ISA100 Wireless

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しげのぶかりこめ
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1 IoT でご安全に!! ~ISA100 Wireless で変わる現場のリスク管理 ~ 工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 2016 年 12 月 9 日 ( 金 ) ISA100WCI 支部長長谷川敏

各産業のビジネスや産業構造そのものを大きく変革する可能性を秘めている総務省経済効果

2 IoT モノのインターネットの時代がやってくる IoTは情報の収集蓄積解析反映応用のあらゆる面において革新をもたらすことからビッグデータの活用を具現化するとともに各産業のビジネスや産業構造そのものを大きく変革する可能性を秘めている総務省経済効果 2020年時点で約33兆円と推定 IoTで社会の課題を解決出典平成28年版情報通信白書総務省 2016年12月9日工業用無線規格ISA100 Wirelessユーザセミナ 2

3 今日の素材産業の課題は保安力の強化産業安全と事故防止製造設備の高経年化現場設備の故障漏洩事故の多発技術伝承の問題現場保安力の強化プラントの状態把握現場の監視強化計装系の可観測性の向上ヒヤリハットの防止トラブルの先回り現場作業支援強化地震等への対処計器室内での対応操作の意思決定に十分な情報が得られること 2016年12月9日工業用無線規格ISA100 Wirelessユーザセミナ 3

工場のスマート化標準化技術製品群無線センサネットワーク IEC 62734 - 高信頼ネットワーク -

ソリューション経済価値温度センサリモート常時監視安全操業圧力センサガス漏れ検知環境保全

蒸気漏れ診断危険作業削減スチームトラップ監視腐食検知生産効率向上経済産業省の商務流通保安グループ

4 IoTでご安全に!! ISA100 Wirelessで現場の見える化とリスク管理高経年化設備の保安 IoT ビッグデータ導入工場のスマート化標準化技術製品群無線センサネットワーク IEC 高信頼ネットワーク - 強固なセキュリティ - ネットワーク拡張性 - 時間確定応答 - IPベース - マルチプロトコル対応ソリューション経済価値温度センサリモート常時監視安全操業圧力センサガス漏れ検知環境保全レベルセンサ機器の予兆診断保全コスト削減ガス検知器配管つまり診断工事コスト削減振動センサ蒸気漏れ診断危険作業削減スチームトラップ監視腐食検知生産効率向上経済産業省の商務流通保安グループ緊急遮断弁操作予知保全製品品質向上腐食センサエネルギー監視自主保安力向上 2016年12月9日工業用無線規格ISA100 Wirelessユーザセミナ 4 バルブ開度計 IoT ビッグデータ等を活用した産業保安のスマート化

トラブルシュート安全管理 - 計装系の可観測性強化 - 危険ガス漏れ検知期待効果生産性の向上 - 運転効率の最大化 - 保全効率の向上運転保全コスト削減 -

5 産業分野における IoT の応用と期待効果 IoT 関連技術部品の小型軽量化機器のインテリジェント化無線センサネットワーククラウドコンピューティングビッグデータ解析人工知能 (AI) スマート端末拡張現実 (AR) 素材産業への応用操業効率向上 -エネルギー管理 - 設備管理保全管理 - 予知診断 : 設備保全 - 故障の特定 : トラブルシュート安全管理 - 計装系の可観測性強化 - 危険ガス漏れ検知期待効果生産性の向上 - 運転効率の最大化 - 保全効率の向上運転保全コスト削減 - 現場巡回作業の低減 - 運転コストの低減プラントの安全操業 - 現場保安力の強化 - 計画外シャットダウンの防止 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 5

6 産業保安に適用する IoT 用無線の要件産業保安の管理対象運転管理 : プロセスの状態監視適応先 : 温度 / 圧力 / 流量 / レベル /etc. 特徴 : 定周期データ更新ミッションクリティカル設備管理 : 予知予防保全適用先 : 振動 / 腐食 / スチームトラップ / 温度 /etc. 特徴 : 広域監視大量データ多点データ保安管理 : 災害防止災害拡大の抑制適用先 : ガス検知 / 地震津波警報 / 緊急遮断弁操作特徴 : 法令遵守高速応答時間確定型通信無線センサネットワークの要件信頼性の高い無線通信信頼性と堅牢性の確保高信頼無線技術 / フォールトトレラントシステムプラント全体をカバー大規模ネットワークの実現長距離通信 / 拡張性と柔軟性を備えたネットワーク緊急動作用の高速応答時間確定型応答の実現低伝送遅延 / 高速更新周期産業保安用途の IoT はミッションクリティカルな監視安全用途と大量多点データを扱う設備診断の要件を同時に満足するための高い信頼性と柔軟性を備えた無線システムが求められます 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 6

7 ISA100 Wireless (IEC 62734) 標準化技術ユーザと一緒に作った高い信頼性と柔軟性を備えた無線通信規格ユーザーの声オートメーションベンダソリューション提供標準仕様開発デバイスの相互運用性確保の認証試験実施マルチベンダ無線ネットワーク環境を提供実装応用開発 ISA100.11a はユーザーのためにグローバルのエキスパートが協力して開発した規格 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 7

8 無線計装システムにおける ISA100 の構成例インターネットインフォメーションネットワーク HMI 無線マネジメントツールコントロールネットワーク DCS L3SW ゲートウェイフィールドネットワークアクセスポイント FF-H1 HART 4-20mA ISA100 Wireless 無線計器 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 8

9 なぜ IoT に ISA100 Wireless? 大規模ネットワーク対応 Wi-Fi, Bluetooth, ISA100 Wireless の比較 Wi-Fi (IEEE b) Bluetooth (IEEE ) 周波数 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz バッテリ寿命 Hours Days Years ISA100 Wireless (IEEE ) ノード数 / アクセスポイント ,535 (16bit) 通信距離 ~100m ~10m ~600m ( 標準アンテナ ) 通信距離延長ローミング可能不可可能通信スピード 11Mbps 1Mbps 250kbps トポロジースタースタースターメッシュハイブリッドセキュリティ ( 暗号方式 ) SSID, WEP 64bit, 128bit AES-128 冗長化 ( 経路 /GW) なしなしあり衝突回避方法 CSMA (Listen Before Talk) Ver. 1.1: FHSS Ver. 1.2: AFH TDMA (Backchannel) CSMA (LBT) 使用用途無線 LAN モバイルカメラバックボーンウェアラブル端末音声通話センサーネットワークプロセス設備監視 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 9

10 ISA100 Wireless の特徴項目 ISA100 Wireless (IEC 規格 ) の特徴と仕様規格の特徴電波ネットワークセキュリティアプリケーション工業用無線システムユーザとベンダが一緒に開発した仕様 ISA100WCI による相互運用性確保 IEEE 規格準拠 2.4GHz 帯伝搬距離 : 約 600m( 見通し距離 ) IPv6 アドレス (IP ベース技術 ) メッシュ / スター / ハイブリッドチャネルホッピング (Black-listing) TDMA /CSMA 通信モードバックボーンネットワークアクセスポイント二重化 (Duocast) 暗号化 (AES128 ブロック暗号方式 ) Join key, Network ID, Master key 定期的な暗号鍵更新の仕組みプロセス監視設備監視用途に加えガス検知器 (SIL2 認証 ) などの安全監視用途にも適用されているコンセンサスベースのデジュール国際標準規格ユーザの要件を満足した規格マルチベンダ環境の提供グローバルで使用可能長距離通信のため中継器台数を削減可能将来性 ( IoT Ready) ネットワーク構成の柔軟性 Wi-Fi との共存管理が可能時間確定型通信 / 大量データ伝送大規模ネットワークに対応可能な拡張性高い信頼性と可用性高い秘匿性でデータを保護 ( 傍受防止 ) デバイス認証で NW 侵入防止 ( 改ざん防止 ) 強固なセキュリティ多用なアプリケーションに対応既存有線プロトコルのデータ伝送も可能 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 10

PER-a = 15% Path-B: PER-b = 15% Duocast の場合の論理的な PER は PER = PER-a * PER-b = 15% * 15 % = 2.

11 信頼性向上のしくみ :Duocast と再送 ( リトライ ) Duocast とは無線計器が 2 台のアクセスポイントに同時にデータを送信する二重化の仕組み Duocast の論理的な PER( パケットエラー率 ) : PER = PER-a * PER-b アクセスポイント 1 Path-A - PER-a: 通信路 (Path-A) のパケットエラー率 - PER-b: 通信路 (Path-B) のパケットエラー率 Ack 1 送信パケット TX Packet Ack 2 アクセスポイント 2 Path-B 例 : 通信路 A と B のパケットエラーを 15% と想定する Path-A: PER-a = 15% Path-B: PER-b = 15% Duocast の場合の論理的な PER は PER = PER-a * PER-b = 15% * 15 % = 2.25% 無線伝送器アクセスポイント 1 アクセスポイント 2 無線伝送器 2 回の再送を考慮した場合の PER は PER = PERrty0 * PERrty1 * PERrty2 = 2.25% * 2.25% * 2.25% = % Duocast と 2 回の再送を考慮した場合信頼性 = % 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 11

dustrial wireless router deliver market leading ort

From elps customers unlock ial network at a lower sed

standards sure and ATEX Zone 2 an be mounted directly

EUI-64 ID, マルチベンダソリューション製品群１つのネットワークで多様な機器をつなげる

Honeywell Cosasco, Honeywell アクセスポイント (AP) 圧力/ 流量

Spirax Sarco, Bitherm, Armstrong, TLV 一体型GW/AP レベル振動

Nexcom Datasheet Yokogawa (Adapter), Honeywell GE,

DI/DO, AI, パルスガス検知 Yokogawa Yokogawa, Honeywell アダプタ

) バルブ開度ポジショナ Yokogawa, Honeywell Eltav, Flowserve,

administrator to configure alerts, set advanced

and view command logs, and review network health

Administrators can even add their own custom sensor

Electrical & Mechanical Specs Detail Input Voltage

5W Power over Ethernet (POE) 24V Dimensions 12.4 x 11.

12 dustrial wireless router deliver market leading ort Nivis ISA100.11a or e same platform. From elps customers unlock ial network at a lower sed or legacy wired bilities to make it the nd manage standards sure and ATEX Zone 2 an be mounted directly ovides customers with and comprehensive evice type, EUI-64 ID, マルチベンダソリューション製品群１つのネットワークで多様な機器をつなげるゲートウェイ (GW) 温度腐食 Yokogawa, Honeywell Yokogawa, Honeywell Cosasco, Honeywell アクセスポイント (AP) 圧力/ 流量スチームトラップ Yokogawa, Honeywell Yokogawa, Honeywell Spirax Sarco, Bitherm, Armstrong, TLV 一体型GW/AP レベル振動 Yokogawa, Honeywell, VersaRouter 900 Nivis, Apprion, Nexcom Datasheet Yokogawa (Adapter), Honeywell GE, SKF, Honeywell, Yokogawa (Adapter) GW/AP + レコーダ DI/DO, AI, パルスガス検知 Yokogawa Yokogawa, Honeywell アダプタ (HART, etc.) バルブ開度ポジショナ Yokogawa, Honeywell Eltav, Flowserve, Honeywell The VR900 with the MCS allows the administrator to configure alerts, set advanced parameters, update devices and router firmware, run and view command logs, and review network health status. Administrators can even add their own custom sensor icons! Technical Features cont. Electrical & Mechanical Specs Detail Input Voltage 24VDC Power consumption ~8.5W Power over Ethernet (POE) 24V Dimensions 12.4 x x 2.95 (L x W x H) Enclosure /Dust & Water NEMA 4x and IP67 Temperature Range C Relative Humidity Maximum 95% Certifications Detail GasSecure, Scott Safety, New Cosmos, Riken Keiki ph Yokogawa (Adapter), Honeywell 2016年12月9日工業用無線規格ISA100 Wirelessユーザセミナ 12

13 ISA100 Wireless の適用事例ソリューションプロセス監視 ( 計装系の可観測性強化 : 現場保安力生産効率向上 ) 温度圧力レベル流量 ph 他設備状態監視 ( 故障予知診断 : 保全効率向上計画外シャットダウン防止 ) 振動診断スチームトラップ診断腐食他安全管理警報 ( 健康安全環境保全 : 安心安全安定操業 ) ガス漏えい検知津波警報緊急遮断弁操作他熱交換器の温度監視回転機の振動診断可燃性ガス漏れ検知年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 13

14 現場保安のための無線技術の適用例予知予防保全プロセスの状態監視 : 温度 / 圧力 / 流量 / レベル / etc. 製造設備の状態監視 : 振動 / 腐食 / スチームトラップ / 温度 /etc. 災害回避 / 災害拡大の抑制警報アラーム : ガス漏えい検知 / 津波警報 / セーフティシャワー動作検知緊急遮断 : 緊急遮断弁の遠隔操作作業員の安全確保サイト内の作業員の追尾 / 避難場所への誘導 / etc. 近年注目されている応用分野火災爆発事故津波災害浮き屋根式タンクの火災プラント内の広域全域監視予兆監視と警報安全側にバルブを遠隔操作 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 14

15 ISA100 Wireless 準拠のガス検知器 GasSecure/A Dräger Company ドレーゲルジャパン ( 株 ) 新コスモス電機 ( 株 ) 理研計器 ( 株 ) 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 15

16 津波検知システムシステムの特徴レベル計 +ISA100 Wireless アダプタ (4-20mA or HART) 長距離通信 :600m 中継不要で制御室に警報信号を通知 ( 高速応答 ) Duocast による通信の冗長化 ( 高い信頼性 ) アクセスポイント無線アダプタ計器室レベルメータ防波堤潮位 Tide Level 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 16

浮き屋根式タンク防火システム電磁弁の遠隔操作電磁弁内蔵DI/Oボックス制御ステーション ISA100

バルブ操作までの高速応答バルブ開度リードバックステータスの監視バッテリ寿命 10年データ更新周期 4秒

ることを防止する弁を自動又は遠隔操作で閉鎖できることとその予備動力源を定める Air出力開閉 Limit SW

17 浮き屋根式タンク防火システム電磁弁の遠隔操作電磁弁内蔵DI/Oボックス制御ステーション ISA100 Wireless Limit SW出力開閉 Gateway Access Point DI/DO システムの特徴バルブ操作までの高速応答バルブ開度リードバックステータスの監視バッテリ寿命 10年データ更新周期 4秒消防危第14号に対応要約浮き屋根式タンクの屋根上に地震などで漏れ出した貯蔵物が雨水排水管を通じて流出することを防止する弁を自動又は遠隔操作で閉鎖できることとその予備動力源を定める Air出力開閉 Limit SW 大地震発生による浮き屋根式タンクの火災防止のためにドレイン弁を安全側に遠隔操作 2016年12月9日工業用無線規格ISA100 Wirelessユーザセミナ 17

投資投資と回収初期導入計測器単体の価格は無線機器の方が高額であり GW/PLC 等のインフラデバイスが必要となるが有線機器のケーブル敷設コストと比較すると低価格となる工事コスト計測器設置が必要なのは有線でも無線でも同様

ユーザセミナ @ 名古屋富士石油 ( 株 ) 中田様プラントテストによる無線計装の有効性信頼性の評価回収工事コスト削減経済価値配線設計配線材料費工事費の削減工期工程の削減高所作業の削減による産業事故の防止安全操業

wireless economics 101 環境保全 https://www.isa.

18 投資投資と回収初期導入計測器単体の価格は無線機器の方が高額であり GW/PLC 等のインフラデバイスが必要となるが有線機器のケーブル敷設コストと比較すると低価格となる工事コスト計測器設置が必要なのは有線でも無線でも同様有線の場合にはケーブルおよび関連設備の敷設のための工事期間が必要となるランニングコスト無線の場合には電池交換が発生するが頻度は少ない巡回点検と比較してランニングコストが安い 2015 年 9 月 ISA100Wireless 名古屋富士石油 ( 株 ) 中田様プラントテストによる無線計装の有効性信頼性の評価回収工事コスト削減経済価値配線設計配線材料費工事費の削減工期工程の削減高所作業の削減による産業事故の防止安全操業現場設備プロセスの監視強化による保安力強化生産性稼働率向上現場設備の運転状態の管理強化による安定操業保全コストの削減予兆診断による計画外シャットダウンの削減メンテナンスの平準化と計画的保全出典 :Power plant wireless economics 101 環境保全環境法規制の遵守と企業の社会的責任 (CSR) 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 18

19 まとめ次のステップは? 1) さらに理解を深める 2) 実際に使ってみる 3) 応用先と効果の検討 ISA100WCI では ISA100 Wireless に関する個別の説明会やデモなどを行っています ISA100WCI にお気軽にお問い合わせください IoT でご安全に!! 安全 =リスクが許容範囲内リスク原因の管理ができるリスクの見える化 : プラントの状態把握 IoT ビッグデータ導入 ( 保安力の強化 ) 信頼性と柔軟性のある無線ネットワーク ISA100 Wireless 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 19

20 ご清聴ありがとうございました ISA100.11a A framework for innovation 本文中の名称は各社各協会または標準化団体の商標または登録商標である 2016 年 12 月 9 日工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 20

ISA100 Wireless

IoT でご安全に!! ~ISA100 Wireless で変わる現場のリスク管理 ~ 工業用無線規格 ISA100 Wireless ユーザセミナ 2016 年 7 月 15 日鹿島セントラルホテル ISA100 WCI 日本支部支部長長谷川敏無線計装への期待 2 産業事故の状況経産省産業構造審議会保安分科会 ( 第 6 回 ) 配布資料 http://www.meti.go.jp/committee/sankoushin/hoan/pdf/006_01_00.pdf