無線インフラ

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。

横河電機の全てのISA100無線製品は、いずれのISA100互換ネットワークにも接続することができます。

  • YFGW410 フィールド無線用管理ステーションは、国際計測制御学会(ISA: International Society of Automation)の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 に準拠しています。本製品には、ISA100.11aが規定するシステムマネージャー、セキュリティマネージャー、ゲートウェイの機能が搭載されており、「フィールド無線用アクセスポイント YFGW510」や「フィールド無線用メディアコンバーター YFGW610」と組み合わせてフィールド無線システムを構成します。

  • YFGW510/YFGW520 フィールド無線用アクセスポイントは、国際計測制御学会(ISA: International Society of Automation)の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に準拠しています。本製品はISA100.11aが規定するバックボーンルータの機能が搭載されており、「フィールド無線用管理ステーション YFGW410」や「フィールド無線用メディアコンバーター YFGW610」と組み合わせてフィールド無線システムを構成します。

  • YFGW610フィールド無線用メディアコンバーターは、「フィールド無線用管理ステーション YFGW410」や「フィールド無線用アクセスポイント YFGW510, YFGW520」と組み合わせてフィールド無線システムを構成します。

  • SMARTDAC+ GX20Wは、ISA100 フィールド無線システム用ゲートウェイ機能を搭載したペーパレスレコーダです。各種無線フィールド機器からのデータや、本体に装着した入出力モジュールからの測定データをリアルタイムに表示します。

  • フィールド無線用通信モジュールは、国際計測制御学会(ISA: International Society of Automation)の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 に準拠しています。本製品は,ISA100.11a が規定するデバイスの無線機能が搭載されています。「フィールド無線用マルチプロトコルモジュールFN310」や,「フィールド無線用マルチファンクションモジュール FN510」や,「インタフェースアダプタLN90」と組み合わせることで,無線フィールド機器やゲートウェイとして機能します。

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。

WirelessWeb_Jap_Solution_NaturalGasPlant_1.jpg

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

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:

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:

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:

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:
アプリケーションノート
概要:

 

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:
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:

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。

ソリューション:標準的アンテナを取付けたワイヤレス温度伝送器YTA510の取付例

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:
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:
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

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

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

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

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

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

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

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

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

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:

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:
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。

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。

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:
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。

 

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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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

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:
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. The best signal propagation

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.  The Fresnel zone area

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. Desired network topology

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. Placement of individual field devices

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

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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