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2014年7月4日(金)

ISA100WCI 日本支部 支部長 長谷川 敏

支部員 中嶋 信二、田邊 悟、小田 和則

ISA日本支部 年次総会記念講演会

•

ISA100.11aはISA100委員会で標準化された工業用無線規格です。

ISA100.11a規格に準拠したISA100 Wirelessネットワーク機器は、

既に世界中の生産現場に導入され実用されています。

•

国内では相次ぐ産業事故や、エネルギー効率改善の要請から、 産業

プラントのプロセスや生産設備の監視強化が求められており、ISA100

Wirelessなどの無線センサネットワークの利活用が期待されています。

•

本講演では、

工業用無線規格：ISA100.11aの最新標準化動向及び、その実用例を

紹介します。

さらに、上述の国内の取り組むべき課題として挙げられるプラントの監

視強化と保全業務効率改善に注目し、 異なる保全関連機器を提供す

る専業ベンダが、なぜISA100 Wirelessを選択し、製品化を進めてい

るのかを紹介いたします。

本日のお話し

目次

• ISA100WCIとは？

• なぜ無線？ ～

国内生産現場での無線の価値～

• 工業無線技術の要件

• ISA100.11a規格の特徴

• 最新標準化動向

• 実際の生産現場での実用例

• なぜISA100 Wirelessなのか？

– 振動センサ

– ガス検知器

– スチームトラップ

• ISA100 Wireless Compliance Institute (略してISA100WCI)

ISA100 Wirelessを導入するユーザーや製品開発する

ベンダーを支援するための非営利組織であり、以下の

サービスを提供します。

– 技術的支援とツールの提供

– 相互運用性確保のための規格適合試験の実施と認証作業

– 市場認知度向上を目的とした普及、教育活動を実施

• ISA100WCIは、ISA100無線技術の実装と導入に必要な時間、コス

ト、リスクの低減をミッションとして上記支援活動を行っています。

ISA100WCIとは？

ISA標準化組織とISA100WCIの関係

ISA : International Society of Automation

(国際計測制御学会）

ISA100 WCI

ISA100 Wireless Compliance Institute

(ASCI傘下のISA100無線技術認証団体)

ASCI

Automation Standards Compliance Institute

(ISAの非営利子会社)

SP 18

Alarm Management

SP 50

Fieldbus

SP 84

Safety

SP 99

Cyber Security

SP 100

Wireless

Standard & Practice (標準化部門)

WG21

People & Asset track

WG14

Trust Worthly

WG15

Backbone Backhaul

WG18

Power Source

WG16

Factory Automation

WG17

Zigbee

WG3

ISA100.11a

SC12

Convergence

SG19

Nuclear

WG8

Users

標準化

実装技術開発・普及・認証

ISA100 WCI（Wireless Compliance 

Institute）はISA（国際計測制御学会）

傘下の非営利コンソーシアムです。

高圧ガス事故集計データ

無線計装の導入効果

• 初期導入コストの削減

– ケーブル配線コストの削減

• ケーブル配線経路設計

• コンヂット配管

• ケーブル引き込み

• ジャンクションボックス

• マーシャリングボード

– 工期工程の短縮

• 運転コストの削減

– 監視範囲の拡大

• 移動体設備への設置

– 現場点検作業の削減

• 現場巡回点検、監視

• 安全・安定操業

– 監視の強化

• 設備の状態監視

• 環境監視

プラントライフサイクルコストの削減

無線計装によるプロセス監視と設備健全性診断

Gateway

機器管理

制御・監視

タンク、塔

ポンプ、回転機、バルブ

配管、パイプライン

摩耗、腐食、固着、振動

腐食、減肉、破断

亀裂、漏洩、火災

タンク、熱交換器

プロセス：レベル、温度、圧力

診断解析

どんな無線ネットワーク

が求められているか？

ISA100.11a規格策定時のユーザーの要求

2. 無線通信の信頼性

10.マルチプロトコル

9.QOS(通信品質管理）

8.グローバル

7.拡張性

6.多機能

5.マルチスピード

4.オープン

3.電力管理

11.コントロール対応

1.セキュリティ

工業用無線は、全ての要求を同時に満足する必要があります

出展： USA Department of Energy and ARC User survey

無線センシングの技術要件

ユーザーの声

ISA100.11a 無線ネットワーク

セキュリティ マネージャ バックボーン ルータ ルータ システム マネージャ I/Oデバイス ゲートウェイ

ISA100.11a規格の特徴

1. ISA100は工業用の無線技術を

体系的

に扱っているファミリー規格

2. モニタリングからコントロールまでの

幅広い用途に適用可能

3. 高い

セキュリティ機能

(暗号化、認証による盗聴、改ざん、成りすまし防止）

4.

信頼性の高い無線ネットワーク

(メッシュ、経路二重化、Chホッピング）

5. IPアドレッシング (

将来性と拡張性

のあるIPv6対応)

6. バックボーンルーティングによる

拡張性と柔軟性

を備えた無線ネットワーク

7. 非中継機能による

低コスト機器

の提供（バッテリー長寿命化）

8.

マルチプロトコル対応

(FF, HART, Profibus, Modbus, OPC, etc)

9. WCIによる

相互運用性の保証

：マルチベンダー環境の実現

どんな無線技術？

IEEE 802.15.4

・2.4GHz ISM帯(免許不要)

・電池駆動：3～10年動作

・伝送距離：100～600m（LOS)

・低伝送レート：250kbps

工業用無線の信頼性技術：メッシュ・ネットワーク

障害物の回避：経路冗長化技術

工業用無線の信頼性技術：チャネル・ホッピング

時間: 10msec/Div

送信電力

mW

ISA100.11a の特徴的な信頼性技術

ISA100.11aの大規模ネットワーク

Process Overview Graphics Field Control Station Field Wireless Management Station

実流水位レベルの無線制御デモ

Peer to Peer 通信とポジショナ内のPID機能ブロックで水位制御

工業用無線関連の標準化動向

•

IEC/TC65/SC65C （工業用ネットワークシステム）

– IEC 62591: WG16 （WirelessHART） Ed2. 審議中

– IEC 62601: WG16 （WIA-PA: China） Ed2. 審議中

– IEC 62734: WG16 （ISA100.11a） CDV可決

– WG17: Wireless Coexistence （共存管理）

•

ISA100 委員会

– ISA100.11a： Wireless systems for industrial automation：完了→ IEC審議中

– ISA100.15： Wireless Backhaul Backbone Network : 技術レポート発行完

– ISA100.18: Power Source

– ISA100.20： Common Network Management

– ISA100.1: ISA100 Road Map Study Group

•

ETSI (欧州電気通信標準化機構)

– ERM/TG11: EN 300 328 V.1.7.1 ⇒V1.8.1 (2015年1月施行開始)

Data transmission equipment operating in the 2,4 GHz ISM band and using wide band

modulation techniques： 欧州における2.4GHz帯の無線通信機器に関する標準化

2014年 IEC規格承認の見込

実用例

回転機器の振動監視

危険ガス漏洩検知

なぜ、ISA100 Wirelessなのか？

～専業ベンダーの視点から～

１．振動センサ

２．ガス検知器

状態監視装置

DCS

モータ ポンプ

無線式振動計システム構成

数値データ

数値および波形データ

マネージャ

ゲートウェイ

振動センサ

システム導入事例‐全体図

GW 50‐60 m 80‐120 m 120‐200 m

振動センサ

事例紹介

•

試験導入した縦型ファンにて軸受故障が発生

•

軸受破損2週間前に兆候を検知

事例トレンドデータ

（エンベロープ処理済み）

ガス検知器の市場

・石油精製プラントや半導体工場などで使用さ

れています

・用途としてはガスの濃度測定をはじめ爆発事

故、酸欠事故、中毒事故の防止など作業現場

における

安全管理

をサポートしています

ガス検知器

ガス検知器の特徴

ガス検知部

表示、制御部

GAS

②ガス濃度を上位システム

に知らせる

① ガスを検知

ガス検知器

なぜ、無線化なのか？（市場の期待）

①省配線による工事費削減

設備新設の配線工事や配線の老朽化による再工事

の費用を削減できる

②災害発生後の復旧性

ガス検知器のケーブルレス化により地震、津波等の

災害発生後の 復旧を迅速に行える

③設備メンテナンス時の安全管理強化

設備メンテナンス時の爆発事故防止のため、一時的

にガス検知器の 台数を増やして安全管理を強化で

きる

ガス検知器

ガス検知器の技術的要求事項

１．ガス検知の確実性（通信の信頼性）

漏洩したガスをセンサで確実に検知し、上位システ

ムに知らせることができる

メインの通信経路で問題が生じた場合、別の経路

で継続して通信ができること（冗長化）

２．警報遅れ（応答速度）

警報設定値濃度の1.6倍のガス濃度にて30秒以内

に警報を発信

※一般高圧ガス保安規則関係例示基準

ガス検知器

ISA100.11aによるソリューション

１．ガス検知の確実性（通信の信頼性）

・Duo castによる冗長化

・Primary、Secondary経路設定

Gateway、Backbone Routerを含めたシス

テム全体の冗長化が可能

メイン経路に問題が発生しても通信を継

続でき、信頼性を確保

ガス検知器

ISA100.11aによるソリューション

２．警報遅れ（応答速度）

・スター接続による更新周期の高速化

・アラート機能による即時通信

・更新周期管理

要求時間内での情報伝達が可能

また、明確な時間管理により通信状態を

モニタリングできる

ガス検知器

スチームトラップとその市場規模

スチームトラップとは？

「機器、配管などからドレンを自動的に排出する

自力式のバルブの総称」

_{（JIS B 0100 バルブ用語）}

市場規模

国内石油精製プラントでは、約10,000台

町のクリーニング屋でも数個

蒸気を使用するところでは必須のバルブ

スチームトラップ

なぜ無線化？

1. 個数が多い

2. 不定期に不良になる

3. 詰まれば生産できず、漏れれば蒸気ロス

国内では、

①信頼性の高い（省エネタイプで長寿命）トラップを採用

②年1回の全数診断（改正省エネルギー法推奨）

海外では、

①トラップの

定期診断

が定着していない

②

不良個所の特定

_{が広大な敷地 or 厳しい天候であれば困難}

スチームトラップ

スチームトラップのモニタリングに

求められる技術的要件

1. 設置台数が多いため（モニタリング対象が多いと）、

AP/Gatewayの数も膨大

になる

2. 工場全域に渡って設置されているため

拡張性

が重要

3. 通信距離の長さ

も重要

4. 地面に近いところに設置されるため、

通信の信頼性向上

や、

耐薬品/堅牢な構造

であることが望まれる

5. 着脱が容易

なことが望ましい

（4、5共に周辺配管工事等で損傷のリスク大）

スチームトラップ

なぜISA100？

1. 自社開発の通信プロトコルでは、

周辺機器の進化のスピード

に対応できない

2. エンドのユーザの意向

を仕様に反映している

3. 今後、AP/Gateway等の

ハード開発の加速

が見込める

4. 海外でのニーズが高まると考えられる中、設置台数が多い石

油精製・石油化学工場の新設は

「アメリカ・中東で期待 → Foundation Fieldbus の採用」が増

えることが予想される ;

FFとの親和性

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スチームトラップ

ISA100 Wireless Solutions Summit 2008

ご清聴ありがとうございました。