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WirelessHART:プロセスエンジニアリングにおけるラジオテクノロジー

一つのリクエストが現実に:

フィールドバステクノロジーの進化に従い、フィールド通信の次の開発ステップは無線テクノロジー関連のソリューションです。ここのところ独占ソリューションも利用可能ですが、無線テクノロジーに対する信頼不足と統合システムの不在から幅広いアプリケーション範囲はまだ開発中です。無線テクノロジーは、'基板を超えて' 利用できますか? もしそうなら、いつできるようになりますか?


まずは、安全に必須のデータとプロセス制御に直接関連するデータの測定価値が伝送されることが確立されなければならず、ケーブル信号伝達における確実性が最も高い方法を代表します。必須の制御アプリケーションにおいては常に、ケーブルが基となるソリューションは無線テクノロジーソリューションよりも好ましいとされています。しかし、工場の建設は、残りの必須でないアプリケーションがケーブルの設置を良しとしない場合、無線テクノロジーの出番となりあす。


どのような状況でケーブルを排除できますか?

中間的な材料を貯蔵する小さなプラントやその流通操作上でのケーブルソリューションは、不要かも知れません。 貯蔵レベルでは装置も導入されて居らず、またそれ故信号フィードバックを必要としないからです。 ケーブルソリューションは、制御システムと工場そのものの間に障害がある場合に経済的な理由で安価となり得ます。 レベル測定は、現在は手動で行われていますが、簡単に無線制御方法に移行できます。ここではリアルタイムの伝送は必要なく、レベル価値が短期間伝送できなくても、工場の操業には差し支えありません。

また、環境モニタリングの面で新しい可能性もあります。1つの例は、Pepperl+Fuchs製CorrTran® MV を使用する腐食測定です。腐食測定は、容器やパイプラインのひじょうに重要なエリアで適用されます。これらの位置は、しばしば極度にアクセスが困難であったり、制御システムから遠かったりします。ワイヤレス CorrTran® MV は、大規模な配線をする事なしに適切に設置可能です。 ここでは、伝送のセキュリティは重要なアプリケーションではなく、腐食はひじょうに遅いプロセスをたどるため、時間的な事は重要要素とはなりません。

別の新しい可能性は、ボールバルブのようなフィールドで作動される作業要素の監視です。以前はそのようなバルブの状態は、従業員によって実行されるパトロールチェックにて視覚的に監視されていました。しかし、ボールバルブ位置のワイヤレス伝送を通じて、状態は随時制御室で把握することができます。工場作業開始前の正しい位置のサイクルのパトロールチェックと確認は、もはや不要になりました。これは、人件費を少し節約できるだけでなく、工場作業開始がより迅速になり、生産率が上がるということです。もちろん、同じことが圧力や温度など手作業で状態をチェックされていたパラメータに当てはまります。

無線伝送はまた、品質管理にも重要なプロセスパラメータの最適化にも利用可能です。これらパラメータは、通常はプロセス制御に対してそれほど重要ではなく、例えば頻繁な製品交換を伴う取付等でたまにしか監視されません。

これらのアプリケーションでは、ワイヤレステクノロジーは、工場の状態についての情報、原材料の流れ、プロセスシーケンスを改善します。シーケンスとプロセス最適化、アセットマネジメントと予防的保守に関する決定の基盤を提供するものです。ワイヤレステクノロジーは、プロセス工場の経済を向上させます。



現存のインフラストラクチャにWirelessHARTを装着可能です


WirelessHART は、新アプリケーションを利用できるようにします

ワイヤレス:既に到来しています

各種サプライヤーは、数年間にわたりワイヤレス接続 を提供してきています。しかしながら、このソリューションは既存の工場に組み込むには高価でした。いくつかの場合では、接続は2点間でのみ、または一方通行でのみ可能です。また、各種製造業者のフィールド機器間の互換性は、これらの製品にはありませんでした。もちろん、ユーザーごとに特別な要件を満たすソリューションは提供されていましたが、かなり高価なものでした。ユーザーは次のような無線システムを求めていました:
  • 便利で使いやすい
  • 標準規格により数多くの製造業者からのものが対応可能
  • 伝送の信頼性とレンジに関してはプロセステクノロジーのニーズを満たす

そんなシステムが、WirelessHARTの形となってHART コミュニケーションファンデーションから発表されました。


WirelessHART – 実現可能

WirelessHARTは、広く使われている HART 規格に則って製作されており、2000万の HART と互換性のあるフィールド機器が存在します。HART は、もともと優れた機能を持つフィールド機器を提供する通常の 4 … 20 mA 電流ループの延長として生み出されました。

HART 進化の次のステップの段階に突入しました。WirelessHART 規格は、2007年9月に発表され、 HART プロトコルに直接基づいていますが、物理的な経路は不要です。Pepperl+Fuchs製 WirelessHART は、WLAN, Bluetooth, ZigBeeなどの複数の無線テクノロジー向け伝送媒体として、ライセンス不要の、世界中で使われている2.4 GHz バンドを使っています。2.4 GHz 周波数のバンドとの干渉を防ぐため、WirelessHART はこの周波数バンド内の未使用のチャンネルの特別の検索を実行し、共通の無線テクノロジーの干渉をチェックし続けます。


テクノロジーの進化

WirelessHART は、フラットメッシュネットワークを使用し、各参加ステーションが信号源とリピータとして同時に役割を果たすネットワークからの全無線ステーションを使用します。オリジナルのトランスミッタが直近にメッセージを送り、ベースステーションと実際のレシーバに届くまで直近がメッセージを送ります。この方法で、ネットワークは広域をカバーします。さらに、代替ルーターが初期段階で設定されています。障害物やレシーバの不良により特定の経路でメッセージが伝送されない場合、メッセージは自動的に代替ルートに送られます。さらに広域なえリアをカバーする際には、信頼性の高い伝送が増強されます。



WirelessHART ネットワークは、代替経路と余剰経路を通じより優れた伝送セキュリティを提供します。

WirelessHARTは、使用頻度の高い証明された HARTと、新しい無線テクノロジー間の共生です– プロセステクノロジーにおいては新しいものです。機器パラメータ用の有名なHART アプリケーションに加え、HART はすでに以下で幅広く使用されています:

  • 機器と環境数値の監視
  • アセットマネジメントと最適化
  • 予防保守
  • パフォーマンスの監視
  • エネルギー管理

これらアプリケーションの利用可能性、伝送経路、および速度等の要件は、無線テクノロジーにより達成可能なパフォーマンス能力によくマッチしたものとなっています。WirelessHARTコンセプトはまた、オープンかつ同時性を以て現存のインフラストラクチャに対し、シームレスな統合を計る事が出来ます。


ただの理論ですか?それとも実現可能なコンセプトですか?

現在、Pepperl+Fuchs は下記の機器を開発中です:

ワイヤレスネットワークを管理し、フィールドバスを通じて制御またはSCADAシステムに接続する WirelessHART ゲートウェイ。フィールド機器の信号は、フィールドバス内の適切なバスプロコトル経由で送受信されます。

通信経路のもう一方を形成するWirelessHART アダプタ。.現存のフィールド機器にはこのアダプタが付いています。3つの異なるバージョンが計画されています:

  • ループ式アダプタは、単純に現在のループにつなげられており、そこから作動のためのエネルギーを取り出しています。現存の配線が、従来の 4-20 mA 信号伝送に使用されています; HART信号 はアダプタによりワイヤレスで送信されます。.以上に加え、設置されたフィールド機器内にてHART の能力を使用するための低リスクな代替です。
  • 電池式アダプタは、電池によりフィールド機器に給電します。パタラメータ化されたインターバルで、フィールド機器は“起動され”、測定値が取り込まれ、フィールド機器はその後スイッチオフされます。自主測定が可能です。選択されたインターバルにより、電池の寿命は数年間もたせることができます。
  • 外部から給電されるバージョンは、フィールド機器とアダプタに必要なエネルギーを入手します。多くの場合、外部給電接続は、フィールドにおいて例えばポンプやバルブに給電するために利用可能です。フィールド機器が接続されていない場合、このバージョンはまたルーターとしても機能することができ、ワイヤレスネットワークの密度を上げ、より長距離通信の橋渡しをします。

纏め

無線テクノロジーは、現存のアプリケーションをよりよく利用させ、以前には不可能であった、新しいコスト効率のよいアプリケーションを達成させます。WirelessHARTは、プロセステクノロジーにおいて独自のソリューションから全体的な規格への必要なステップを提供します。これによりシステム停止することなしに無線テクノロジーが使用できるようになります。WirelessHARTは、品質向上と工場管理新しい可能性を拓き、工場とプロセスを最適化します。プロセス工場の経済的な操業に意義深い貢献をします。