Беспроводные преобразователи ( датчики ...yoko.kip-postavka.ru/GS/Wireless_ISA100ru.pdf · 2017. 4. 6. · Modbus/TCP и/ф и/фOPC GSGW HIM

confidentialRev.0 A90-TCS-355Copyright © Yokogawa Electric CorporationField Instruments BU, December, 2010

Беспроводные контрольно-измерительные приборы

2confidential

Rev.0 A90-TCS-355Copyright © Yokogawa Electric CorporationField Instruments BU, December, 2010

Повестка дня

Что представляют собой беспроводныеконтрольно-измерительные приборы (КИП)?

Стандарт ISA100.11a, свойства ипреимущества

Решения по беспроводным приборам КИПот компании Yokogawa

Применения

3confidential



Что представляют собой беспроводныеконтрольно-измерительные приборы(КИП)?


Решения по беспроводным приборамКИП от компании Yokogawa


4confidential


HIS

FCS

ЛВС

PRM

WiFi

БеспроводнойКИП

GW

GW

GW

GW: ШлюзGW

GW

ЧМИ

FIO

FF-H1

4-20 мАHART

GW GWGW

Поле / Площадка

Информационнаясеть

Операторная

Управляющаясеть

Полевая сеть

Положение беспроводных приборов КИП

Распределитель

HIS = Станция ОператораFCS = Станция УправленияPRM = Менеджер Ресурсов КИПGW = ШлюзFIO = в/в КИП

5confidential


Соединение с главной системой

FCS

Интегрированный шлюзбеспроводного КИП

Управляющаясеть

Полевая сеть

Пакет связи YFGW (для ALE111) ＜

LFS2753＞

HIM

Инструментарий управлениябеспроводным КИП

Сервер OPC беспроводного

КИП

Информационнаясистема

L3SW

Modbus/TCP и/ф

и/ф OPC

GSGW

HIM = Станция ОператораFCS = Станция УправленияL3SW= Переключатель уровня 3GSGW = Групповой шлюз

подсистемы

6confidential


Конфигурация беспроводной сети

Беспроводное решение включает в себя Беспроводнойдатчик-преобразователь и Шлюз.

ШлюзОсуществляет двустороннюю связь беспроводных датчиковКИП и системы верхнего уровня.

Шлюз

7confidential


Преимущества беспроводного решения

Ожидаемыепреимуществапользователя

Отсутствиесигнальных

проводов

Отсутствиепроводовпитания

Трудные дляподключения

площадки

Стоимостьподключенияне оправданаМодернизациясуществующих

установок

Временнаяустановка

Источники питанияне доступны

Свойствабеспроводных

приборов

Примерыприменения

Сокращениеобслуж. персонала

на площадке

Повышениебезопасности

Повышениепроизводительность

Снижение стоимоститехобслуживания

Снижение стоимостиустановки

8confidential







9confidential


Первые в мире беспроводные устройства КИП постандарту ISA100.11a

… разработаны первые в мире беспроводные устройства КИП на базестандарта промышленной беспроводной связи ISA100/11a*1

.. встроенный беспроводной шлюз *2

10confidential


Семейство беспроводных приборов

EJX110BEJX110B/EJX430B/EJX310B/EJX430B/EJX310BДатчикДатчик дифференциальногодифференциальногодавлениядавления EEJJX210B X210B

ДатчикДатчик дифференциальногодифференциальногоддавленияавления сс монтажоммонтажом нана фланцыфланцы

YTA510YTA510ДатчикДатчиктемпературытемпературы

YFGW710YFGW710ВстроенныйВстроенный шлюзшлюзбеспроводногобеспроводного КИПКИП

EJX118BEJX118BДатчикДатчик дифференциальногодифференциального давлениядавлениясс разделительнойразделительной диафрагмойдиафрагмой

EJX510BEJX510BДатчикДатчик абсолютногоабсолютного ииизбыточногоизбыточного давлениядавления

11confidential


Почему был выбран стандарт ISA100.11a?

Стандарт для конечногопользователя

– Интеграция в процесс управленияоборудованием КИП

• Совместимость с другимибеспроводными системами

• Высокая безопасность

Не ограничен только контролем(мониторингом)

– Позволяет использовать различныетипологии сетей (не только тип«сеть»)

– Охватывает классификациюиспользования по Классу 1 для времениотклика

Масштабируемость ицелостность для всегопредприятия

– Управление по различнымпротоколам

– Совместимость устройствразличных производителей

ISA100

WiHART

42% Пользователи33%

Производители

25% Другие

Безопасность Класс 0 Аварийные действия

Класс 1 Рег. управлен замкнутого контура

Класс 2 Контроль управлен. замкн. контур

Класс 3 Управление открытого контура

Класс 4 Уведом. сигнал./предупреждения

Класс 5 Регистрация данныхМониторинг

Управление

12confidential


ISA100.11a ISA100.11a вв работеработе -- ArkemaArkema Inc., Crosby, Inc., Crosby, ТехасТехас, , СШАСША

Испытания беспроводных приборов

На заводе ARKEMA в Кросби, штат Техас была проведенапроверка совместимости устройств различных производителей.

Участники: Yokogawa, Honeywell, Nivis, Access, Gastronics, Wilson MohrПрименение: Датчик давления на резервуаре с водой, температурныйконтроль в холодильнике, датчик уровня резервуара, и газовый датчик.

Эксперимент начался 19 сентября, 2009.

13confidential


Совместимость с другими беспроводными сетями

2010/03/25 Page13

Отсутствие помех при использовании с другими беспроводнымиустройствамиСкорость передачи 250 Кб/с в частотном диапазоне 2,4 ГГц.

Черный список

Черный список

Выделено 16 каналов вдиапазоне от 2405 МГц до2485 МГц

Исключение каналовшумового диапазона

(Black Listing)

IEEE802.15.4

14confidential


Защита данных в линиипередачи по стандарту ISA100

Радио защита ; 128 битовый AES

113 ISA100.11a のセキュリティ 14113 ISA100.11a のセキュリティ 14

Подготовка устройства для подсоединения к сети– Подключение к системе осуществляется с использованием специальных

кодов доступа.– Защита, основанная на Улучшенном Стандарте Шифрования (AES).

Утечка информации«Взлом» системы

Фальсификация данных

Кибер атака

Несанкциони

рованны

й

доступ

Защита данных в линии передачи для ISA100

AES;Система аутентификации скриптографическималгоритмом, использующимуникальные и зависящие отвремени коды доступа

15confidential


Сетевая топология

Топология типа «Звезда» Топология типа «Сеть»

- Прямое соединение со шлюзом- Низкое энергопотреблениe- Высокая скорость передачи данных

2 сетевыхсегмента

- Связь через сетевые сегменты(транзитные участки)- Скорость передачи данных ниже- Сбор данных диагностики- Многоуровневая система срезервированием

1 сетевойсегмент

Гибкий подход для индивидуального применения

16confidential


Сильные стороны компании Yokogawa

ТопологияТопология

Транзитный участок (сетевойсегмент): Кол-во маршрутов дляосуществления связи (передачиданных) от датчиков к шлюзу пократчайшему пути

1 транзитныйучасток

Детерминированный путь связи,Малое запаздывание, долгий срок службы батарейПростота техобслуживания и простота устранениянеисправностей

Максимум 2 транзитных участкадля покрытия расстоянияпередачи или для связи соскрытым датчиком

2транзитных

участка

2 транзитныхучастка

17confidential


Магистраль

Топология «звезда» с резервированием

Маршрутизатормагистрали

Подходящая топология для “Управления”

Станет доступна в ближайшем будущем

18confidential


Масштабируемость беспроводной сети

BBR

BBRBBR BBR BBR

GW Расширяемость

Магистраль

GW: ШлюзBBR: Маршрутизатор магистрали

19confidential


Таблица сравнения стандартов ISA100 и WiHART

ISA100 WirelessHART

Масштабируемость Для всего предприятия Локальная

Протокол Гибкий Не гибкийМногопротокольный только протокол Hart

Применение от Мониторинга Мониторингдо Управления

Другие сетевые Общепринятые Не рассматриваютсяподключения Стандарты (WG15)

Надежность Фиксированная маршрути- Самоорганизациязация и самоорганизация

20confidential







21confidential


Связь на большем расстоянии– Надежная беспроводная сеть с меньшим числом устройств

Надежная устойчивость связи– Стабильность работы в зонах с ограничением прямой

видимости– Надежность в совместимости с WiFiМалое время обновления– До одной секундыУникальное решение для батарейного блока– Батареи с длительным сроком службы– Замечательное удобство обслуживания

Построение беспроводного будущегоБеспроводной КИП

22confidential


Ключевая технология Беспроводного КИП; Чувствительность приемника

Технология ISA100 позволяет применять приемники с более высокойчувствительностью обеспечивать связь на большем расстоянии а такженадежность и стабильность связи

Открытое пространство

Устойчиваясвязь

Неустойчиваясвязь

Приемники с низкойчувствительностью не могут работатьна большом расстоянииШлюз

с Препятствиями

Расстояние

Объектыотражения

При низкой чувствительностивозникают помехи за счет

отраженного сигнала

Мощностьсигнала

Низкаячувствительность

Высокаячувствительность

Шлюз

Устойчиваясвязь

Неустойчиваясвязь

Связь на большем расстоянии

– Беспроводной КИП от компанииYokogawa (FieldWireless) обеспечивает прямую связь нарасстоянии 600 м безиспользования ретрансляторов взоне прямой видимости.

– Сила радиосигнала зависит отрасстояния до датчика.

Надежность и стабильность связи

– Препятствия на пути сигнала (например, нагромождение труб) отражают радиосигнал, при этом образуются пики и провалы мощностирадиосигнала за счет наложения отраженногосигнала.

– Связь с приемником с низкойчувствительностью становится неустойчивойдаже на коротком расстоянии.

Расстояние

Мощностьсигнала

Низкаячувствительность

Высокаячувствительность

23confidential


Связь на большом расстоянии

ISA100 покрывает большую площадь по сравнению с WiHART.– Расстояние связи (передачи данных) в ISA100 в 3 раза больше

по сравнению с WiHART.

Расстояние [м]

Част

ота

ошиб

ки

*Оба проверяемых устройства для WiHART иISA100 производства компании Yokogawa

24confidential


Надежность линии беспроводной связи

Частота ошибкив пакете

Передача данных по стандарту ISA100 осуществляется быстреепо сравнению с WiHART при меньшем энергопотреблении.

Экранированное помещение

Конфигурация испытаний

1 кан.: Текст. данные5 кан.: Звук.импульс10 кан.: Web камера

WiFi

ISA100 илиWiHART

Частотный спектр WiFi

31%

5,5%

WiHARTISA100Канал установки

«Черного Списка»

В 5,6 раза

Источник шума: оборудование WiFi

*Оба проверяемых устройства для WiHARTи ISA100 производства компании Yokogawa

25confidential


Более высокая скорость контроля (мониторинга)

EJXEJX

YTAYTA

Время обновления

1 с.

5 с.

10 с.

1 с.

10 с.

30 с.

Более 6 месяцев

Более 2 лет

Более 4 лет

Более 1 года

Более 6 лет

Более 10 лет

1 2 3 4 5 6 7 8(года)Время обновления

Условия при 23 град.C/73 град.F

9 10

60 с.Более 10 лет

Малое время обновления!

5 с. Более 4 лет

26confidential


Конфигурация беспроводной сети

Макс. 10 блоков1 секунда

Макс. 20 блоков2 секунды



Количествоустройств

Времяобновления

Макс. 50 блоков5 секунд<

27confidential


Ключевые технологии; Уникальные решения дляблока батарей

Использование батарей с большим сроком службы– Сверхнизкое потребление тока– Литиевые тионил-хлоридные батареи размера D обеспечивают

работу беспроводной связи с течение нескольких лет.

Замечательные удобства эксплуатации– Уникальный отсек и блок батарей

• Эффективная замена батарей на рабочих позициях даже в пределахопасной зоны.

– Минимизированы отходы и стоимость

Использование запатентованной технологии!

Широко доступныедешевые батареи

Специальное решение дляиспользования во

взрывоопасных зонах

Батарейный блок можетустанавливаться в прибор

прямо в опасной зоне

Взрывоопасная (EX) зона

Замена батарей в безопасной зоне

28confidential


Температурный диапазонДатчик давления EJX Датчик температуры YTA

Влияние температуры на батареи(Внутренний выборочный контроль)

НОРМАЛЬНЫЕ РАБОЧИЕ УСЛОВИЯ(Дополнительные свойства кодов утверждения могут повлиятьна ограничения)

Температура окружающей средыОт -40 до 85°C (от -40 до 185°F)От -30 до 80°C (от -22 до 178°F) видимый

диапазон ЖКДТемпература технологического процесса

От -40 до 120°C (от -40 до 248°F)- За исключением капсулы L в EJX310B

От -40 до 100°C (от -40 до 212°F)- Для капсулы L в EJX310B

НОРМАЛЬНЫЕ РАБОЧИЕ УСЛОВИЯ(Дополнительные свойства кодов утверждения могут повлиятьна ограничения)

Температура окружающей средыОт -40 до 85°C (от -40 до 185°F)От -30 до 80°C (от -22 до 178°F) видимый

диапазон ЖКДТемпература технологического процесса

От -40 до 120°C (от -40 до 248°F)- За исключением капсулы L в EJX310B

От -40 до 100°C (от -40 до 212°F)- Для капсулы L в EJX310B

МОДЕЛЬ TL-5930Международный размер для справки: D, ER32L615

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ(Типичные значения @+25°C для батарей, хранящихся не более 1 года)

Номинальная емкость @ 4 мА, до 2 В 19 АчНоминальное напряжение 3,6 ВМакс. рекомендуемый непрерывный ток 230 мАМакс. возможности тока импульса 500 мАВес 93 г.Объем 51 куб.смДиапазон рабочих температур от -55 до +85°CСодержимое металла Li прибл. 5 г.

-0,32-93211,9-1,15-7,8779,385

0,4111,23094,61,549,8728,670

0,7318,52902,33,0116,7633,123

0,5612,52545,23,0415562,6-40

Срокслужбы[года]

Емкостьбатарей

[А/Ч]

Потребление тока

[uA]

Срокслужбы[года]

Емкостьбатарей

[А/Ч]

Потребление тока

[uA]

Темп[град.С]

Время обновления 1 сВремя обновления 5 с

Режим в/в

29confidential







30confidential


Применение 1. Угольный бункер, Япония

Применение; Мониторинг температуры в угольном бункере– Температурный контроль требуется для предотвращения опасности возникновения

пожара под действием ветра.– Точка измерения может находиться на расстоянии до 600 м от операторной.

Проблемы;– Точка измерения датчика температуры постоянно меняется, так как форма угольной

массы в бункере меняется при изменении количества запаса.

Решение для беспроводного КИП;– Гибкое измерение температуры с использованием беспроводной системы;

• Система наблюдения; Шлюз (GW) x1, Датчик (YTA) x3, Ретранслятор (YTA) x1– Подтверждена связь на расстояние макс. 600 м без ретранслятора.– Ошибка передачи данных составляет менее 2%.

Преимущества беспроводного КИП; – Большее расстояние связи– Меньше устройств для беспроводной системы– Надежная связь с меньшей частотой

ошибки передачи данных.

Макс. 600 м

Угольная масса

Повторитель

Шлюз

Удлиненная антенна

31confidential


Применение 4. НПЗ /завод по производству удобрений, Малайзия

Вышка Вышка

РетрансляторРетранслятор

ОператорнаяШлюз

ДатчикиПриблизительно 300 м

Применение; Контроль температуры и давления– Замена индикаторов давления и температуры.– В существующей системе, датчики работают автономно и не имеют связи.

Проблемы;– Ручное считывание показаний измерителя давления и температуры путем ежедневного

обхода, и сообщение этих данных по телефону. – Заказчик хочет заменить измерения с автономных (off-line) на оперативные (on-line).– Высокая стоимость кабеля для проводного подключения датчика на большом

предприятии (максимум 300 м).

Решение с использованием беспроводных КИП; – Беспроводной контроль давления и температуры

(Временная установка для проверки связи)• - Шлюз (GW) с 3 м кабелем удлиняющей антенны x1 ; на крыше операторной

- Датчик (YTA и EJX) x 8 - Ретрансляторы x2 ; на вышке высотой около 40 м.

(Один ретранслятор связан с 4 датчиками).– Максимальное расстояние между шлюзом (GW) и Датчиком

составляет приблизительно 300 м.– Подтверждена очень высококачественная

беспроводная связь через ретранслятор.

Преимущества беспроводной связи;– Исключаются затраты на проводное подключение.– Исключаются затраты на обход и техобслуживание.– Большее расстояние связи по сравнению с WirelessHART.– Надежная связь с меньшей частотой ошибки передачи данных.

32confidential


Приложение 7. Химический завод , Индия

Применение; Мониторинг температуры в парке резервуаров– Контроль температуры в парке резервуаров, расположенном на расстоянии около

400 м от офиса.– Много машин и грузовиков проезжают или паркуются на дороге между офисом и

парком резервуаров.

Проблема;– Машины и грузовики нарушают путь радиосигналов, и делают беспроводную связь

нестабильной.

Решение беспроводного КИП; – Беспроводное измерение температуры

• Шлюз (GW)x1, Датчик (YTA) x1, Ретранслятор x2 : • 2 ретранслятора для резервирования

– Удлиненная антенна для устранения влияния препятствийдля увеличения чувствительности беспроводной системы и повышения качествасвязи.(При низкой высоте антеннысвязь была неустойчивой.)

Преимущества беспроводногоКИП;

– Большее расстояние связи для ISA100– Надежная связь с меньшей

частотой ошибки передачи данных.

Повторитель(x2 для резервированности)

Шлюз

400 м

Офис

YTA Парки резервуаров

Удлиненная антенна для повышения качествабеспроводной связи

33confidential


Второй этап ( 2011 )

BBR (Повторитель)Дешевле, Автономный тип, Внешний источник питания

■Новая линейкаприборов

MPX( Беспроводной

температурный MPX )Возможно несколько входов

出典：デザイン企画センター

・Внешний источник питания・Удаленная антенна

Простой в установке«Маленький и легкий»

Использ. солнечной энергии«Малый расход мощности»

ISA100+ Беспроводная ЛВС«Все в одном»

Батарея

Солнечнаяпанель

БеспроводнаяЛВС

Вес 2 кг.Рассеиваниемощности 1 Вт

Внешний источникпитания

34confidential


Page 34

Благодарим завнимание!

Documents

Беспроводные преобразователи ( датчики ...yoko.kip-postavka.ru/GS/Wireless_ISA100ru.pdf · 2017. 4. 6. · Modbus/TCP и/ф и/фOPC GSGW HIM