川崎ユーザセミナ_海外事例と工業用無線比較rev1

(1)

工業用無線規格

ISA100 Wireless

ユーザセミナ

「

ISA100 Wireless

の海外導入事例」

2017年9月22日

ISA100WCI日本支部

清水

健二（ドレーゲル）

(2)

(3)

安全計装

SIL(Safety Integrity Level)

【SIL】

・安全制御機能が正しく作動する信頼性を、確率的手法で定量的に

規定し、レベル分けした指標

・標準規格：

IEC 61508

・SIL4が最高水準安全度

SIL

PFH

D

（高頻度作動要求モード）

PFH

D

（低頻度作動要求モード）

4

10

-9

≦

PFHD

＜

10

-8

10

-5

≦

PFHD

＜

10

-4

3

10

-8

≦

PFHD

＜

10

-7

10

-4

≦

PFHD

＜

10

-3

2

10

-7

≦

PFHD

＜

10

-6

10

-3

≦

PFHD

＜

10

-2

1

10

-6

≦

PFHD

＜

10

-5

10

-2

≦

PFHD

＜

10

-1

*PFH

D

（

Probability of Dangerous Failure per hour

）

…

安全関連電気制御システムまたはそのサブシス

(4)

安全計装

SIL(Safety Integrity Level)

【PROFIsafe】

・PROFIsafeは、PROFIBUSとPROFINETに認定されているプロファイ

ルで、SIL3または、EN ISO13849-1準拠のカテゴリ4でプロセス産

業および製造業の最高安全要件を満たします。

・安全関連通信と標準通信で同じケーブルを使用します。

⇒標準ネットワーク経由で安全関連通信を実施

ブラックチャンネル原理

※右図イメージは日本プロフィバス協会ホームページより抜粋

(5)

安全計装

SIL(Safety Integrity Level)

・GS01と安全システム（SIS）間のネットワークプロトコルイメージ

（ブラックチャンネル原理）

*

ゲートウェイはコントローラーとの通信のため

PROFINET

実装が必須ですが、

PROFIsafe

による安全

GS01

間のみ有効のため、

PROFIsafe

実装は不要です。

PROFIsafe

PROFINET

UDP/IP

PROFINET

GSAP

ISA100.11a

PROFIsafe

ISA100.11a

Controller

(6)

安全計装

SIL(Safety Integrity Level)

・エラーハンドリングメカニズム

*SIL2

を満たすためには、上記４つのエラーメカニズムのサポートが必須

⇒パケットロスや許容できないネットワーク遅れ、ビットエラーなどデバイスに起こりうる

”Failure”

な

どを特定するため

*

無線計装においてこの４つのメカニズムを達成できるのは、

ISA100 wireless

と

PROFIsafe

のコンビ

ネーションだけです。

(7)

GS01

無線伝送：

NON-SIL

【ガス無し雰囲気】

12 秒周期で

GS01

から

Gateway

へ測定値の

通信（送信）を行います。

【ガス有り雰囲気】

ガスを検知した時点で、

2 秒周期で

GS01

から

Gateway

へ測定値の通信（送信）を

行います。

Controller

Gateway

GS01

N N+1 N

Gas

(8)

GS01

無線伝送：

SIL

・

【ガス無し雰囲気】

コントローラーから

Gateway

経由で

GS01

へ

測定値の書き込みコマンドを送信。

GS01

からのレスポンスは

12 秒後、最速で有効な

タイムスロットを使い応答します。

コントローラーは

GS01

からの応答を受け取り次

第、次に最速で有効なタイムスロットを使い、測定

値の書き込みコマンドを送信。

【ガス有り雰囲気】

コントローラーから

Gateway

経由で

GS01

へ

測定値の書き込みコマンドを送信。

ガスを検知した時点で、次に最速で有効な

タイムスロットを使い

GS01

からレスポンスを

コントローラへ送信。

コントローラーが

GS01

からのレスポンスを

確認後、次の最速で有効なタイムスロットで

書き込みコマンドを送信。

2 秒周期のコマンドレスポンス通信を

繰り返します。

(9)

NON-SIL/SIL

システム構成

SIL

GW

Wired

PROFINET

PROFIsafe on

ISA100.11a

at 2.4 GHz

Ethernet/Modbus

Any ISA100 compliant

gateway with PROFINET

SIL2

controller

with

PROFINET

Non-SIL

GW

Any ISA100

compliant gateway

Regular

ISA100.11a at

2.4 GHz

Modbus

PROFIsafe on PROFINET

(10)

世界初

SIL2

無線ガス検知システム

・スタットオイル社

カロンボー製油所（ONSHORE）事例紹介

Statoil / Kalundborg Refinery (Denmark): ONSHORE

ユーザ顧客

スタットオイル社

プロジェクト種類

カロンボー製油所（デンマーク）拡張プロジェクト

アプリケーション

マルチプロセスエリア

適用範囲

コントローラー：

シーメンス

S7

ｹﾞｰﾄｳｪｲ

/

ｱｸｾｽﾎﾟｲﾝﾄ：

横河電機（

3 式

/18

式）

無線ガス検知器：

GS01 X 114 / GS01EA X 8

（その他デバイス有）

SIL or Non SIL

SIL2

ソリューション

ターンキーソリューション

主なチャレンジ

大規模フィールド、パイプジャングル、閉鎖空間

(11)

世界初

SIL2

無線ガス検知システム

・スタットオイル社

カロンボー製油所事例紹介

*

フェーズ

1 ：

青

/

水色

/

緑

540m

3

4

0 m

(12)

世界初

SIL2

無線ガス検知システム

・スタットオイル社

カロンボー製油所事例紹介

Phase 1

Block 1

フィールド機

器設置場所

緑

= GS01

紫

= Other

• SIL2

コントロールシステム（無線ガス検知器以外のデバイスを含め）を、無線エンジニア

リングからシステム設計、現地調整までターンキープロジェクトとして提供

• 閉鎖空間、パイプジャングルへのチャレンジ

• 2016

年

1 月

22 日に第一期工期分駆動

(13)

世界初

SIL2

無線ガス検知システム

・スタットオイル社

カロンボー製油所事例紹介

HMI

（コントロールディスプレイ）

(14)

世界初

SIL2

無線ガス検知システム

・プロジェクト総括

-イニシャルコスト試算

約20億円

⇒

約7億円

（拡張プロジェクトの全体コスト）

-無線計装の知見があったため、事前準備から設置/調整、運用まで

スムーズなプロジェクト実行

-税制優遇

-有利な保険適用

-リスクマネージメントの徹底

-社内のイノベーション・改善アワードにノミネート

(15)

工業用無線比較

・ISA100 Wireless v.s. WirelessHART

ISA100 Wireless

WirelessHART

国際規格基準

IEC 62734:2014

IEC 62591:2010:2016

無線規格

IEEE 802.15.4-2006

周波数帯域

2.4GHz

（

RF

チャンネル数：

16 ）

2.4GHz

（

RF

チャンネル数：

15 ）

最大伝送速度

250kbps

出力（

Power

）

10dBm(10mW)*1

通信距離

約

600 メートル

*2

約

200 メートル

*2

ネットワーク構成

メッシュ型、スター型、ホップ型

メッシュ型、スター型

ゲートウェイ

（無線親機）

ｹﾞｰﾄｳｪｲ

/

ﾊﾞｯｸﾎﾞｰﾝﾙｰﾀ分離型

一体型

セキュリティ

AES 128bit

暗号方式

AES 128bit

暗号方式

(16)

工業用無線比較

・ISA100 Wireless v.s. WirelessHART

ISA100 Wireless

WirelessHART

データリンク層

ネットワークトラ

フィック

TDMA

CSMA/CA

チャンネル・ホッピング

Time Slot = 10msec

（変更可能）

[Contract based communication]

使用可能なバンドを確保し、通

信遅れ時間、優先度を管理

TDMA

チャンネル・ホッピング

Time Slot = 10msec

固定

空いているバンドをランダムに使

用

アプリケーション層

ISA100.11a

をカプセル化して既

存通信プロトコルを通過

（異な

るプロトコルでの相互運用性

アップ）

HART7

※有線

HART

プロトコルを

そのまま拡張

機器固有アドレス

IPv6

HART Address

(17)

(18)

工業用無線比較

約

2m

約

2m

(19)

工業用無線比較（考察）

・RSSI

・PER（Stability）

・Latency

・無線ガス検知器でISA100

Wirelessが選ばれる理由（※）

（WirelessHARTを採用したガス検知器が無い理由）

※日本のケース

⇒遅れ時間（検知警報設備の発信に至るまでの遅れ）の明確な定義