FOUNDATIONフィールドバスの最新技術紹介

(1)

Fieldbus Foundation™

Freedom to choose. Power to integrate

F

OUNDATION

TM

フィールドバスの

笹嶋　久

NPO法人日本フィールドバス協会　理事長

フィールドバス協会　アジア太平洋地区運営VP　

2009年11月20日

計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナ―

(2)

日本フィールドバス協会プレスカンファレンス計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー東京ビッグサイト　2009年11月20日

本日の説明内容

日本フィールドバス協会の新体制

アジア太平洋地区の普及活動

フィールドバス概要

z

技術開発

z

相互運用性改善

フィールド制御（Control in the Field）のビジネス

(3)

日本フィールドバス協会プレスカンファレンス計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー

フィールドバス協会

Fieldbus Foundation Organization

今年創立15周年

H. Sasajima

Vice President

Asia-Pacific

End

User

Council

Office Staff

(Austin, Texas)

Office Staff

(Austin, Texas)

EMEA Marketing

Committees

EMEA Marketing

Committees

ABB

DuPont

ExxonMobil

Emerson

Fuji

Honeywell

Invensys

Pepperl+Fuchs

Rockwell

Automation

Schneider Electric

Siemens

Yamatake

Yokogawa

Members

General Assembly

Members

General Assembly

Board of Directors

President

SIF

Diagnostic

Profile

Diagnostic

Profile

SIM Team

（HOST Test)

SIM Team

（HOST Test)

End User Councils

Americas

Europe

Middle East/ Africa

Australia/New Zealand

India

Singapore

Japan

Regional Marketing

Committees

Technical

Projects

Technical Steering

Committee

EMEA

Executive Advisory Council

EMEA

Executive Advisory Council

Asia Pacific

Executive Advisory Council

Asia Pacific

Executive Advisory Council

Executive Committee

EMEA

Steering Committee

Asia Pacific

Steering Committee

Asia Pacific

Marketing Committees

Asia Pacific

Marketing Committees

Indonesia

Malaysia

India

Thailand

Singapore

China

Korea

Middle East

CIS&B

UK

Norway

Netherlands

Italy

France

HSE Remote IO

EDDL/ECT

End User Advisory Council (EUAC)

(4)

日本フィールドバス協会運営体制

体制

z

理事長　

笹嶋　久

（山武）

z

副理事長　池田卓史　（富士電機システムズ）

z

　同　

小野寺薫

（横河電機）

z

理事　

田中健一

（エム・ティー・エル・インストゥルメンツ)

z

　同　　

橋本　良

（日本エマソン）

z

監事　

皆川真広

（ABB日本ベーレー）

z

事務局

小島正博

（山武）

事務所

z

神奈川県藤沢市川名1-12-2

電話：　0466-52-7053

FAX：　 0466-20-2376

(5)

日本フィールドバス協会組織

社員総会（通常・臨時）

事務局 (山武)

NPO法人日本フィールドバス協会

標準化団体

(IEC/ISO/ISA)

産業用オープン

ネットワーク

ラボラトリー

業界団体

学会

理事会

早稲田ラボ

山武

富士電機

エンドユーザ

委員会: 日本

フィールドバス

協会 ( FF )

EUC-J

富士電機

ABB日本ベーレー

展示会・セミナ

横河

MTL

情報発信

(Web, 広報, ドキュメント)

日本エマソン

横河

理事

　山武（理事長）

　富士電機（副理事長）

　横河電機（副理事長）

　日本エマソン

　MTL

監事

　 ABB日本ベーレー

運営委員会

技術顧問: FF TSC

(6)

日本フィールドバス協会会員

z

インベンシスシステムス株式会社

z

ABB株式会社

z

ABB日本ベーレー株式会社

z

株式会社エム・システム技研

z

ｴﾑ･ﾃｨｰ･ｴﾙ･ｲﾝｽﾄｩﾙﾒﾝﾂ株式会社

z

ｴﾝﾄﾞﾚｽﾊｳｻﾞｰｼﾞｬﾊﾟﾝ株式会社

z

株式会社オーバル

z

ガイロジック株式会社 (Softing)

z

倉茂電工株式会社

z

工装サービス株式会社

z

ザムソン株式会社

z

TURCK Japan株式会社

z

千代田化工建設株式会社

z

東京計装株式会社

z

株式会社東芝

z

日揮株式会社

z

日本エマソン株式会社

z

日本電線工業株式会社

z

日本ドレッサー株式会社

z

日本ワイドミュラー株式会社

z

株式会社ノーケン

z

ハネウェル株式会社

z

株式会社ピーアンドエフ

z

株式会社福電

z

富士電機システムズ株式会社

z

プロセス計装制御技術協会

z

ムーア・プロダクツ株式会社

z

株式会社明電舎

z

株式会社山武

z

横河電機株式会社

z

ﾛｯｸｳｪﾙｵｰﾄﾒｰｼｮﾝｼﾞｬﾊﾟﾝ株式会社

z

ロトルクジャパン株式会社

　

　32会員

(2009年11月現在)

(7)

計測展2009 TOKYO

Measurement and Control Show 2009 Tokyo

日本フィールドバス協会ブース：　C-10

出展社：　13社

アウマジャパン、ABB、ｴﾑ・ﾃｨｰ・ｴﾙ・ｲﾝｽﾄｩﾙﾒﾝﾂ、

オーバル、日本エマソン、ピーアンドエフ、

富士電機システムズ、Moore Industries-Pacific、

山武、山武商会（TURCK）、横河電機、

LEONI Kerpen 、ﾛｯｸｳｴﾙｵｰﾄﾒｰｼｮﾝｼﾞｬﾊﾟﾝ

テクニカルセミナー

z

ユーザ視点でのF

OUNDATION

フィールドバスの診断技術

　　　　　　11/19（木）　15:00-15:45　　EUC-J 布川委員長／石川委員（三菱化学）

z

F

OUNDATION

フィールドバス最新技術紹介

　　　　　　11/20（金）　15:00-15:45 　　FF-J　笹嶋理事長

“Achieving Operational Excellence with F

OUNDATION

Technology”

(8)

Industrial Open Network Laboratory

Advanced Research Institute for Science and Engineering

早稲田大学喜久井町キャンパス

Demo/Training Facility

(2 Host systems, 20 Devices, 5 Accessories)

2003年4月北九州に開設

2006年5月東京に移転

• 年4回開催

• フィールドバス入門

• エンジニアリング

2009年

• 12月7、8日

2010年

• 3月8、9日

• 6月※

• 9月※

• 12月※

※予定

(9)

アジア太平洋地域の普及活動

Fieldbus Foundation in Asia Pacific

Japan

Korea

China

Malaysia

Thailand

India

Singapore

Indonesia

Australia

Taiwan

Central Asia

Middle East

ASEAN

Philippines

East Asia

1994

1997

1999

2003

2004

1999

2003

Iran

1999

Vietnam

2006

2008

(10)

2009年度エンドユーザセミナー

（アジア太平洋地域）

End User Seminars in Asia Pacific

　　 11カ国、 16セミナー、ユーザ1,800名以上が参加

9 台湾　台北・高雄

2月17日、19日

9 中国　重慶

4月16日

9 オーストラリア　パース

5月15日

9 中国　昆明

7月16日

9 インド　ムンバイ

6月19日

9 シンガポール

　8月21日

9 中国　北京

11月 5日

9 マレーシア　クアラルンプール

11月11日

9 日本　東京（計測展）

11月19日、20日

z 韓国　ソウル

11月26日

z タイ　バンコク

11月27日

z 日本　東京

3月11日

z 台湾

計画中

z ベトナム

計画中

(11)

公式教育サイト

Foundation

Certified Training Site

End

SAIT, Canada

Fieldbus Center

Lee College, TX

Singapore Polytechnic

Singapore

STC Brielle, Holland

SINOPEC

Beijing Yanshan Petrochemical

Simulation Center

Waseda Univ.

Open Network Lab.

Tokyo

Official Training Site

End User Council

EUC(T.B.P)

Training Site(T.B.P)

Tri State University,IN

BIS Prozesstechnik

Germany

King Mongkut's Institute of

Technology Ladkrabang

(12)

フィールドバスの話

1. たくさんのフィールドバス

2. ユーザ要求の原点

–

本質安全防爆環境、伝送距離・周波数

3. 基本理念

–

計測制御の３大要素

4. 通信制御機能

–

Publisher/Subscriber

• 回転寿司の仕組み

–

Deterministic（時間確定性）

• 制御周期の揺らぎ

5. 分散処理

–

空気式計装の再現（並列定周期実行）

• 実行スケジューリング

• LAS、Before/After

(13)

ユーザ要求の原点

計器室とプラントの距離は平均1,200m、伝送距離2,400m(8,000 ft)

B

　フィールドネットワークの伝送距離　1,900m（最大ノード数接続時）

　

耐ノイズ環境、減衰／反射を考慮した伝送速度（周波数）50Kbpsから500Kbps

B

　H1（低速）フィールドバス　31.25Kbps、H2（高速）フィールドバス　

　

1Mbps or 2.5Mbps

（現在）　H1（低速）フィールドバスに加え、100Mbps HSE（高速イーサネット）

ケーブル仕様：既設ケーブルが使用できること。電源供給と信号伝送が同一　

対より線で行えること．

B

B 　タイプAからタイプDの4種標準ケーブルを規定

爆発性のガス／気体を取り扱う炭化水素系プロセス特有の機能要求として、　

本質安全防爆環境で機器が動作すること．

B

B 　Entity Model：電流制限　(19V、40～60mA)、10mA～30mA／機器

（現在）

FISCO Model (Fieldbus Intrinsic Safety Concept) ： 120mA

(14)

F

OUNDATION

フィールドバス

プロセス計測制御機器のインテリジェント化とデジタルコミュ

ニケーション技術によりオープンな，相互運用性のあるプロセ

ス計測制御システム環境を提供する。

z

本質安全防爆環境下で、

z

フィールドの機器／プラントの異常診断機能等の高度インテリジェ

ント機能の提供

z

フィールド機器計測制御機能の相互運用環境を提供

(15)

Proposed by

Type- 1: Fieldbus（ANSI/ISAS50.01)

：US/Japan

Type- 2: ControlNet

：US/ Rockwell Automation

Type- 3: Profibus DP/PA

：Germany

Type- 4: P-Net

：Denmark

Type- 5: Fieldbus Foundation HSE

：US/ FF

Type- 6: Swiftnet

：US/ ShipStar

Type- 7: WorldFIP

：France/ WorldFip

Type- 8: Interbus

：Germany

Type- 9: Foundation H1 Fieldbus

：US/FF

Type-10: Profinet

：Germany

たくさんのフィールドバス

(16)

IEC61158 フィールドバス　

（2007年6月）

INTERBUS

F

OUNDATION

Fieldbus

H1

F

OUNDATION

Fieldbus HSE

PROFINET

PROFIBUS-DP

DeviceNet

ControlNet

Ethernet I/P

PROFIBUS-PA

INTERBUS-IP

Device

Data

Vnet/IP

Pnet/IP

TCnet/IP

Modbus-RTP

EtherCAT

EPA

WorldFIP TCP/IP

CC-Link

SERCOS

(17)

ネットワークトポロジー／通信制御

（ドイツ鉄道：　　　）

運行管理：　集中管理

ネットワーク制御：マスタースレーブ制御

センタコンピュータによる集中管理

(18)

ネットワークトポロジー／通信制御

（フランス鉄道：SNCF）

TGVのトポロジー

運行管理：分散管理

ネットワーク制御：分散トークン制御

分岐点（駅）での路線（支線）管理

①

②

③

②-1

②-2

①-1

①-2

(19)

分散

情報統合

計測制御の基本３要素

センサー

（計測）

アクチュエータ

（操作）

コントローラ

（制御）

(20)

フィールドバスの原点：空気式計装

• 機能ブロック

：AI, PID, AO

• セグメント／LAS ：ループ単位の空気配管

• 空気伝送遅れ：200ms ～ 400ms　

• （距離：400m以下）

•　並列処理

•　分散処理

•　実行スケジュール

(21)

Tips on How To Be a Good End User

EUAC　委員長：　John Rezabek

ISP

　

( International Specialty Products)

2007年2月

(22)

プロセス分散制御スケジューリング

（バッチダイジェスター計装例）

Control Room

PC

H1 Fieldbus

Segment # 1

H1 Fieldbus

Segment # 2

CV-101 A/O IP 102 20 19 21 AT 107A LT 101 AT 107B TT 105 AT 106 Re-Burned Lime LT 108 Purchased Lime LT 112 Green Liquor Storage IP 104A _IP 104B Heater _Cooler LT 111 SC 111 SC 112 SC 108 DT 109 FT 110 SC 110 TT 104 FT 102 AT 103 24 25 23 22

H1 Fieldbus

Segment # 3

“Example of Cyclically Scheduled Function Blocks”,

IEC SC65C/WG7, London, T.Blevins, Oct. 21-23, 1996

(23)

プロセス分散制御スケジューリング

（分散ファンクションブロック実行順序）

“Example of Cyclically Scheduled Function Blocks”,

IEC SC65C/WG7, London, T.Blevins, Oct. 21-23, 1996

AI

ISEL

PID

AI

PID

_RATIO

AI

AO

CV-102

A/O

Conductivity

PID

AO

AI

LL

FIC

102 AT

107B

AT

107A

AT

106 AT

103 IP

102 FT

102 SC

103 HS

107 AIC

107 AC

106 FRC

103 AY

103

AT107A

AT107B _HS107 _AIC107 _AIC106

FRC103 SC103 IP102 FIC102 FT102 AT106 AY103 AT103

(24)

プロセス分散制御スケジューリング

（機能ブロック実行とパラメータ通信の同期）

DI

AO

PID

DO

AI

Field Device B

Field Device A

DO

DI

AI

PID

AO

A

↓

B

A

↓

B

A

Macrocycle

Time

Function Block

Execution Scheduling

Scheduled Periodic Communication

(Data Publish/Subscribe)

Unscheduled Aperiodic Communication

Host Devices

(25)

Simple Regulatory Control in the Field

LEVEL 1

LEVEL 2

LEVEL 3

Onsite

Utilities

Offsite/

Tank Yard

Information

Management

Advanced

Control

Regulatory

Control

Optimizing

Operation

(Multi Units)

Optimizing Operation

(Unit level)

プラント制御階層構造

(26)

プラント制御階層構造

（フィールド制御：Control in the Field）

Tips on How To Be a Good End User

EUAC　委員長

：　John Rezabek ISP

　

( International Specialty Products)

2007年2月

(27)

F

OUNDATION

フィールドバスの特長（1）

Publisher/Subscriber：回転寿司の仕組み

Publish

Subscribe

(28)

F

OUNDATION

フィールドバスの特長（2）

時間確定性（Deterministic）

H1フィールドバス：通信の実行、制御演算処理が定周期

–

最短周期

–

定周期性保証: ズレ（jitter）がない。

他のフィールドバスは非同期性

–

実行周期が長くなる。

–

ズレ(jitter)がある。

Valve

Transmitter

Controller

M

C

A

M

C

A

M

C

A

M

C

A

M

C

A

M

C

A

M

C

A

C

Valve

Transmitter

Controller

M

A

M

A

M

A

M

A

M

A

M

A

M

C

M

A

(29)

F

OUNDATION

フィールドバスの最新技術

技術開発

z

安全計装システム対応フィールドバス仕様開発

z

EDDL機能強化と機器情報統合（FDI）仕様開発

z

機器診断

z

機器診断プロファイル仕様開発

z

バルブ作動試験

z

HSE WIO（無線とリモートI/O）

相互運用性改善

z

ホスト認証登録制度

(30)

安全計装システム対応フィールドバス仕様開発

(31)

Logic Solver

Level

SIF

Protocol

Valve

Pres

H1 Network

Emerson

BIFFI

Westlock

Yamatake

Emerson

HIMA

Honeywell

Invensys - Triconex

Yokogawa

Magnetrol

Siemens Milltronics

ABB

E+H

Smar

Yokogawa

Moore

MTL

P+F

Logic Solver

Engineering Workstation

Asset

Management

Basic Process

Control System

エンドユーザデモサイト

¾

BP – Gelsenkirchen, Germany – Honeywell Logic Solver

¾

Chevron – Houston, TX – Emerson Logic Solver

¾

Saudi Aramco – Dhahran – Triconex Logic Solver and Yokogawa Logic Solver

¾

Shell Global Solutions – Amsterdam – HIMA Logic Solver

Other Providers

Fieldbus Diagnostics

Risknowlogy

RuggedCom

Softing

TÜV Rheinland

TÜV SÜD

SIF エンドユーザデモへの参加者

Temp

Smar

システム

センサ

バルブ

その他

物理層

(32)

CAPEX（建設費用）:

z コミッショニングの期間短縮

¾エンジニアリングツールの利用

z 設置面積の削減

¾マーシャリングキャビネットの減少

z 物量の減少

¾HARTマルチプセクサ不要

¾ポジショナの上下限接点不要

¾配線・接続ポイントの削減

OPEX（運転費用）:

z 高度診断

¾故障の検出容易

¾派生故障削減による信頼性・安全性向上

z 試験間隔を長くできる

¾パーシャルストローク試験の提供

¾PFD平均カーブの平準化

¾頻度データを利用した試験間隔計算

z 設備管理の進歩

¾機器診断データの統合

¾容易な機器メンテナンス

SIF向けフィールドバスの利点

　　　　－CAPEX（建設費用）／OPEX（運転費用）

(33)

デバイス記述言語（EDDL）機能強化と

機器情報統合（FDI）仕様開発

EDDL Cooperation Team

(ECT)

Field Device Integration

(FDI)

(34)

Radar Level

Temperature

Valve Positioner

Machinery Health

_Pressure

Mass Flow

pH

Ultrasonic Flow

デバイス記述言語（EDDL）機能拡張例

(35)

FDIアーキテクチャーとデバイスパッケージ

Device Package

Server

OPC UA

Client

Field Device

Device

Definition

Device

Definition

User

Interface

Description

User

Interface

Description

User

Interface

Plug-in

User

Interface

Plug-in

Business

Logic

Business

Logic

Based on

IEC 61804-3 EDDL

Based on

IEC 61804-3 EDDL

Based on

IEC 62453 FDT

Based on

IEC 62453 FDT

Runs on Client

Interpreted on Server

Mandatory

Optional

Device Package

フィールド機器のホストシステム統合の単一ソリューション

¾

EDDL, FDTおよびOPC UAの強さを組み合わせる.

¾

エンドユーザがホストシステム供給者と統合について心配しないで

フィールド機器を選択できる.

¾

フィールド機器やホストシステム供給者がひとつのソリューション

(36)

Client Window

Programmed

Application

File

Edit

View

<Device Instance Name>

<Device Type>

<Version>

<Manufacturer>

1

2 UI Function 1

UI Functions

UI Function 2

Options

UI Function

100.0

1 Group 1

°C

Option 1

Option 2

Group 2

Cancel Apply OK

Group 2

Group 1

User

Interface

Description

User

Interface

Plug-In

FDIの画面構成例

(37)

(38)

機器診断プロファイル仕様開発

z

標準で持つべき機器診断機能およびキャリブレーション等

の調整手順を標準化した。

流量、レベル、温度、圧力、バルブ

z

標準機器プロファイル仕様を発行。

z

NANUR（

※

） NE107ユーザ要求に基づく表現形式を定め、

デバイス記述言語により各社のホストシステムで共通のビ

ジュアル表現が行えるようにする。

z

現状はオプションであるが、次期ホスト認証では必須機能に

なる。

※　NAMUR：ドイツの化学／医薬会社を中心としたユーザ団体

(39)

4種類の機器診断アラート

注意が必要

内部機能検査

が必要

重故障

確認・調整

が必要

(40)

試験と認証登録サポート

9 ITK 5.1での機器サポート

• 2008年12月にリリースした

• 機器診断はITK 5では

オプション

機能

• 機器診断はITK 6（2010）では

必須

機能

• 認証登録証明書とWebカタログに機能を掲載

–

新ホスト試験キットモジュールでホストサポート

• 2009年11月にリリース予定

• 全部の機器診断アラートが実装されたサンプル機器

• 機器診断は6xbプロファイル（2010）では

必須

となる

• アドバンスト機器診断は6xcプロファイルでサポート

(41)

2008

₂₀₀₉

₂₀₁₀

4Q

1Q

2Q

3Q

4Q

1Q

2Q

3Q

4Q

ITK 5.1 リリース済

機器診断はオプション

ITK 5.1 リリース済

機器診断はオプション

ツール開発

ホスト試験キット2.0

機器診断試験機器

ホスト試験キット2.0

機器診断試験機器

ITK 6.0

新規認証登録(*)

では機器診断は

必須

ITK 6.0

新規認証登録(*)

では機器診断は

必須

ITK 6.0 プロファイル要求

リリース済

ITK 6.0 プロファイル要求

リリース済

(*) 機器ベンダはITK5.2を12カ月　試験を継続できる

(42)

標準変換器ブロック

9 圧力ブロックは仕様開発完。ITK 5.0に含まれる。

9 温度ブロックは仕様開発完。ITK 5.1に含まれる。

9 ポジショナブロック (PST/FST)は仕様開発完。ITK 5.2に含

まれる。

• 次のブロック

• 高パフォーマンストータライザ付き流量変換器ブロック

9 プロトタイプ2機種あり、検証中。

PST –部分ストローク試験、 FST –フルストローク試験

(43)

F

OUNDATION ポジショナ

変換器ブロック仕様

バルブ作動試験

(44)

バルブ作動試験

z

ポジショナ変換器ブロック仕様にバルブ作動試験

（VST：FST/PST）仕様が追加された。

–

FST：フルストローク試験

–

PST：部分ストローク試験

z

PST（Partial Stroke Test）仕様ではプラント装置

を停止したり、バイパス設備を設けなくても遮断弁

の遮断動作確認が行える。

z

遮断弁だけでなく調節弁にも適用でき、遮断弁動作

(45)

バルブのPST（部分作動試験）

バルブ

ストローク

(%)

100

0 PST

ストロークトラベル(%)

PST

ポーズ

(秒)

PST完了

タイムアウト(秒)

PST開始

PSTブレイクアウト

タイムアウト(秒)

PST

ランプ

レート

(％/秒)

経過時間（秒）

PST完了

PST

ブレイク

アウト

タイム

(秒)

PSTストロークトラベル

タイムアウト(秒)

一定時間内に所定の動作が完了しないとタイムアウトエラーとなる。

(46)

High Speed Ethernet

(HSE)

Wireless and Remote I/O

(WIO)

(47)

HSE RIO　

z

HSE（高速イーサネット：IEC61158）を利用した本

質安全防爆環境に設置可能なリモートI/O機器仕様

z

配線費の大幅な削減が可能

z

従来形4-20mAアナログ、デジタル入出力、HART

I/Oが利用可能

z

リモートI/Oに無線ゲートウエイ機能を持たせること

により無線フィールド機器を接続する。

(48)

HSE　RIO、WIO仕様開発

WIO Gateway

Conventional

I/O

Wired

HART

Fieldbus Foundation-ISA100

Cooperation (FIC)

HSE

Backhaul Team

H1

WirelessHART

Host

HSE

Remote I/O

(HSE RIO)

Team

ISA100.11a

Wireless

Cooperation Team

(WCT)

HOST：

• APAT

• EMERSON OVATION

• SMAR

• YAMATAKE

I/O:

• APAT

• MTL

• R. STAHL

• SMAR

ISA SP100.15

(49)

HSE RIOデモサイト

無線技術とHSEリモートI/Oのユースケース、機能

要求事項を明確にしてRIO仕様を開発し、実際の

ユーザサイトで実証試験を実施する。

z

ブラジル

Santa Elisa

z

カナダ

City of Edmonton

z

オランダ

Shell GS

z

日本

三菱化学／四日市　排水処理設備

z

米国

Chevron

(50)

(51)

ホスト認証登録制度

z

異なるメーカのフィールド機器とホストシステム、エンジニア

リングツール、メンテナンスツールでも同じように数値表示、

グラフ／図形表示、調整操作が行えることを機器を動作させ

て確認し、機能を保証する。

フィールド機器間のデータ交換については、相互運用性試

験・機器認証登録制度がある。

z

3種類のプロファイルが定められている。

統合ホストクラス：

オペレータインタフェース、エンジニアリング

ツール、メンテナンスツール

ベンチホストクラス：

設定PCツールなど

ビジターホストクラス：ハンドヘルド設定器など

(52)

ホスト認証登録制度

運転制御

操作・監視

通信

エンジ

ニアリング

通信

機器管理

通信

機能

ブロック

通信

センサー

機能

ブロック

通信

アクチュエータ

プロセス

DDS

CF

フィールドバス

フィールド機器

アプリケーション

A

B

C

D

A

B

C

D

:適合性試験,

通信プロファイル,

物理層試験

:相互運用性試験

:共通ファイル形式

:デバイス記述, DD試験

相互運用性を支える技術

CF ：機能定義ファイル DDS ：DDサービス

運転

保守

エンジニアリング

Class 61 – 統合ホストクラス

Class 63/64 – ベンチホストクラス

Class 62

– ビジターホストクラス

(53)

現在までに登録されたホスト

z

ABB Automation Products GmbH

Industrial IT System 800xA

z

Emerson Process Management

DeltaV & AMS Suite: Intelligent Device Manager

z

Honeywell Process Solutions

Experion PKS

z

Invensys

Infusion Enterprise Control System

z

Yamatake Corporation

Industrial-DEO / Harmonas

z

Yokogawa Electric Corporation

CENTUM VP

STARDOM

6社7ホストシステム

プロファイル　61a

（2009年11月現在）

(54)

ホスト認証登録の変遷

2008

2009

2010

2011

2012

1H

2H

1H

2H

1H

2H

1H

2H

1H

2H

ホストシステム

相互運用性

サポート試験

（HIST）

1.x

2008-12まで有効

ホスト6Xbプロファイル試験／認証登録

ホスト6Xaプロファイル　試験／認証登録

2010-6まで有効

7 ホスト

システムが

登録

7 ホスト

システムが

登録

• 機器診断は6xbプロファイル (2010)では必須となる

• 6xcプロファイルでアドバンスト機器診断をサポート

(55)

フィールド制御の第三者機関評価

フィールド制御（Control In the Field）

(56)

フィールド制御の導入効果に関する報告書

The Business Value Proposition of Control in the Field

•はじめに

Introduction

– FOUNDATIONフィールドバスの適用はここ数年で急速に進んでいます

Adoption of F

OUNDATION

fieldbus has skyrocketed over the past

several years

– フィールドバス製品とサービスの市場は急速に拡大しています

Total market for fieldbus products and services is rapidly approaching a

billion dollars

– 多くのユーザはフィールドバス技術をフィールド機器の診断やプラント

設備管理に適用しています

Most end users adopt fieldbus technology for its inherent diagnostic and

plant asset management capabilities

– 最近までフィールドバスによるフィールド制御のビジネスメリットは研究

されていませんでした

Until recently, there has not been a study proving the business value

proposition of control in the field (CIF) with fieldbus

– フィールド制御が制御ループのインテグリティとプラントにおける真の

分散制御をサポートすることをこの総合試験は示しています

Comprehensive testing now shows that CIF supports

(57)

背景

Background

– ARCアドバイザリーグループから「フィールド制御の導入

効果に関する報告書」が発行されました

ARC Advisory Group’s new white paper, titled “The

Business Value Proposition of Control in the Field,” details

the operational and economic benefits of CIF with

FOUNDATION fieldbus

– ARCは、米国デッドハムに拠点を持つ調査・アドバイザり

会社です

ARC is a leading manufacturing research and advisory firm

based in Dedham, MA, USA

(58)

背景

（続き）

_{Background (Cont’d)}

– ARCは、フィールドバス協会の機能ブロックはプラント操業最適化の

完全な自動化共通基盤であると述べています

ARC describes the FOUNDATION function block structure and

other features providing a complete automation infrastructure for

plant operational excellence

– フィールド制御（CIF: Control in the field）はフィールドバス協会技

術の重要な要素で、アプリケーションや制御ループのプロセス・イン

テグリティを大きく向上させます

Control in the field is a critical element in FOUNDATION

technology providing significantly enhanced process integrity for

many applications and control loops

– 制御機能を搭載したフィールドバス機器は稼働率の高い制御を実現

し、シングルループインテグリティの第一歩となります

Embedded control functionality fieldbus devices is an enabler for

high availability control and a stepping-stone toward

(59)

背景

（続き）

_{Background (Cont’d)}

– ARCのレポートによれば、 F

OUNDATION

フィールドバス

は、３つの領域でビジネス価値をもたらします

AS reported by ARC, F

OUNDATION

fieldbus provides

business value in three key areas

ビジネス

インテリジェンス

プロセス

インテグリティ

オープンで

スケーラブル

な情報統合

(60)

技術の概要

Technology Overview

– フィールド制御はプロセスインテグリティの重要な鍵です

Control in the field is a key part of the process integrity

provided by F

OUNDATION

technology

(61)

技術の概要

（続き）

Technology Overview

(Cont’d)

– フィールドバス協会がサポートするフィールド制御は、プラント操

業において、突発的な外乱に対する優れた挙動を実現します

CIF strategies supported by F

OUNDATION

fieldbus allow for superior

reaction to deterministic disturbances in process plant operations

(62)

技術の概要

（続き）

Technology Overview

(Cont’d)

– フィールド制御によって制御機能の真の分散化が実現し、単一故障

がフィールドバス（H1）全体に影響を及ぼすことがなくなります

With CIF, automation functions are truly distributed and there is no

single point of failure above the H1 level

– HMIが故障しプロセスの状態が監視できない場合でも、制御ループ

とネットワークはその影響を受けません

If there is a malfunction in the HMI and a loss of visibility into the

process, the control loop and network remain unaffected

– DCSと比較して、MTBFが80%向上

するという結果が得られました

Evidence shows an 80%

increase in MTBF

(63)

技術の概要

（続き）

Technology Overview

(Cont’d)

– フィールド制御はデバイス間の通信接続数を減らすことにより、信頼

性や稼働率向上に寄与します

Control in the field also reduces the number of connections

between devices – increasing reliability and availability

– ユーザにとっても、プラントの自動化設計の幅を広げます

End users have greater flexibility in deploying plant automation

strategies

– このため、制御装置は、より高度なアドバンスト制御、最適化、シミュ

レーション、設備管理、履歴管理などの機能を扱う余裕ができます

Controllers are free to handle higher-level functions such as

advanced control and optimization, simulation, asset management,

historical data collection, etc.

(64)

技術の概要

（続き）

Technology Overview

(Cont’d)

– フィールド制御は、サンプリング周期の高速化と制御ループの読込・

演算・書込周期の短縮で性能を改善します

Control in the field improves performance due to faster sample

rates and shorter latencies in the read-execute-write cycle of

control loops

– 特に高速のプロセス制御で効果を発揮します

Performance benefits are most significant in fast process loops

• 流量・圧力・温度

Flow, pressure and temperature loops

　

• pH

pH loops

　　　　　　

• 位置・速度

Position and speed loops

– 低速の制御ループの制御性能も、いろいろな制御ループ間の複雑な

相互作用の結果として改善されます

Performance of slower loops is also improved due to complex

interactions of control loops in process plants

(65)

第三者機関による評価結果

Third-Party Evaluation

– ARCの報告書は、英国の研究調査会社であるISC（Industrial

Systems and Control）による「フィールド制御の導入効果に関する研

究」を引用しています

ARC white paper cites study by Industrial Systems and Control Ltd.

(ISC) titled “Control in the Field: Analysis of Performance Benefits”

– ISCはフィールドバスのフィールド制御の効果について研究しています

ISC is conducting a series of studies on the benefits of

CIF with fieldbus

– 今回のシミュレーションは「フィールドバスによるフィールド制御」と「ホスト

システム(DCS)で制御するフィールドバスシステム」の違いを試験しました

Simulations examined differences in timing and sequencing associated

with control in the field with a fieldbus system vs. a fieldbus system

employing control in the host (DCS)

– 忠実なシミュレーションにより制御性能を決める典型的な制御周期とサン

プル周期が確立されました

High-fidelity simulations established typical latencies and sample rates

limiting control performance

(66)

第三者機関による評価結果

_{Third-Party Evaluation}

– シミュレーション

は、3つの異なる収集周期と遅れの組み合わせにより

PI制御を行いました

Simulations included a discrete-time PI controller, with 3 different

combinations of sample rate and delay

– 各種のプロセス特性のループを評価

Range of process dynamics were used – from an ideal liquid flow

loop to progressively slower processes with longer deadtimes

– 実プラントデータから作られた外乱を与えて評価

Tests also introduced a deterministic disturbance to the process

derived from actual plant data

– フィールド制御の性能は以下の2種類の測定値により評価しました

Performance of CIF was evaluated based on two primary metrics

:

• ステップ応答と外乱に対する応答速度

Speed of response to setpoint change and step disturbance

• 外乱によるプロセス出力の標準偏差

(67)

第三者機関による評価

Third-Party Evaluation

– ISCはフィールド制御とDCSとの比較のため、同一の安定性を持つ

ように調整したPIDループを使用しました

ISC used a PID loop tuned to the same point of closed-loop

stability to allow for its comparison of CIF vs. DCS

– 以下の条件で試験を実施しました

Specific test cases included:

• フィールド制御

Ideal control in the field

• DCSで制御（フィールドバスのマクロサイクルと同期）

Fast control in the DCS (synchronous with the

fieldbus macrocycle)

• DCSで制御（フィールドバスのマクロサイクルと非同期）

Fast control in the DCS (asynchronous with the

fieldbus macrocycle)

– 様々なプロセス条件下で試験を実施

(68)

テスト結果

Test Results

– 高速プロセスのアプリケーションでは、DCSよりフィールド制御の方

が制御特性を改善できる

ISC found that in typical fast process applications, control in the

field can provide improved performance over control implemented

in the DCS

– フィールド制御は中高速のプロセスにおけるステップ応答と外乱に対

する安定性に優れている

CIF offered the best performance in both step response and

disturbance rejection in very fast and medium-speed processes

– ステップ応答では10-30%の応答時間の改善、外乱の安定性では

20％の静定時間改善

Improvements in response time of 10-30% were recorded, in

addition to improvements in disturbance rejection of up to 20%

(69)

テスト結果

（続き）

Test Results (Cont’d)

• ステップ応答

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

48

50

52

54

56

58

60

62 Time (s e c onds )

P

roc

e

s

O

u

tput

(

%

)

S etpoint

Cas e 1 - CIF

Cas e 2 - Control in DCS (s ync )

Cas e 3 - Control in DCS (a s ync )

(70)

テスト結果

（続き）

Test Results (Cont’d)

(71)

適用例　紙パルプ

Typical Applications – Pulp and Paper

– 製紙工場のウェットエンド工程（抄紙工程の上流工程）の流量ループは

製品の品質を変える時、様々な外乱により影響を受ける

In the wet end of paper manufacturing, flow loops are subject to

various disturbances, such as those involved when undergoing a

grade change

– ウェットエンドのﾙｰﾌﾟは抄紙機（ドライエンド）の主制御ループの外乱最

小化に大きな影響がある

Wet-end loops have an impact on minimizing disturbances of the

main control loops of the paper machine itself

– 抄紙機のループはむだ時間が長く、応答速度が限られている

Paper machine loops have long deadtimes and thus have a limited

ability to respond

– ウェットエンド工程にフィールド制御を適用することにより、ドライエンド

のばらつきを減少することができる

Using CIP in the wet end of the process can reduce process

variability in the dry end

(72)

適応例　発電

Typical Applications – Power Generation

– 圧力および流量制御はプラントの総合性能に影響し結果的に負荷

変動への応答速度を決めることになる

Pressure and flow loops affect overall power plant performance

and can determine speed of response to load changes

– 非常に複雑な制御ループがあり、いろいろなプロセスに対応するた

めに微調整されている

Some control algorithms are highly complex and adapted to cope

with a wide range of processes

– フィールド制御は蒸気温度ループと蒸気・供給水の圧力ループ、更

にガスタービンの燃料供給制御に性能改善をもたらす

CIF offers performance advantages for steam temperature and

steam/feedwater pressure loops, as well as control of fuel supply

for gas turbines

– ボイラ燃焼制御でも応答速度向上が役に立つ可能性がある

Control of firing boilers can also benefit from increased speed of

response

(73)

適応例　コンプレッサ制御

Typical Applications – Compressor Control

– コンプレッサをサージライン付近で運転することで経済的メリットが得

られ信頼性と安全性も改善する

Operating compressors close to the surge line provides economic

benefits, and improves reliability and safety

– 安全マージンはアンチサージ圧力制御装置に加わる外乱とそれに対

する応答速度で決まる

Margin of safety is directly related disturbances experienced by

the anti-surge pressure controller, and the speed at which it can

respond

– フィールド制御は専用のコンプレッサ制御装置の持つパフォーマンス

に匹敵する可能性がある

Control in the field has the potential to match the performance of

dedicated compressor controls

– コンプレッサのアンチサージ制御に関してフィールド制御は325ms～

FOUNDATIONフィールドバスの最新技術紹介

Fieldbus Foundation™

Freedom to choose. Power to integrate

F

OUNDATION

TM

フィールドバスの

最新技術紹介

笹嶋 久

NPO法人日本フィールドバス協会 理事長

フィールドバス協会 アジア太平洋地区運営VP

2009年11月20日

計測展2009 TOKYO テクニカルセミナ―

本日の説明内容



日本フィールドバス協会の新体制



アジア太平洋地区の普及活動



フィールドバス概要



最新技術情報

z

技術開発

z

相互運用性改善



フィールド制御（Control in the Field）のビジネス

フィールドバス協会

Fieldbus Foundation Organization

今年創立15周年

H. Sasajima

Vice President

Asia-Pacific

End

User

Council

Office Staff

(Austin, Texas)

Office Staff

(Austin, Texas)

EMEA Marketing

Committees

EMEA Marketing

Committees

ABB

DuPont

ExxonMobil

Emerson

Fuji

Honeywell

Invensys

Pepperl+Fuchs

Rockwell

Automation

Schneider Electric

Siemens

Yamatake

Yokogawa

Members

General Assembly

Members

General Assembly

Board of Directors

Board of Directors

President

President

SIF

SIF

Diagnostic

Profile

Diagnostic

Profile

SIM Team

（HOST Test)

SIM Team

（HOST Test)

End User Councils

Americas

Americas

笹嶋　久

NPO法人日本フィールドバス協会　理事長

フィールドバス協会　アジア太平洋地区運営VP　

計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナ―