絡により発生した高調波電界効果が重大な干渉を引起こします。

概要

 

利点

  • 測定品質が向上します。
  • ケーブルが頻繁に破断することがなくなり、信頼性が向上します。
  • 保全作業と炉内清浄化作業が減ります。
  • 稼働時間が4倍に増えます。
  • バッチごとの炉の交換をより柔軟に行うことができます。
  • 高圧の電気による干渉から保護されます。

 

ソリューション

3台のYTMX580が、各誘導炉の上部、中央、および下部に据付けられました(合計で24箇所の温度を測定)。伝送器は、炉と一緒に移動します。温度信号は、計器室内に据付けられたゲートウェイに直接伝えられます。

ソリューション図解

ソリューション

 

結果

誘導炉は、無線システムを据付けて 1年以上連続稼働しています。温度測定の失敗は起こっていません。今回の無線システムの導入によって、稼働時間が4倍になりました。

 

まとめ

ISA100 Wirelessシステムによって稼働時間が増え、保守費用と作業が減りました。炉の制御において最も重要な点は、温度測定の失敗が生じなかったことです。お客様は、この炉での実証を終えたあと、残りすべての炉にもISA100 Wireless製品を導入する計画を立てています。

まとめ

過熱により堆積した鉄

まとめ

繰返し損傷を受けるケーブル

まとめ

遠隔パネルと大量な相互接続ケーブルの廃止

アプリケーションノート
概要:

要件

お客様は、加熱/冷却装置の温度を測定することによって製鉄の効率を向上させる必要がありました。これまでのシステムでは、補償導線を定期的に取換える必要がありました。

要件

 

利点

測定精度の向上によって製品の品質が改善します。補償導線の交換作業が減ります。

 

課題

厳しい環境

  • 高温
  • 強力な電気ノイズ

 

ソリューション

ワイヤレス多点温度伝送器が導入されました。柔軟性に優れ高信頼な無線通信が可能な当社のプラントワイド・フィールド無線システムが選ばれました。

 

機器リスト

YFGW410×2
YFGW510×3
YTMX580×20
高利得アンテナ(6 dBi)
リモートアンテナケーブル(3m)

 

まとめ

温度測定の精度が向上しため、製品品質が改善しました。ワイヤレス温度測定機器は、長い補償導線を用いる有線機器と比べて、電気ノイズの影響をあまり受けません。補償導線を交換する作業とその費用が大幅に減りました。8チャンネルの多点温度伝送器YTMX580によって、費用効率に優れたシステム構成が可能になりました。

多点温度伝送器YTMX580

業種:
アプリケーションノート
概要:

概要

チューブレスタイヤの空気漏れをモニターする圧力測定は、タイヤ製造ラインにおける重要な性能試験の 1つです。各種試験のためにタイヤをラック間で移動させたり、試験条件を変えるため試験装置を頻繁に移動させたりする必要があるため、取り扱いやすいようケーブルを使わない方法が求められます。

 

利点

  • 保守作業の削減:信号ケーブルや電源ケーブルを使用しないため、ケーブル損傷の恐れもありません。
  • 性能の向上:圧力をオンラインで連続測定し、データを自動記録します。
  • OPEXを削減:圧力伝送器の消費電力が小さいため、バッテリー寿命は18カ月を超えます。バッテリーは市販のものが使えます。
  • 柔軟な運用:ワイヤレス機能を備えた高精度測定センサを用いるので、ケーブルを使わない運用が実現されます。

 

要件

さまざまな条件のもとでの試験のため装置を移動できるよう、圧力測定には一般にオフラインゲージが用いられます。しかし、オフラインゲージでの測定精度が充分ではないため、有線伝送器が用いられました。ただし、すべての試験エリアをカバーできるよう十分な配線が必要となります。試験中の測定データは手動で記録し、トラッキング(追跡)できるよう維持されています。製造されたタイヤの品質と性能を維持するのに重要な課題は、試験装置を自由に移動できるようケーブルを必要としない運用方法を確立すること、空気漏れをモニターする高精度の測定が行えること、記録を集中管理することでした。

 

ソリューション

高精度センシングを誇る当社独自のデジタル検知技術DPharpと産業界で実績がある高信頼無線通信のためのIEC62734 ISA100.11a無線プロトコルとを組み合わせることによって、エンドツーエンドの無線ディジタルセンシングを実現させることができます。ワイヤレス圧力伝送器を用いれば、さまざまな条件のもとでの試験のために装置を簡単に移動することができ、やっかいな配線作業は必要ありません。バッテリーで駆動するため電源用の配線も不要です。管理ステーションとアクセスポイントがゲートウェイインフラを構成し、ここから出力されたデータが当社のペーパレス記録計に接続されます。データの記録設備を集約するとともに、データの記録も自動的に行うことができます。

  • 高信頼:継続的な信号可用性
  • 高精度:高信頼の測定用デジタルセンサ
  • 使いやすさ:試験装置の移動が自由

 

機器リスト

EJX530L× 8

DX1000× 1

YFGW510× 1

YFGW410× 1

システム構成イメージ

 

まとめ

  • 当社のワイヤレス圧力伝送器によって、ケーブルを必要としない高精度測定が可能になり、アプリケーション要件の重要な課題を克服することができました。
  • Modbus入力を備えたペーパレス記録計によって、データ記録が向上しました。作業員の手を煩わせることなく、データは自動的・連続的に記録されます。
  • ISA100対応のゲートウェイインフラはスケーラブルであり、ネットワークを拡張することができます。無線伝送器を最大500台まで収容可能です。

当社は、一世紀にわたり高信頼でスケーラブルなオープン技術を提供してきました。ISA100 Wirelessソリューションは、お客様の所有費用を削減し投資収益率を最大限にすることで、インダストリアルオートメーション産業の課題解決に対応しています。

業種:
メディア出版物
1.4 MB
概要:

Wireless trends: Choosing a wireless network requires evaluation of communication protocols, device availability, and present future user needs.

概要:

Temperature control of exhaust gasses coming off various combustion processes in refineries and related facilities is often critical to effective pollution abatement and compliance with applicable regulations. There are specific temperature windows where toxic gasses can form or other substances can condense, causing corrosion and other harmful effects, so operators need to make sure the process is running at the correct levels.

Stacks, chimneys and other gas handling equipment can take all sorts of forms depending on the application. Some may include scrubbers, gas cooling, chemical injection, afterburners or ambient air mixing—but a common element is the need for effective temperature measurement of the gas at various points in chimneys (Figure 1).

Given the length and height of a chimney, its associated ductwork and ancillary systems—there can be dozens of sensors inserted at strategic points from one end to the other—providing the process automation system and the plant operators with critical temperature data. These sensors are often in hard-to-reach locations where installation and maintenance are difficult. While these sensors are often spread over a great distance, they must connect back to one central point where the larger gas treatment system is controlled.

Figure 1. Chimneys found in refineries and other hydrocarbon processing facilities often require temperature monitoring.

Monitoring a Refinery Main Chimney

At a refinery in the Americas, the main chimney is located 300 m away from the main control room, and there are about 30 temperature sensors mounted on the structure, the highest of which are 30 m above the ground. Wiring for such an installation was going to very challenging, so the company instead installed an ISA100 wireless network.

When the refinery was designing the system initially, it was clear the cost of individual wireless transmitters for each temperature sensor would be expensive and take too long to install. To alleviate these issues, the refinery selected Yokogawa YTMX580 Multi-Input Temperature Transmitters, each of which can accept up to eight individual sensors and send the data back via a single wireless transmitter (Figure 2). Each unit can accommodate a variety of RTD and thermocouple types to meet application demands.

This approach minimizes the amount of required wiring while also cutting the cost of the wireless infrastructure. Four of these multi-input transmitters are installed at the facility to service the group of temperature sensors, eliminating the need to add cabling to the control room. The plant’s wireless network backhaul infrastructure brings data from the chimney to the operators so they can monitor system performance in real time.

The success of this installation has given the plant the confidence to extend the ISA100 wireless network using Yokogawa’s Plantwide Field Wireless infrastructure.

Figure 2. Wiring temperature sensors installed in a chimney back to a control room can be challenging and expensive, so many plants and facilities are instead implementing wireless solutions, such as this Yokogawa YTMX580 8-input temperature transmitter.

 

概要:

The greatest advantage of native wireless field instrument and actuator devices is their lack of cables for data transmission or power. Eliminating these tethers also eliminates their associated costs in time and money for installation and ongoing maintenance. Companies have adopted the ISA100 wireless standard for a variety of reasons, but the most critical is its ability to support reliable communication in process manufacturing environments. ISA100.11a (IEC 62734) was designed through cooperation among device and system vendors working with process automation end users to create a platform able to satisfy all involved. Figure 1 illustrates a typical device-level network topology using ISA100.11a wireless instruments.

Figure 1. The ISA100.11a network exists at the device level, supporting communications between field instruments and actuators.

Wireless field devices provide many possibilities for operational cost reductions along with improved performance and facility management. But in many existing plants, most field devices are already installed on wired networks, which often are not capable of providing all the information available from HART-compliant smart devices. Wireless can be used with new devices, but it can also extend the communication capabilities of existing instrumentation, realizing their diagnostic and other extended capabilities.

The User Case for Wireless Adapters

Unless there is something seriously wrong with existing wired networks, no end user is going to rip out and replace working wired devices in a process plant. However, when new devices are added, the plant may decide not to extend the wired networks. New field instruments and actuators may be available as self-contained wireless devices, or they may only be made in a conventional wired version. Those of the latter category will need to be configured to communicate with a wireless network by adding a wireless adapter.

A wireless adapter can function in two modes. First, it can add complete wireless communication capability to a conventional wired instrument. All the data from the device can be sent via the wireless network without the need for any data cables.

Second, it can extend the communication capability of an existing wired device. Many wired device-level networks are not capable of communicating any information beyond the most basic analog signal representing the measured process variable. Smart devices installed on such a network cannot send the additional information they generate, stranding it at the source. Adding a wireless adapter allows it to send the additional information using the wireless network, while continuing to use the wired network for the transmission of the process variable.

When an adapter is added to a conventional wired device, there are multiple powering options. The adapter can be outfitted with its own internal power supply and function independently. If the instrument needs power, the adapter can support it, eliminating the need for power cables.

Features of the Wireless Adapter

The Field Wireless Multi-Protocol Module is designed to work with HART-compliant field devices and provides a range of basic communication and operational functions:

  • Converts HART data into a format suitable to send via an ISA100.11a network,
  • Sends HART commands for configuration and troubleshooting,
  • Provides its own internal power for data transmission, and
  • Provides power for a device needing an external source.

Figure 2 shows an example of how to use the Field Wireless Multi-Protocol Module with HART-compliant devices. This adapter has all the necessary ISA100 communication functions built in and only requires connection to the field device.

Figure 2. The Field Wireless Multi-Protocol Module can be connected to a HART-compliant device. The module mounts separately, allowing it to be positioned for most effective wireless propagation regardless of where teh instrument is located.

Typical Wireless Adapter Applications

There are many ways in which the Field Wireless Multi-Protocol Module can be used in a process plant, but most applications fall into one of these categories:

Realizing full functionality of existing devices while saving on cabling costs, installation hassles, and future maintenance.

Most plants have large numbers of HART-compliant devices installed to monitor and control all manner of process variables (Figure 3). Most of these are connected via wired device-level networks. The Field Wireless Multi-Protocol Module converts these into ISA100.11a-compliant wireless devices without any modifications. If a plant or process unit requires renovation, the plant can decide to repair and maintain the wired network, or simply eliminate parts of it. If it costs $100 per meter of cable installation in explosion-proof zones, replacing just 100 meters of cabling with wireless means saving $10,000 in site work. In the case of a major plant upgrade, where sensing points are being removed or where aging cables must be replaced, wireless adapters allow the use of existing HART-compliant devices without cable reinstallation and maintenance.

Figure 3. Any HART-compliant field device can be mated with the Field Wireless Multi-Protocol Module.

Extending wireless communication to conventional devices.

Companies embracing wireless field devices and networks may be constrained by the limited selection of native wireless devices available today. While the range of choices is growing, some types of devices, particularly those with high power consumption, are only available in conventional wired configurations. In such cases, the Field Wireless Multi-Protocol Module can convert any wired HART-compliant instrument or actuator from any vendor to wireless.

Gathering and sharing data from smart devices. 

While the process variables from HART-compliant devices in an existing plant are sent to the plant’s automation system through the field device network, other information, such as device condition information and other diagnostic capabilities, can be of great value to the maintenance department. It can collect and manage such data, and use it when analyzing maintenance schedules, maintenance records, repair parts usage, and so on. If the existing wired field-device network cannot extract that information and collect it for sharing interdepartmentally, those gains cannot be realized. Upgrading the network can be a complex and costly undertaking, but the information can be sent via the wireless adapter. Adding a Field Wireless Multi-Protocol Module allows maintenance department to capture HART commands and diagnostic information from the 4-20 mA line with little change to the installation. The adapter can work with two-wire and four-wire device types. In case of four-wire devices, an external power source can be connected to the device, making it easy to support devices with high power usage.

Deploy HART-compliant devices in remote areas where no data or power cables are available.

The Field Wireless Multi-Protocol Module can extend power to an external device, which makes it simpler to deploy HART-compliant devices in locations where wired field-device networks don’t reach and where no power may be available. Under favorable conditions, the adapter can cover a distance up to 500 m in any direction, and more than 1 km if routers are used. For example, combining a HART-level instrument with a Field Wireless Multi-Protocol Module provides a means to measure the water level of rivers and reservoirs (Figure 4). And since the adapter weighs less than 1 kg including its batteries, it and its connected HART-compliant device can be moved easily, enabling flexible measurement point changes.

Extend wireless network range by acting as a router.

In situations where distances between wireless field devices are very long or where large metallic structures create barriers to effective wireless signal propagation, a Field Wireless Multi-Protocol Module can be used as a router to relay communication to and from other wireless field devices (Figure 4). Another ISA100.11a native wireless instrument can serve the same function, however in many situations it may be easier to use an adapter as a dedicated router since it is light and compact. It can also be located strategically to fill out the network most effectively.

Figure 4. The geographical coverage of a network can be extended by adding routers to relay signals and reinforce weak sections of the mesh. Routers can be located wherever they can do the most for the network, separate of any specific instrument.

Conclusion

The Field Wireless Multi-Protocol Module is designed to convert existing wired HART-compliant instruments and valve actuators into wireless devices. It provides flexibility to add new devices in existing plants using wireless field-device data networks, reducing cabling installation and maintenance costs. It also expands the types of wireless sensors available and simplifies device installations. Many plant operators find the wireless adapter to be a useful device able to help existing plants enjoy the benefit of wireless sensing.

概要:

One of the first steps when creating a new wireless instrumentation network using ISA-100 wireless, or any other industrial wireless network, is a site survey. This step is not part of any wireless standard, nor is it likely part of any network management platform, so it requires some creativity. Radio propagation patterns can be difficult to predict, but following a few basic design guidelines ensures a much higher level of success.

Some wireless consultants make the process very complex using simulations and reading test signals, but these often do not ultimately match the real world. Other approaches are simpler and involve taking a few distance measurements and establishing sight lines, which often works just as well. For this article, we will concentrate more on the latter, simpler approach.

ANSI/ISA-100.11a-2011 (IEC 62734), Wireless Systems for Industrial Automation: Process Control and Related Applications, networks are designed to support wireless field instrumentation. This protocol specification is part of the larger ISA-100 wireless series. Although network management platforms have an extraordinary capability for self-organization, this feature cannot overcome unreliable radio links.

But, the network management platform can use its diagnostic capabilities to measure the health of the communication and the devices. It can identify unreliable links so they can be fixed, and with improved communication, the network manager can reestablish a reliable link.

How Signals Propagate

Although it is not a perfect model, thinking of radio in the same way as visible light is accurate much of the time. Wireless networks depend largely on line of sight (LOS). If a wireless flow meter is trying to transmit to a gateway in its LOS, the likelihood of a good link is very high. More potential obstructions are transparent to radio frequencies than visible light, but this is affected by frequency. A leafy tree is transparent to signals at 90 MHz, but 2.4-GHz signals will suffer some attenuation.

Metallic objects are the great enemy of radio propagation, but can also help under the right conditions, which is why refineries and chemical plants provide many challenges for wireless networks. In one case, a steel-shell storage tank can be helpful by reflecting a signal, while other times it is as an obstacle. Like visible light, much depends on the surface angles.

General wireless principles say to avoid metallic surfaces when placing antennas for field devices, such as process instruments and actuators, routers, and gateways. The best situation is to mount the antenna vertically so that it is unobstructed on all sides (figure 1). If a gateway is mounted next to a metallic pole, the signal will be attenuated, even on the side away from the pole. It is far better to move the antenna to the top of the pole, so it can extend into free space, or to extend the antenna mounting horizontally, so there is at least a 1-meter gap between the antenna and the pole.

Figure 1. For the best signal propagation, each antenna should be mounted vertically with at least 1 m of clear space around it horizontally. This normally means mounting the antenna as high on a structure as possible.

Understanding the Fresnel Zone

Elevated antenna placement is important, because radio communication does not move in a tight beam like a laser. To send the signal from one point to another efficiently, some area in the shape of an ellipse is required. This area is called the Fresnel zone (figure 2). The amount of room available for the signal to spread has a huge effect on signal strength and the distance it can carry, since the longer the distance, the fatter the zone needs to be in the center. Anything violating the zone, which could even be the ground itself, attenuates the strength. Therefore, trying to squeeze a signal through a narrow space, even though it may allow direct LOS, can result in signal attenuation.

For example, where the LOS side clearance has an open space with a radius of 4 m, the communication range can be 500 m. However, when trying to send the signal through a more constricted area where the open space radius is only 2 m, the effective distance will be cut by 75 percent to 128 m. Having open, unobstructed space makes a huge difference, but this is typically a problem in most congested plant environments. This is why mounting devices and antennas as high as possible is so important.

Figure 2. Radio waves tend to propagate through an elliptical space formed between the two antennas. The longer the distance, the larger the required diameter at the center. This space should be as unobstructed as possible to avoid signal attenuation.

Meshing vs. Routing Devices

ISA-100.11a has mechanisms for device-to-device meshing, but the more desired network topology is one where a field device can communicate directly with the gateway, or directly to a router connected to the gateway (figure 3). The goal is to avoid the need for meshing device-to-device, because sending signals between multiple field devices slows down data movement and taxes the devices' batteries.

To facilitate these transmissions, gateways and routers should be mounted as high as practical to clear any surrounding equipment and permit clear LOS connections. My company calls this practice of having a mesh of routers communicating above the plant equipment a sky mesh, and it takes advantage of more powerful transmitters than are practical for individual wireless field devices.

Placement of individual field devices is not as simple. Most native wireless devices, such as a differential pressure instrument, have an integral wireless transmitter and antenna (figure 4). This is very convenient, but can complicate signal propagation. Placement in the process piping or vessel often dictates where the device must be mounted, the antenna orientation, and the surrounding obstructions. Using an antenna extension can address these issues. Another alternative is to add a router mounted as near to the instrument as possible and clear of obstructions. If more than one instrument is in the same difficult location, a single router can service a group.

Figure 3. The gateway is the end point of the network, and is connected to the control and monitoring system via hardwiring. Routers serve as relay points, gathering information from the field devices and passing it to the gateway.

 

Figure 4. Having an antenna mounted on the field device is common, but placement of the field device may put it in a location prone to interference. An external add-on antenna may be needed to improve communication.

Laying out a Network

Most networks are designed from two ends, the field and the control room. Field devices must be located according to their process function, which could easily be in a congested pipe jungle where equipment interferes with clear signal propagation. The final gateway is often placed near the control room, because it is hardwired to the control system. The network must bridge this gap.

Creating a sky mesh requires finding where it is practical to place routers. Ideally, these should be high off the ground and as close to the individual field devices as possible. Ensuring reliable communication between the field devices and the nearest sky mesh router may involve a secondary router in between to compensate for signal loss.

In most process plants, it is not difficult to find tall structures, such as distillation columns, but they may not be located where they are useful for router placement. Positioning antenna to avoid signal blockage problems associated with such large metallic structures can be tricky. As a rule of thumb, if the router is placed 30 m above the ground, it can reach individual field devices close to ground level up to 50 m away (figure 5). This assumes a few beneficial reflections, balanced against some obstructions from piping.

The connection from each field device to the closest router is the most challenging because it often has the most obstructions. Communication between routers and the gateway is easier to visualize and evaluate, since those components are mounted higher above the process equipment in more open space.

Figure 5. Routers in high positions can reach down to communicate with field devices closer to ground level. The practical area of coverage under favorable conditions is roughly a 90º to a 100º cone, with the router as the cone's apex.

Evaluating Performance

The two most common measures of network performance are bit error rate (BER) and packet error rate (PER). The former uses predetermined bit patterns to check which are received incorrectly, a process requiring dedicated software on all the field devices, routers, and gateways. It must be performed as a specific test, sending the designated patterns.

PER performance measurements, on the other hand, deal with complete packets and can be done without special tools during normal communication. If a problem is developing, there will be a detectable change in the PER.

The most important indicator is determining how often packets get through correctly the first time. Getting the PER as low as possible is the objective, but this can only be done when all radio links are working reliably.

A well-designed ISA-100.11a wireless instrumentation network can operate as dependably as wired I/O in most applications. When the communication links connect reliably, latency will be minimized, allowing control room operators and other plant personnel to have all the information they need in a timely manner.

 

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多点温度伝送器YTMX580
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