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 )
ISA100 Wireless の海外導入事例 2
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 PFHD( 高頻度作動要求モード ) PFHD( 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 *PFHD(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テムが 1 時間の間に危険側故障を起こす平均確率 などデバイスに起こりうる Failure などを特定するため 3
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 4
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 ) Controller PROFIsafe Gateway Field device PROFINET PROFINET GSAP PROFIsafe UDP/IP UDP/IP ISA100.11a ISA100.11a * 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 による安全関連通信はコントローラーと GS01 間のみ有効のため PROFIsafe 実装は不要です 5
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 6
GS01 無線伝送 :NON-SIL Controller Gateway GS01 N N+1 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 N Gas 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 7
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 8
NON-SIL/SIL システム構成 PROFIsafe on PROFINET Non-SIL SIL SIL2 controller with PROFINET Modbus Ethernet/Modbus Wired PROFINET GW Any ISA100 compliant gateway GW Any ISA100 compliant gateway with PROFINET Regular ISA100.11a at 2.4 GHz PROFIsafe on ISA100.11a at 2.4 GHz 9
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 ユーザ顧客 プロジェクト種類 アプリケーション 適用範囲 SIL or Non SIL ソリューション 主なチャレンジ Statoil/ Kalundborg Refinery (Denmark): ONSHORE スタットオイル社 カロンボー製油所 ( デンマーク ) 拡張プロジェクト マルチプロセスエリア コントローラー : シーメンス S7 ケ ートウェイ / アクセスホ 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 ) SIL2 ターンキーソリューション 大規模フィールド パイプジャングル 閉鎖空間 プロジェクト総括!!! のちほど!!! 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事例紹介 340m * フェーズ 1: 青 / 水色 / 緑 * フェーズ 2: 赤 * フェーズ 3: 茶 / 紫 540m 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 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 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 HMI( コントロールディスプレイ ) アクセスポイント冗長化 GS01-EA( リモートアンテナ ) GS01 標準品 13
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 14
工業用無線比較 ISA100 Wireless v.s. WirelessHART 物理層 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 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 250kbps 出力 (Power) 10dBm(10mW)*1 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 ートウェイ / ハ ックホ ーンルータ分離型一体型 一体型 セキュリティ AES 128bit 暗号方式 AES 128bit 暗号方式 *1 日本国内の場合 *2 各ベンダ および使用環境条件に依存 15
工業用無線比較 ISA100 Wireless v.s. WirelessHART データリンク層 ISA100 Wireless TDMA CSMA/CA チャンネル ホッピング Time Slot= 10msec( 変更可能 ) WirelessHART TDMA チャンネル ホッピング Time Slot = 10msec 固定 ネットワークトラフィック アプリケーション層 [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 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 ) 機器固有アドレス IPv6 HART Address SIL PROFIsafeon PROFINET 非対応 空いているバンドをランダムに使用 HART7 有線 HART プロトコルをそのまま拡張 16
工業用無線比較 17
工業用無線比較 約 2m 約 2m 18
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 ( 法律 ) が存在する (e.x. 高圧ガス保安法 ) ガス検知器の繰り返し精度の重要性 安全機器であること (SIL 対応が可能 ) 19
ご清聴ありがとうございました 18