計測展2013出展者セミナFF最新技術-F-ROM 21/11/2013,03:10

FOUNDATIONフィールドバスの
最新技術 F-ROM
2013年11月7日
NPO法人日本フィールドバス協会
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
© 2013 Fieldbus Foundation
F-ROMとは
FOUNDATION
FOUNDATIONフィールドバス（FF）
の技術基盤をベースにした
for
Remote
Operations
Management
広域、かつスケーラブルに
多様なプロトコルを接続でき、
操業支援、機器管理を
実現するために
フィールドバス協会が提唱している
システム統合コンセプト
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
2
© 2013 Fieldbus Foundation
背景（技術的な観点）
フィールド機器のインテリジェント化
n
n
n
n
n
スマート化対応（機能のソフトウェア化）
通信対応
診断機能対応
様々にインテリジェント化、ネット
制御・監視機能対応
ワーク化されたフィールド機器や
安全機能対応
そこから得られるフィールド情報
フィールドレベルのネットワーク化
n
n
n
n
n
n
を、如何に統一的に容易に活用
できるようにするか
ベンダー固有プロトコル
HART
FOUNDATION fieldbus
WirelessHART
ISA100 Wireless
Modbus
フィールド（機器）情報活用のためのインフラ技術の進展
n
n
n
DD/EDD
FDT/DTM
FDI
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
3
© 2013 Fieldbus Foundation
目的（ゴール）
様々なプロトコルを取り扱えること
n
FF-HSEプロトコルへの統合
様々なインテリジェント・デバイスを取り扱えること
n
FF準拠のコンポーネントモデルへの統合
既存の仕様や技術を継続して利用できること
n
n
既存機器の利用
既存技術の利用
仕様、技術を開示し、誰でもビジネスに参入できるようにすること
相互運用性を確保するために認証制度を設けること
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
4
© 2013 Fieldbus Foundation
F-ROMの機器構成（既存システム拡張）
監視・制御
診断
機器管理
制御ネットワーク
GW
（HSE）
FF-HSEネットワーク
GW
GW
GW
（RIO）
（HART）
（FF）
GW
GW
（ISA100） （WiHART）
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
5
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
© 2013 Fieldbus Foundation
F-ROMの機器構成（フラット）
監視・制御
診断
機器管理
FF-HSEネットワーク
GW
GW
GW
（RIO）
（HART）
（FF）
GW
GW
（ISA100） （WiHART）
コントローラ
（演算）
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
6
© 2013 Fieldbus Foundation
F-ROMの機器構成（バックホール）
監視・制御
診断
機器管理
FF-HSE
BHI
Backhaul
BHI
BHI
BHI : Backhaul Interface
FF-HSE
FF-HSE
GW
GW
（RIO）
（HART）
GW
（FF）
GW
コントローラ
GW
（ISA100） （WiHART）
（演算）
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
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© 2013 Fieldbus Foundation
安全で確実な相互接続の実現
BSP
CCD
WiFi,
WIMAX,
SATELLITE
CELLULAR,
など
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
PV
BHI
BHI
処理
L#8%%0@!!(%0J
CCD
監視端末
処理
PV
Characterized Control Domain
(CCD)
共通のセキュリティ要求があるデバイスのグループ
Backhaul Service Provider
(BSP）
CCD間の接続性を提供する
Backhaul Interface
(BHI)
BSPを横断したCCD間の通信で、CCDデータの優先付け、暗号化、
整合性チェックなどを行う
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出展者セミナー
日本フィールドバス協会
8
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F-ROMの機器構成（クラウド）
クラウド
監視・制御
クラウド
診断
クラウド
機器管理
クラウドサーバ
FF-HSEネットワーク
GW
GW
GW
GW
GW
コントローラ
（RIO）
（HART）
（FF）
（ISA100）
（Wi-H）
（演算）
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
デバ
バイ
イス
ス
デ
デ
バイ
ス
9
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
© 2013 Fieldbus Foundation
F-ROMの階層構造
アプリケーション層
FF-HSEネットワーク層
監視・制御／診断／機器管理／．．．
DD/CF，FDT/DTM，FDI
システム管理／ネットワーク管理
FF-HSEプロトコル／FDAサービス／Backhaul
コンポーネント層
機能ブロック（群）
FBAP-VFD（RB／TB／FB）
デバイスインターフェイス層
デバイス固有プロトコルI/F
アナログ／HART／FF／ISA100.11a／．．．
実デバイス層
フィールド・デバイス
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出展者セミナー
日本フィールドバス協会
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F-ROMの階層構造
アプリケーション層
監視・制御
診断
機器管理
FF-HSEネットワーク層
コンポーネント層
GW
RIO
GW
HART
GW
FF
GW
ISA100
アナログ
デバイス
HART
デバイス
FF
デバイス
ISA100
デバイス
デバイスインターフェイス層
実デバイス層
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
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F-ROM技術詳細
1.
様々なデバイスの統合方法
2.
監視・制御アプリケーションの実現方法
3.
機器管理アプリケーションの実現方法
4.
診断アプリケーションの実現方法
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出展者セミナー
日本フィールドバス協会
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用語
用語
解説
変換機ブロック センサやアクチュエータなどのハードウエアで使用される信号とFBで使
（TB）
用する信号の変換を行う。機器毎、メーカ毎に異なるセンサやアクチュ
エータの入出力ハードウエアを仮想化したものである。これによりFBは
どのようなセンサ、アクチュエータとも接続できるようになる。通常、入
力あるいは出力1点毎に、1つの変換器ブロックが存在する。
資源ブロック
（RB）
フィールドバス機器のハードウエア、ソフトウエア資源を定義したもので
ある。機器型番、製造番号、シリアル番号などのハードウエア固有デー
タ、動作、故障などのハードウエア単位の状態、ハードウエア単位の設定
情報、機器のCPUの性能や利用可能なメモリ容量なども定義される。RB
は、1台の機器に1つだけ存在する。
機能ブロック
（FB）
制御システムを構築するのに必要な単位機能を機能ブロック化したもので
あり、PID,AI,AO,DI,DOなどのアルゴリズムがある。従来のコントローラ
データポイントや内部計装に相当する。各FBでは、入出力パラメータと
内部の代表的なパラメタ、モードが標準化されている。いくつかのFBを
組み合わせて目的の制御機能を実現する。1台のフィールドバス機器に複
数個存在することができる。
JEMIS038-2006より
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出展者セミナー
日本フィールドバス協会
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１．様々なデバイスの統合
様々なプロトコルのフィールド機器の情報をF-ROMデバイス（GW）の各
プロトコルに特化したTB（Transducer Block:変換器ブロック）に写像す
ることにより、F-ROMデバイスは、様々なデバイスの統合を可能とします。
FF-HSE
GW
GW
GW
GW
GW
（RIO）
（HART）
（ISA100）
（WiHART）
（FF）
RIO
TB
HART
TB
ISA100
Wireless
TB
HART
TB
Conventional
I/O
H1
TB
Wired
HART
ISA100.11a
WirelessHART
H1
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実デバイスとTBの対応関係
GW
ISA100 TB
RIO
TB
HART
HART
TB
TB
ISA100.11a ISA100.11a ISA100.11a
GW TB
Event TB
IO TB
HART
HART
TB
TB
中継
H1
H1
TB
TB
RIO
モジュール
デバイス
デバイス
デバイス
デバイス
有線
デバイス
デバイス
実デバイス
デバイス
デバイス
デバイス
デバイス
WiHART
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ISA100 Wirelessデバイスの扱い方
• ISA100 Wirelessデバイスは、1つ以上のUAP（User Application Process）を持つ
• UAPは、1つ以上のISA100 Wirelessのオブジェクトを持つ
• ISA100 WirelessのObjectは、複数の属性を持つ
1デバイスが保持するアイテム（ISA100 WirelessのObjectの属性）の数は、
HARTデバイスと比べるとかなり多くなる。
このためアプリケーションで必要となるアイテムのみをTBに登録する。
デバイス
UAP：User Application Process
UAP：User Application Process
Object
Object
Object
Object
Object ID
Mode
PV
・・・
Object ID
Mode
PV
・・・
Object ID
Mode
PV
・・・
Object ID
Mode
PV
・・・
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ISA100 Wirelessデバイス
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プロトコル特化TB
「TB基本パラメータ群」とプロトコルに特化した情報を写像するための
「プロトコル特化パラメータ群」から構成したプロトコル特化TBを定義することで、
様々なデバイスを統合する
HART TB
ISA100.11a
IO TB
ISA100.11a
GW TB
ISA100.11a
Event TB
＊＊＊ TB
TB基本
パラメータ群
ST_REV
MODE_BLK
TB基本
パラメータ群
ST_REV
MODE_BLK
BLOCK_ERR
・・・
・・・
TB基本
パラメータ群
ST_REV
MODE_BLK
BLOCK_ERR
・・・
TB基本
パラメータ群
ST_REV
MODE_BLK
BLOCK_ERR
・・・
TB基本
パラメータ群
ST_REV
MODE_BLK
BLOCK_ERR
TB基本
パラメータ群
ST_REV
MODE_BLK
BLOCK_ERR
・・・
RIO TB特化
パラメータ群
HART TB特化
パラメータ群
ISA100.11a IO
TB特化
パラメータ群
ISA100.11aG
W TB特化
パラメータ群
ISA100.11a
Event TB特化
パラメータ群
＊＊＊TB特化
パラメータ群
PROCESS_V
ALUE_A_N
・・・
HART_PV
・・・
IO_N
・・・
DEV_INFO_N
・・・
EVENT_FOR_1
1A_ALERT_N
・・・
・・・
RIO TB
BLOCK_ERR
・・・
***：追加プロトコル
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GWのブロック構成例
GW
GW
GW
GW
（RIO）
（HART/WiHART）
（ISA100）
（FF）
RB
RIO
TB＊
RB
RB
RB
ISA100.11a
GW TB
HART
GW TB
MAI-16
FB
MAI-16
FB
MAI-16
TB
MAO-16
FB
MAO-16
TB
MAO-16
FB
MBI-64
FB
MBI-64
TB
MBI-64
FB
MBI-64
FB
MBO-64
FB
MBI-64
TB
MBO-64
FB
MBO-64
FB
MAI-16
FB
HART
HART
HART
TB
TB
TB
（*）Association Block
MAO-16
FB
ISA100.11a
ISA100.11a
ISA100.11a
IO TB
IO TB
IO TB
ISA100.11a
ISA100.11a
ISA100.11a
EventTB
TB
Event
Event
TB
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２．監視・制御アプリケーションの実現方法
FFのFB（Function Block:機能ブロック）によるフィールド機器の
機能的な結合が可能です。
FF-HSE
GW（ISA100）
GW（RIO）
PID
AI
AO
FB(機能ブロック）：
AI、PID、AO
TB
TB
ISA100 Wireless
4-20mA
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FBとTBの連携方法
FBの入出力となるデータは、FBとTBを結びつけることで設定
FB
パラメータ名
CHANNEL_TAG＊
値
T001
TBと結びつけるために必須
・・・
同じ値に設定することで紐付
TB
パラメータ名
VAR_NAME＊
値
T001
FBと結びつけるために必須
・・・
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監視・制御アプリケーションの実現例
GW（ISA100）
GW（RIO）
PID FB
MAI FB
パラメータ
CHANNEL_TAG_16
値
[0]T001
・・・
MAO FB
FF-HSE
パラメータ
CHANNEL_TAG_16
・・・
・・・
ISA100.11a IO TB
パラメータ
値
パラメータ
値
パラメータ
値
VAR_NAME
T001
Object ID
1
Attribute
ID
1
・・・
Analog
Value
25.0
・・・
・・・
CHANNEL_TAG＊と
VAR_NAME＊の紐付
による連携
AI Object
パラメータ
Object ID
Attribute ID
・・・
値
1
1
MAO : Multiple AO
RIO TB
パラメータ
VAR_NAMES4
PROCESS_VALUE_A_1
・・・
ISA100 Wireless
デバイス
値
[0]V001
・・・
値
[0]V001
20
4-20mA
Device Tag,
UAP ID,
Object ID,
Attribute ID
による紐付
デバイス
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3.機器管理アプリケーションの実現
通常のFF機器と同様の方法でF-ROMデバイス内のFBとTBのパラメータにアクセス
することが可能です。
また、FB,TB以外のフィールド機器のパラメータへアクセスすることも可能です。
FF-HSE
GW（ISA100）
ﾊﾟﾗﾒｰﾀ
Client/Server
(C/S)
FB
TB
ﾊﾟﾗﾒｰﾀ
TB
ISA100
Wireless
ﾊﾟﾗﾒｰﾀ
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GW配下のデバイスへのアクセス
GWとGW配下の非FFデバイス間でデジタル通信を行っている場合
ホストで下位プロトコルのメッセージ内容を作成し、非同期で結果を受取ります。
➀C/Sでリクエスト用パラ
メータへ下位プロトコルの
メッセージ内容を書込み
FF-HSE
④レスポンス用パラメータ
の内容をイベントで通知
GW
ISA100 TB
パラメータ
値
リクエスト用
レスポンス用
・・・
②書込まれた内容に従っ
て下位プロトコルのC/S
でリクエスト
ISA100
Wireless
デバイス
③②に対するレスポンスを
レスポンス用パラメータに
書込み
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4.診断アプリケーションの実現
接続されたフィールド機器からのアラームやイベントを通常のFF機器と
同様の方法でホストに通知することが可能です。
Failure
Function
Check
Out of
Specifica
tion
Maintena
nce
Required
FF-HSE
GW(WiHART)
GW(RIO)
TB
RB
WirelessHART
4-20mA
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診断アプリケーションの実現例
FF-HSE
GW（WiHART）
GW（RIO）
GW（ISA100）
HART TB
RB
ISA100.11a Event TB
パラメータ
Field
Diagnostics
parameters
・・・
値
パラメータ
FD_FAIL_＊
FD_OFFSPEC_＊
FD_MAINT_＊
FD_CHECK_＊
・・・
パラメータ
EVENT_FOR_
11A_ALERT_1
EVENT_FOR_
11A_ALERT_2
・・・
値
GW（FF）
値
デバイス（FF-H1）
RB
ISA100 Wireless
WirelessHART
デバイス
デバイス
デバイス
パラメータ
値
FD_FAIL_＊
FD_OFFSPEC_＊
FD_MAINT_＊
FD_CHECK_＊
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・・・
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F-ROMデモ計装構成
ホスト
無線（WiFi）
バックホール
セキュリテイ
ターミナル
セキュリテイ
ターミナル
WiFi
ISA100
GW
RI/O
RI/O
WirelessHART
GW
コントローラ
WiFi
H1
LD
i
FISCO Power
(DART)
ハイパワートランク
FB FB
FB
FB FB FB FB FB
電源 電源 電源 電源 電源 電源 電源 電源
圧力
圧力
多点温度
ガス検
温度
温度
pH計
開度
レベル計
ISA100 Wireless機器 WirelessHART機器
温度
地震
センサ
レベル計
圧力
コリオリ
電動
アクチュエータ
HART、アナログ機器
表示器
電動
電磁
アクチュエータ
ポジショナ 多点温度 圧力
質量
表示器
圧力
渦 ポジショナ
H1機器
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まとめ
F-ROMによって
様々なプロトコルの
様々なインテリジェント・デバイスを
GWを介して接続し、
FFのコンポーネントモデルを適用することで
監視・制御
診断
機器管理
の各種アプリケーションを
統一的に構築、運用することができる。
計測展2013 TOKYO
出展者セミナー
日本フィールドバス協会
27
© 2013 Fieldbus Foundation
ご清聴ありがとうございました
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出展者セミナー
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