FOUNDATIONフィールドバスの最新技術動向

Fieldbus Foundation™
Freedom to choose. Power to integrate
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナ―
FOUNDATION フィールドバスの
最新技術紹介
TM
2009年11月20日
笹嶋　久
NPO法人日本フィールドバス協会　理事長
フィールドバス協会　アジア太平洋地区運営VP　© 2009 Fieldbus Foundation
本日の説明内容
„ 日本フィールドバス協会の新体制
„ アジア太平洋地区の普及活動
„ フィールドバス概要
„ 最新技術情報
z 技術開発
z 相互運用性改善
„ フィールド制御（Control in the Field）のビジネス
効果
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
東京ビッグサイト　2009年11月20日
2
© 2009 Fieldbus Foundation
フィールドバス協会
Fieldbus Foundation Organization
今年創立15周年
Americas
Americas
Europe
Europe
End
Middle East/ Africa
Middle East/ Africa
User
Australia/New
Zealand
Australia/New Zealand
Council
India
India
Singapore
Singapore
Japan
Japan
End User Councils
会員数：370以上
ABB
DuPont
ExxonMobil
Emerson
Fuji
Honeywell
Invensys
Pepperl+Fuchs
Rockwell
Automation
Schneider Electric
Siemens
Yamatake
Yokogawa
Members
Members
General Assembly
General Assembly
Board of Directors
Board of Directors
End User Advisory Council
End User Advisory Council
(EUAC)
(EUAC)
President
President
Office Staff
Office Staff
(Austin, Texas)
(Austin, Texas)
Executive
ExecutiveCommittee
Committee
EMEA
EMEA
Executive Advisory Council
Executive Advisory Council
H. Sasajima
EMEA
Vice
President
SteeringAsia-Pacific
Committee
EMEA
EMEAMarketing
Marketing
Committees
Committees
Asia Pacific
Asia Pacific
Executive Advisory Council
Executive Advisory Council
Asia Pacific
Steering Committee
Technical Steering
Committee
Middle East
Middle East
CIS&B
Technical
CIS&B
UK
Projects
UK
Regional Marketing
Norway
Norway
Committees
Netherlands
Netherlands
Italy
Italy
Asia Pacific
Asia Pacific
Marketing Committees
Marketing Committees
SIF
SIF
Diagnostic
Diagnostic
Profile
Profile
SIM Team
SIM Team
（HOST Test)
（HOST Test)
HSE Remote IO
HSE Remote IO
EDDL/ECT
EDDL/ECT
FDI
FDI
France
France
Germany
Germany
3
Indonesia
Indonesia
Malaysia
Malaysia
India
India
Thailand
Thailand
Singapore
Singapore
China
China
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
Korea
計測展2009
TOKYO　テクニカルセミナー
Korea
東京ビッグサイト　2009年11月20日
Japan
Japan
© 2009 Fieldbus Foundation
日本フィールドバス協会運営体制
„ 体制
z
z
z
z
z
z
z
理事長　副理事長　同　理事　同　監事　事務局
笹嶋　久
池田卓史　小野寺薫
田中健一
橋本　良
皆川真広
小島正博
（山武）
（富士電機システムズ）
（横河電機）
（エム・ティー・エル・インストゥルメンツ)
（日本エマソン）
（ABB日本ベーレー）
（山武）
„ 事務所
z 神奈川県藤沢市川名1-12-2
‹ 電話：　0466-52-7053
‹ FAX：　0466-20-2376
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4
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日本フィールドバス協会組織
NPO法人日本フィールドバス協会
社員 総会（通常・臨時）
理事会
エンドユーザ
委員会: 日本
運営委員会
EUC-J
富士電機
ABB日本ベーレー
早稲田ラボ
山武
富士電機
理事
山武（理事長）
富士電機（副理事長）
横河電機（副理事長）
日本エマソン
MTL
監事
ABB日本ベーレー
展示会・セミナ
横河
MTL
フィールドバス
協会 ( FF )
技術顧問: FF TSC
標準化団体
(IEC/ISO/ISA)
業界団体
学会
事務局 (山武)
情報発信
(Web, 広報, ドキュメント)
日本エマソン
横河
産業用オープン
ネットワーク
ラボラトリー
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5
© 2009 Fieldbus Foundation
日本フィールドバス協会会員
z インベンシスシステムス株式会社
z ABB株式会社
z ABB日本ベーレー株式会社
z 株式会社エム・システム技研
z ｴﾑ･ﾃｨｰ･ｴﾙ･ｲﾝｽﾄｩﾙﾒﾝﾂ株式会社
z ｴﾝﾄﾞﾚｽﾊｳｻﾞｰｼﾞｬﾊﾟﾝ株式会社
z 株式会社オーバル
z ガイロジック株式会社 (Softing)
z 倉茂電工株式会社
z 工装サービス株式会社
z ザムソン株式会社
z TURCK Japan株式会社
z 千代田化工建設株式会社
z 東京計装株式会社
z 株式会社東芝
z 日揮株式会社
z 日本エマソン株式会社
z 日本電線工業株式会社
z 日本ドレッサー株式会社
z 日本ワイドミュラー株式会社
z 株式会社ノーケン
z ハネウェル株式会社
z 株式会社ピーアンドエフ
z 株式会社福電
z 富士電機システムズ株式会社
z プロセス計装制御技術協会
z ムーア・プロダクツ株式会社
z 株式会社明電舎
z 株式会社山武
z 横河電機株式会社
z ﾛｯｸｳｪﾙｵｰﾄﾒｰｼｮﾝｼﾞｬﾊﾟﾝ株式会社
z ロトルクジャパン株式会社
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
32会員
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
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(2009年11月現在)
6
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計測展2009 TOKYO
Measurement and Control Show 2009 Tokyo
“Achieving Operational Excellence with FOUNDATION Technology”
(FOUNDATIONフィールドバス技術で理想の操業を実現する)
„ 日本フィールドバス協会ブース：　C-10
„ 出展社：　13社
アウマジャパン、ABB、ｴﾑ・ﾃｨｰ・ｴﾙ・ｲﾝｽﾄｩﾙﾒﾝﾂ、
オーバル、日本エマソン、ピーアンドエフ、
富士電機システムズ、Moore Industries-Pacific、
山武、山武商会（TURCK）、横河電機、
LEONI Kerpen 、ﾛｯｸｳｴﾙｵｰﾄﾒｰｼｮﾝｼﾞｬﾊﾟﾝ
„ テクニカルセミナー
zユーザ視点でのFOUNDATIONフィールドバスの診断技術
11/19（木）　15:00-15:45　EUC-J 布川委員長／石川委員（三菱化学）
zFOUNDATIONフィールドバス最新技術紹介
11/20（金）　15:00-15:45 FF-J　笹嶋理事長
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
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7
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Industrial Open Network Laboratory
Advanced Research Institute for Science and Engineering
早稲田大学喜久井町キャンパス
2003年4月北九州に開設
2006年5月東京に移転
• 年4回開催
• フィールドバス入門
• エンジニアリング
2009年
• 12月7、8日
2010年
• 3月8、9日
• 6月※
• 9月※
• 12月※
※予定
Demo/Training Facility
(2 Host systems, 20 Devices, 5 Accessories)
8
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
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アジア太平洋地域の普及活動
Fieldbus Foundation in Asia Pacific
1999
China
Central Asia
Korea
1997
1999
1994
East Asia
Iran
2003
2003
Middle East
2004
India
Japan
Taiwan
Thailand
2004
Malaysia
2008
Vietnam Philippines
2006
2006
Singapore
1997
Indonesia
ASEAN
2004
Australia
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
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1999
9
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2009年度エンドユーザセミナー
（アジア太平洋地域）
End User Seminars in Asia Pacific
11カ国、 16セミナー、 ユーザ1,800名以上が参加
9
9
9
9
9
9
9
9
9
z
z
z
z
z
台湾　台北・高雄
中国　重慶
オーストラリア　パース
中国　昆明
インド　ムンバイ
シンガポール
中国　北京
マレーシア　クアラルンプール
日本　東京（計測展）
韓国　ソウル
タイ　バンコク
日本　東京
台湾
ベトナム
2月17日、19日
4月16日
5月15日
7月16日
6月19日
8月21日
11月 5日
11月11日
11月19日、20日
11月26日
11月27日
3月11日
計画中
計画中日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
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公式教育サイト
Foundation Certified Training Site
SINOPEC
Beijing Yanshan Petrochemical
Waseda Univ.
Open Network Lab.
Tokyo
Simulation Center
SAIT, Canada
STC Brielle, Holland
Tri State University,IN
Fieldbus Center
Lee College, TX
BIS Prozesstechnik
Germany
Singapore Polytechnic
Singapore
End
King Mongkut's Institute of
Technology Ladkrabang
タイに2010年1月開設予定
11
Official Training Site
End User Council
EUC(T.B.P)
Training Site(T.B.P)
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フィールドバスの話
1. たくさんのフィールドバス
2. ユーザ要求の原点
– 本質安全防爆環境、伝送距離・周波数
3. 基本理念
– 計測制御の３大要素
4. 通信制御機能
– Publisher/Subscriber
• 回転寿司の仕組み
– Deterministic（時間確定性）
• 制御周期の揺らぎ
5. 分散処理
– 空気式計装の再現（並列定周期実行）
• 実行スケジューリング
• LAS、Before/After
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ユーザ要求の原点
„ 計器室とプラントの距離は平均1,200m、伝送距離2,400m(8,000 ft)
B　フィールドネットワークの伝送距離　1,900m（最大ノード数接続時）
„ 耐ノイズ環境、減衰／反射を考慮した伝送速度（周波数）50Kbpsから500Kbps
B H1（低速）フィールドバス　31.25Kbps、H2（高速）フィールドバス　1Mbps or 2.5Mbps
（現在）　H1（低速）フィールドバスに加え、100Mbps HSE（高速イーサネット）
„ ケーブル仕様：既設ケーブルが使用できること。電源供給と信号伝送が同一　対より線で行えること．
B タイプAからタイプDの4種標準ケーブルを規定
„ 爆発性のガス／気体を取り扱う炭化水素系プロセス特有の機能要求として、　本質安全防爆環境で機器が動作すること．
B Entity Model：電流制限　(19V、40～60mA)、10mA～30mA／機器
（現在） FISCO Model (Fieldbus Intrinsic Safety Concept) ： 120mA
FNICO Model (Fieldbus Non-Incendive Concept) ：　320mA
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FOUNDATIONフィールドバス
プロセス計測制御機器のインテリジェント化とデジタルコミュ
ニケーション技術によりオープンな，相互運用性のあるプロセ
ス計測制御システム環境を提供する。
z 本質安全防爆環境下で、
z フィールドの機器／プラントの異常診断機能等の高度インテリジェ
ント機能の提供
z フィールド機器計測制御機能の相互運用環境を提供
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たくさんのフィールドバス
IEC61158 Structure （2001年8月）
Type- 1: Fieldbus（ANSI/ISAS50.01)
Type- 2: ControlNet
Type- 3: Profibus DP/PA
Type- 4: P-Net
Type- 5: Fieldbus Foundation HSE
Type- 6: Swiftnet
Type- 7: WorldFIP
Type- 8: Interbus
Type- 9: Foundation H1 Fieldbus
Type-10: Profinet
Proposed by
：US/Japan
：US/ Rockwell Automation
：Germany
：Denmark
：US/ FF
：US/ ShipStar
：France/ WorldFip
：Germany
：US/FF
：Germany
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IEC61158 フィールドバス　（2007年6月）
WorldFIP TCP/IP
FOUNDATION
Fieldbus HSE
PROFINET
INTERBUS-IP
Pnet/IP
Vnet/IP
Ethernet I/P
TCnet/IP
FOUNDATION
Fieldbus H1
Device
ControlNet
INTERBUS
PROFIBUS-PA
EPA
EtherCAT
PROFIBUS-DP
Modbus-RTP
DeviceNet
CC-Link
SERCOS
Data
16
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ネットワークトポロジー／通信制御
（ドイツ鉄道：　）
運行管理：　集中管理
ネットワーク制御：マスタースレーブ制御
センタコンピュータによる集中管理
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ネットワークトポロジー／通信制御
（フランス鉄道：SNCF）
運行管理：分散管理
ネットワーク制御：分散トークン制御
分岐点（駅）での路線（支線）管理
TGVのトポロジー
③
①-2
②
②-2
①
①-1
②-1
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計測制御の基本３要素
情報統合
コントローラ
（制御）
分散
センサー
（計測）
アクチュエータ
（操作）
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フィールドバスの原点：空気式計装
•
•
•
•
機能ブロック
：AI, PID, AO
セグメント／LAS ：ループ単位の空気配管
空気伝送遅れ：200ms ～ 400ms　（距離：400m以下）
•　並列処理
•　分散処理
•　実行スケジュール
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Tips on How To Be a Good End User
EUAC　委員長 ：　John Rezabek
ISP
( International Specialty Products)
2007年2月
GA2007ユーザ発表資料より
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
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プロセス分散制御スケジューリング
（バッチダイジェスター計装例）
H1 Fieldbus
Segment # 3
Control Room
PC
H1 Fieldbus
Segment # 2
Green
Liquor
Storage
Re-Burned Purchased
Lime
Lime
DT
109
LT
101
19
SC
111
20
IP
102
FT
102
IP
104A
CV-101
A/O
25
IP
104B
21
Heater
AT
103
FT
110
SC
110 23
SC
112
24
H1 Fieldbus
Segment # 1
LT
112
LT
111
Cooler
TT
104
TT
105
AT
106
AT
107A
AT
107B
LT
108
SC
108
22
“Example of Cyclically Scheduled Function Blocks”,
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
IEC SC65C/WG7, London, T.Blevins,
Oct. 21-23, 1996
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
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22
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プロセス分散制御スケジューリング
（分散ファンクションブロック実行順序）
AI
ISEL
AT107B
HS107
AI
AT107A
PID
AI
AIC107
AI
AIC106
AT106
LL
AT103
PID
AY103
RATIO
AO
FRC103
SC103
AI
PID
AO
FT102
FIC102
IP102
AC
106
AIC
107
FRC
103
FIC
102
FT
102
SC
103
IP
102
AY
103
AT
103
CV-102
A/O
HS
107
AT
106
AT
107A
AT
107B
Conductivity
“Example of Cyclically Scheduled Function Blocks”,
IEC SC65C/WG7, London, T.Blevins,
Oct. 21-23, 1996
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
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23
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プロセス分散制御スケジューリング
（機能ブロック実行とパラメータ通信 の同期）
Field Device A
Host Devices
DI
Field Device B
DO
PID
AI
AO
Fieldbus
Scheduled Periodic Communication Unscheduled Aperiodic Communication
Function Block
(Data Publish/Subscribe)
Execution Scheduling
DO
B
B
DI
A
A
AI
PID
A
↓
B
A
↓
B
AO
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Macrocycle
Time
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
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プラント制御階層構造
LEVEL 3
Information
Management
Optimizing
Operation
(Multi Units)
LEVEL 2
Optimizing Operation
(Unit level)
Advanced
Control
LEVEL 1
Regulatory
Control
Offsite/
Tank Yard
Onsite
Simple Regulatory Control in the Field
25
Utilities
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プラント制御階層構造
（フィールド制御：Control in the Field）
Tips on How To Be a Good End User
EUAC　委員長
：　John Rezabek
ISP
( International Specialty Products)
2007年2月
GA2007ユーザ発表資料より
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
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26
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FOUNDATION フィールドバスの特長（1）
Publisher/Subscriber：回転寿司の仕組み
Subscribe
Publish
ロンドン・パディントン駅構内
27
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FOUNDATION フィールドバスの特長（2）
時間確定性（Deterministic）
„ H1フィールドバス：通信の実行、制御演算処理が定周期
– 最短周期
– 定周期性保証: ズレ（jitter）がない。
Controller
C
Transmitter
M
C
Valve
C
M
A
C
M
A
C
M
C
M
A
A
C
M
C
M
A
A
A
„ 他のフィールドバス は非同期性
– 実行周期が長くなる。
– ズレ(jitter)がある。
Controller
C
C
Transmitter
M
M
Valve
A
A
C
C
M
A
M
A
M
A
28
C
C
M
A
C
M
A
C
M
A
M
A
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FOUNDATIONフィールドバスの最新技術
„技術開発
z安全計装システム対応フィールドバス仕様開発
zEDDL機能強化と機器情報統合（FDI）仕様開発
z機器診断
z機器診断プロファイル仕様開発
zバルブ作動試験
zHSE WIO（無線とリモートI/O）
„相互運用性改善
zホスト認証登録制度
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安全計装システム対応フィールドバス仕様開発
FOUNDATION™ for Safety Instrumented Functions　(SIF)
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30
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SIF エンドユーザデモへの参加者
エンドユーザデモサイト
¾BP – Gelsenkirchen, Germany – Honeywell Logic Solver
¾Chevron – Houston, TX – Emerson Logic Solver
¾Saudi Aramco – Dhahran – Triconex Logic Solver and Yokogawa Logic Solver
¾Shell Global Solutions – Amsterdam – HIMA Logic Solver
システム
Emerson
HIMA
Honeywell
Invensys - Triconex
Yokogawa
Asset
Management
Logic Solver
Engineering Workstation
Logic Solver
Valve
センサ
その他
Magnetrol
Siemens Milltronics
Other Providers
Fieldbus Diagnostics
Risknowlogy
RuggedCom
Softing
TÜV Rheinland
TÜV SÜD
Basic Process
Control System
SIF
Protocol
Level
物理層
ABB
E+H
Smar
Yokogawa
Pres
Smar
Temp
H1 Network
Moore
MTL
P+F
BIFFI
Emerson
Westlock
Yamatake
バルブ
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31
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SIF向けフィールドバスの利点
－CAPEX（建設費用）／OPEX（運転費用）
CAPEX（建設費用）:
z コミッショニングの期間短縮
¾エンジニアリングツールの利用
z 設置面積の削減
¾マーシャリングキャビネットの減少
z 物量の減少
¾HARTマルチプセクサ不要
¾ポジショナの上下限接点不要
¾配線・接続ポイントの削減
OPEX（運転費用）:
z 高度診断
¾故障の検出容易
¾派生故障削減による信頼性・安全性向上
z 試験間隔を長くできる
¾パーシャルストローク試験の提供
¾PFD平均カーブの平準化
¾頻度データを利用した試験間隔計算
z 設備管理の進歩
¾機器診断データの統合
¾容易な機器メンテナンス
32
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計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
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デバイス記述言語（EDDL）機能強化と
機器情報統合（FDI）仕様開発
EDDL Cooperation Team
(ECT)
Field Device Integration
(FDI)
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33
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デバイス記述言語（EDDL）機能拡張例
各種機器をサポートしている
Radar Level
Machinery Health
pH
Temperature
Pressure
Valve Positioner
Mass Flow
Ultrasonic Flow
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34
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FDIアーキテクチャーとデバイスパッケージ
フィールド機器のホストシステム統合の単一ソリューション
¾ EDDL, FDTおよびOPC UAの強さを組み合わせる.
¾ エンドユーザがホストシステム供給者と統合について心配しないで
フィールド機器を選択できる.
¾ フィールド機器やホストシステム供給者がひとつのソリューション
への投資、開発やサポートに集中できる.
Server
Client
OPC UA
Device Package
Interpreted on Server
Field Device
Interpreted on Server
Runs on Client
Device
Definition
Device
Package
Business
Logic
User
Interface
Description
User
Interface
Plug-in
Mandatory
Optional
Optional
Optional
Based on
IEC 61804-3 EDDL
35
Based on
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
IEC 62453 FDT
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
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FDIの画面構成例
Client Window
File
Edit
View
2
Options
<Device Instance Name>
<Device Type>
<Version>
<Manufacturer>
User
Interface
Description
1
UI
Function
Group
1
Group 1
1
100.0
°C
Option 1
UI Functions
UI Function 1
UI Function 2
User
Interface
Plug-In
UIGroup
Function
2
Option 2
Group
22
Group
Programmed
Application
OK
Apply
Cancel
日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
計測展2009 TOKYO　テクニカルセミナー
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機器診断プロファイル仕様開発
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機器診断プロファイル仕様開発
z 標準で持つべき機器診断機能およびキャリブレーション等
の調整手順を標準化した。
‹ 流量、レベル、温度、圧力、バルブ
z 標準機器プロファイル仕様を発行。
z NANUR（※） NE107ユーザ要求に基づく表現形式を定め、
デバイス記述言語により各社のホストシステムで共通のビ
ジュアル表現が行えるようにする。
z 現状はオプションであるが、次期ホスト認証では必須機能に
なる。
※　NAMUR：ドイツの化学／医薬会社を中心としたユーザ団体
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4種類の機器診断アラート
内部機能検査
が必要
重故障
確認・調整
が必要
注意が必要
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試験と認証登録サポート
9ITK 5.1での機器サポート
•
•
•
•
2008年12月にリリースした
機器診断はITK 5ではオプション機能
機器診断はITK 6（2010）では必須機能
認証登録証明書とWebカタログに機能を掲載
– 新ホスト試験キットモジュールでホストサポート
•
•
•
•
2009年11月にリリース予定
全部の機器診断アラートが実装されたサンプル機器
機器診断は6xbプロファイル （2010）では必須となる
アドバンスト機器診断は6xcプロファイルでサポート
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ツール開発
2008
4Q
2009
1Q
2Q
2010
3Q
4Q
1Q
2Q
3Q
4Q
ITK 5.1 リリース済
機器診断はオプション
ITK 6.0 プロファイル要求
リリース済
ITK 6.0
新規認証登録(*)
では機器診断は
必須
ホスト試験キット2.0
機器診断試験機器
(*) 機器ベンダはITK5.2を12カ月　試験を継続できる
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標準変換器ブロック
9 圧力ブロックは仕様開発完。ITK 5.0に含まれる。
9 温度ブロックは仕様開発完。ITK 5.1に含まれる。
9 ポジショナブロック (PST/FST)は仕様開発完。ITK 5.2に含
まれる。
• 次のブロック
• 高パフォーマンストータライザ付き流量変換器ブロック
9 プロトタイプ2機種あり、検証中。
PST –部分ストローク試験、 FST –フルストローク試験
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FOUNDATION ポジショナ
変換器ブロック仕様
バルブ作動試験
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バルブ作動試験
z ポジショナ変換器ブロック仕様にバルブ作動試験
（VST：FST/PST）仕様が追加された。
– FST：フルストローク試験
– PST：部分ストローク試験
z PST（Partial Stroke Test）仕様ではプラント装置
を停止したり、バイパス設備を設けなくても遮断弁
の遮断動作確認が行える。
z 遮断弁だけでなく調節弁にも適用でき、遮断弁動作
の保全コストの低減や定修期間の短縮に貢献する。
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バルブのPST（部分作動試験）
一定時間内に所定の動作が完了しないとタイムアウトエラーとなる。
PST開始
PST完了
PSTブレイクアウト
タイムアウト(秒)
PST完了 タイムアウト(秒)
PSTストロークトラベル
タイムアウト(秒)
100
バルブ
ストローク
(%)
PST
ストロークトラベル(%)
PST
ブレイク
アウト
タイム
(秒)
PST
PST
ランプ ポーズ
レート (秒)
(％/秒)
0
経過時間（秒）
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HSE WIO（無線とリモートI/O）
High Speed Ethernet
(HSE)
Wireless and Remote I/O
(WIO)
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HSE RIO　z HSE（高速イーサネット：IEC61158）を利用した本
質安全防爆環境に設置可能なリモートI/O機器仕様
z 配線費の大幅な削減が可能
z 従来形4-20mAアナログ、デジタル入出力、HART
I/Oが利用可能
z リモートI/Oに無線ゲートウエイ機能を持たせること
により無線フィールド機器を接続する。
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HSE　RIO、WIO仕様開発
HOST：
• APAT
• EMERSON OVATION
• SMAR
• YAMATAKE
Host
Fieldbus Foundation-ISA100
Cooperation (FIC)
HSE
Backhaul Team
HSE
Remote I/O
(HSE RIO)
Team
ISA SP100.15
I/O:
• APAT
• MTL
• R. STAHL
• SMAR
WIO Gateway
Conventional
I/O
WirelessHART
ISA100.11a
H1
Wired
HART
Wireless
Cooperation Team
(WCT)
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HSE RIOデモサイト
„ 無線技術とHSEリモートI/Oのユースケース、機能
要求事項を明確にしてRIO仕様を開発し、実際の
ユーザサイトで実証試験を実施する。
z ブラジル
z カナダ
z オランダ
z 日本
z 米国
Santa Elisa
City of Edmonton
Shell GS
三菱化学／四日市　排水処理設備
Chevron
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ホスト認証登録制度
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ホスト認証登録制度
z 異なるメーカのフィールド機器とホストシステム、エンジニア
リングツール、メンテナンスツールでも同じように数値表示、
グラフ／図形表示、調整操作が行えることを機器を動作させ
て確認し、機能を保証する。
フィールド機器間のデータ交換については、相互運用性試
験・機器認証登録制度がある。
z 3種類のプロファイルが定められている。
‹ 統合ホストクラス：
オペレータインタフェース、エンジニアリング
ツール、メンテナンスツール
‹ ベンチホストクラス： 設定PCツールなど
‹ ビジターホストクラス： ハンドヘルド設定器など
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ホスト認証登録制度
Class 62
– ビジターホストクラス
運転
エンジニアリング
保守
Class 61 – 統合ホストクラス
運転制御
操作・監視
エンジ
ニアリング
機器管理
CF
通信
通信
C
D
フィールドバス
A
通信
機能
ブロック
Class 63/64 – ベンチホストクラス
DDS
通信
B
アプリケーション
CF ：機能定義ファイル
DDS ：DDサービス
通信
B
機能
ブロック
フィールド機器
相互運用性を支える技術
A :適合性試験,
センサー
通信プロファイル,
物理層試験
B :相互運用性試験
アクチュエータ
プロセス
C :共通ファイル形式日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
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D :デバイス記述, DD試験
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現在までに登録されたホスト
6社7ホストシステム
z ABB Automation Products GmbH
プロファイル　61a
（2009年11月現在）
„ Industrial IT System 800xA
z Emerson Process Management
„ DeltaV & AMS Suite: Intelligent Device Manager
z Honeywell Process Solutions
„ Experion PKS
z Invensys
„ Infusion Enterprise Control System
z Yamatake Corporation
„ Industrial-DEO / Harmonas
z Yokogawa Electric Corporation
„ CENTUM VP
„ STARDOM
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ホスト認証登録の変遷
2008
1H
2009
2H
ホストシステム
相互運用性
サポート試験
（HIST）
1.x
2008-12まで有効
1H
2010
2H
1H
2011
2H
1H
2012
2H
1H
2H
7 ホスト
システムが
登録
ホスト6Xaプロファイル　試験／認証登録
2010-6まで有効
ホスト6Xbプロファイル 試験／認証登録
• 機器診断は6xbプロファイル (2010)では必須となる
• 6xcプロファイルでアドバンスト機器診断をサポート
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フィールド制御の第三者機関評価
フィールド制御（Control In the Field）
のビジネス効果
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フィールド制御の導入効果に関する報告書
The Business Value Proposition of Control in the Field
•はじめに
Introduction
– FOUNDATIONフィールドバスの適用はここ数年で急速に進んでいます
Adoption of FOUNDATION fieldbus has skyrocketed over the past
several years
– フィールドバス製品とサービスの市場は急速に拡大しています
Total market for fieldbus products and services is rapidly approaching a
billion dollars
– 多くのユーザはフィールドバス技術をフィールド機器の診断やプラント
設備管理に適用しています
Most end users adopt fieldbus technology for its inherent diagnostic and
plant asset management capabilities
– 最近までフィールドバスによるフィールド制御のビジネスメリットは研究
されていませんでした
Until recently, there has not been a study proving the business value
proposition of control in the field (CIF) with fieldbus
– フィールド制御が制御ループのインテグリティとプラントにおける真の
分散制御をサポートすることをこの総合試験は示しています
Comprehensive testing now shows that CIF supports
single-loop integrity and truly distributed control in process plants
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背景 Background
– ARCアドバイザリーグループから「フィールド制御の導入
効果に関する報告書」が発行されました
ARC Advisory Group’s new white paper, titled “The
Business Value Proposition of Control in the Field,” details
the operational and economic benefits of CIF with
FOUNDATION fieldbus
– ARCは、米国デッドハムに拠点を持つ調査・アドバイザり
会社です
ARC is a leading manufacturing research and advisory firm
based in Dedham, MA, USA
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背景（続き） Background (Cont’d)
– ARCは、フィールドバス協会の機能ブロックはプラント操業最適化の
完全な自動化共通基盤であると述べています
ARC describes the FOUNDATION function block structure and
other features providing a complete automation infrastructure for
plant operational excellence
– フィールド制御（CIF: Control in the field）はフィールドバス協会技
術の重要な要素で、アプリケーションや制御ループのプロセス・イン
テグリティを大きく向上させます
Control in the field is a critical element in FOUNDATION
technology providing significantly enhanced process integrity for
many applications and control loops
– 制御機能を搭載したフィールドバス機器は稼働率の高い制御を実現
し、シングルループインテグリティの第一歩となります
Embedded control functionality fieldbus devices is an enabler for
high availability control and a stepping-stone toward
single-loop integrity
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背景（続き） Background (Cont’d)
– ARCのレポートによれば、 FOUNDATIONフィールドバス
は、 ３つの領域でビジネス価値をもたらします
AS reported by ARC, FOUNDATION fieldbus provides
business value in three key areas
ビジネス
インテリジェンス
オープンで
スケーラブル
な情報統合
プロセス
インテグリティ
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技術の概要 Technology Overview
– フィールド制御はプロセスインテグリティの重要な鍵です
Control in the field is a key part of the process integrity
provided by FOUNDATION technology
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技術の概要（続き） Technology Overview
(Cont’d)
– フィールドバス協会がサポートするフィールド制御は、プラント操
業において、突発的な外乱に対する優れた挙動を実現します
CIF strategies supported by FOUNDATION fieldbus allow for superior
reaction to deterministic disturbances in process plant operations
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技術の概要（続き） Technology Overview
(Cont’d)
– フィールド制御によって制御機能の真の分散化が実現し、単一故障
がフィールドバス（H1）全体に影響を及ぼすことがなくなります
With CIF, automation functions are truly distributed and there is no
single point of failure above the H1 level
– HMIが故障しプロセスの状態が監視できない場合でも、制御ループ
とネットワークはその影響を受けません
If there is a malfunction in the HMI and a loss of visibility into the
process, the control loop and network remain unaffected
– DCSと比較して、MTBFが80%向上
するという結果が得られました
Evidence shows an 80%
increase in MTBF
compared to DCS control
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技術の概要（続き） Technology Overview
(Cont’d)
– フィールド制御はデバイス間の通信接続数を減らすことにより、信頼
性や稼働率向上に寄与します
Control in the field also reduces the number of connections
between devices – increasing reliability and availability
– ユーザにとっても、プラントの自動化設計の幅を広げます
End users have greater flexibility in deploying plant automation
strategies
– このため、制御装置は、より高度なアドバンスト制御、最適化、シミュ
レーション、設備管理、履歴管理などの機能を扱う余裕ができます
Controllers are free to handle higher-level functions such as
advanced control and optimization, simulation, asset management,
historical data collection, etc.
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技術の概要（続き） Technology Overview
(Cont’d)
– フィールド制御は、サンプリング周期の高速化と制御ループの読込・
演算・書込周期の短縮で性能を改善します
Control in the field improves performance due to faster sample
rates and shorter latencies in the read-execute-write cycle of
control loops
– 特に高速のプロセス制御で効果を発揮します
Performance benefits are most significant in fast process loops
• 流量・圧力・温度 Flow, pressure and temperature loops　• pH
pH loops　• 位置・速度
Position and speed loops
– 低速の制御ループの制御性能も、いろいろな制御ループ間の複雑な
相互作用の結果として改善されます
Performance of slower loops is also improved due to complex
interactions of control loops in process plants
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第三者機関による評価結果 Third-Party Evaluation
– ARCの報告書は、英国の研究調査会社であるISC（Industrial
Systems and Control）による「フィールド制御の導入効果に関する研
究」を引用しています
ARC white paper cites study by Industrial Systems and Control Ltd.
(ISC) titled “Control in the Field: Analysis of Performance Benefits”
– ISCはフィールドバスのフィールド制御の効果について研究しています
ISC is conducting a series of studies on the benefits of
CIF with fieldbus
– 今回のシミュレーションは「フィールドバスによるフィールド制御」と「ホスト
システム(DCS)で制御するフィールドバスシステム」の違いを試験しました
Simulations examined differences in timing and sequencing associated
with control in the field with a fieldbus system vs. a fieldbus system
employing control in the host (DCS)
– 忠実なシミュレーションにより制御性能を決める典型的な制御周期とサン
プル周期が確立されました
High-fidelity simulations established typical latencies and sample rates
limiting control performance
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第三者機関による評価結果 Third-Party Evaluation
– シミュレーションは、3つの異なる収集周期と遅れの組み合わせにより
PI制御を行いました
Simulations included a discrete-time PI controller, with 3 different
combinations of sample rate and delay
– 各種のプロセス特性のループを評価
Range of process dynamics were used – from an ideal liquid flow
loop to progressively slower processes with longer deadtimes
– 実プラントデータから作られた外乱を与えて評価
Tests also introduced a deterministic disturbance to the process
derived from actual plant data
– フィールド制御の性能は以下の2種類の測定値により評価しました
Performance of CIF was evaluated based on two primary metrics:
• ステップ応答と外乱に対する応答速度
Speed of response to setpoint change and step disturbance
• 外乱によるプロセス出力の標準偏差
Standard deviation of process output due to deterministic disturbance
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第三者機関による評価 Third-Party Evaluation
– ISCはフィールド制御とDCSとの比較のため、同一の安定性を持つ
ように調整したPIDループを使用しました
ISC used a PID loop tuned to the same point of closed-loop
stability to allow for its comparison of CIF vs. DCS
– 以下の条件で試験を実施しました
Specific test cases included:
• フィールド制御
Ideal control in the field
• DCSで制御（フィールドバスのマクロサイクルと同期）
Fast control in the DCS (synchronous with the
fieldbus macrocycle)
• DCSで制御（フィールドバスのマクロサイクルと非同期）
Fast control in the DCS (asynchronous with the
fieldbus macrocycle)
– 様々なプロセス条件下で試験を実施
Tests were repeated for different process dynamics
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テスト結果 Test Results
– 高速プロセスのアプリケーションでは、DCSよりフィールド制御の方
が制御特性を改善できる
ISC found that in typical fast process applications, control in the
field can provide improved performance over control implemented
in the DCS
– フィールド制御は中高速のプロセスにおけるステップ応答と外乱に対
する安定性に優れている
CIF offered the best performance in both step response and
disturbance rejection in very fast and medium-speed processes
– ステップ応答では10-30%の応答時間の改善、外乱の安定性では
20％の静定時間改善
Improvements in response time of 10-30% were recorded, in
addition to improvements in disturbance rejection of up to 20%
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テスト結果（続き） Test Results (Cont’d)
• ステップ応答
62
60
P roces s Output (%)
58
56
54
S etpoint
Cas e 1 - CIF
Cas e 2 - Control in DCS (s ync)
Cas e 3 - Control in DCS (as ync)
52
50
48
0
2
4
6
8
10
12
Time (s econds )
69
14
16
18
20
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テスト結果（続き） Test Results (Cont’d)
• 外乱の安定性
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適用例　紙パルプ
Typical Applications – Pulp and Paper
– 製紙工場のウェットエンド工程（抄紙工程の上流工程）の流量ループは
製品の品質を変える時、様々な外乱により影響を受ける
In the wet end of paper manufacturing, flow loops are subject to
various disturbances, such as those involved when undergoing a
grade change
– ウェットエンドのﾙｰﾌﾟは抄紙機（ドライエンド）の主制御ループの外乱最
小化に大きな影響がある
Wet-end loops have an impact on minimizing disturbances of the
main control loops of the paper machine itself
– 抄紙機のループはむだ時間が長く、応答速度が限られている
Paper machine loops have long deadtimes and thus have a limited
ability to respond
– ウェットエンド工程にフィールド制御を適用することにより、ドライエンド
のばらつきを減少することができる
Using CIP in the wet end of the process can reduce process
variability in the dry end
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適応例　発電
Typical Applications – Power Generation
– 圧力および流量制御はプラントの総合性能に影響し結果的に負荷
変動への応答速度を決めることになる
Pressure and flow loops affect overall power plant performance
and can determine speed of response to load changes
– 非常に複雑な制御ループがあり、いろいろなプロセスに対応するた
めに微調整されている
Some control algorithms are highly complex and adapted to cope
with a wide range of processes
– フィールド制御は蒸気温度ループと蒸気・供給水の圧力ループ、更
にガスタービンの燃料供給制御に性能改善をもたらす
CIF offers performance advantages for steam temperature and
steam/feedwater pressure loops, as well as control of fuel supply
for gas turbines
– ボイラ燃焼制御でも応答速度向上が役に立つ可能性がある
Control of firing boilers can also benefit from increased speed of
response
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適応例　コンプレッサ制御
Typical Applications – Compressor Control
– コンプレッサをサージライン付近で運転することで経済的メリットが得
られ信頼性と安全性も改善する
Operating compressors close to the surge line provides economic
benefits, and improves reliability and safety
– 安全マージンはアンチサージ圧力制御装置に加わる外乱とそれに対
する応答速度で決まる
Margin of safety is directly related disturbances experienced by
the anti-surge pressure controller, and the speed at which it can
respond
– フィールド制御は専用のコンプレッサ制御装置の持つパフォーマンス
に匹敵する可能性がある
Control in the field has the potential to match the performance of
dedicated compressor controls
– コンプレッサのアンチサージ制御に関してフィールド制御は325ms～
460msの制御周期を実現できる可能性がある
CIF for compressor anti-surge control can achieve a macrocycle
time of 325-460 msec
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まとめ Benefits Summary
– フィールド制御はFOUNDATIONフィールドバスのユーザに様々な利
益をもたらします
Control in the field offers users of FOUNDATION fieldbus a number
of key performance benefits:
• 制御ループ特性の改善
Improved control loop performance
• 信頼性、稼働率の向上
Increased reliability and availability
• 制御ループの信頼性改善
Improved loop integrity
• DCS/PLCやネットワークの負荷の削減
Reduced loading on DCS/PLC and network
• 初期投資および設置コストの削減
Lower CAPEX and installation costs
• 運用コストの削減
Reduced OPEX
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結論 Conclusions
– ARCの報告書はフィールド制御による性能改善が、新しい技術をプ
ラントに適用する時に考えるビジネスメリット項目に最終的にリンクし
ているに違いないことを示しています
ARC white paper indicates that performance improvements of
control in the field must ultimately be linked to a business value
proposition – the measure of value for implementing any new
technology in the plant
– 上記のビジネスメリットに加え、下記の制御性能を改善します
Additional business benefits above and beyond control
performance include:
• 製品のばらつき削減
Reducing product variability　• グレード変更の高速化 Speed of grade changes　• スタートアップの高速化 Reduced time to startup 日本フィールドバス協会プレスカンファレンス
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ご静聴ありがとうございました。
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