Trådløs Feltinstrumentering Users Group Americas Symposium Partners in Innovation

Transkript

1 Trådløs Feltinstrumentering 2004 Users Group Americas Symposium Partners in Innovation

2 Emner Hvorfor trådløst nå? Hva finnes av systemer? Applikasjoner Spørsmål

3 Hvorfor trådløse transmittere nå? Ufordringene for industriell trådløs kommunikasjon Signalstyrke og undertrykking av støy opp mot nok batterikapasitet Nå er det bra nok til overvåkning Typisk 40% av instrumenteringen er for regulering Resten typisk 60% for overvåkning Regulering Overvåkning

4 Hvorfor trådløse transmittere? Trådløse transmittere er enklere å ta i bruk enn vanlige enheter Gir betydelige kostnadsreduksjoner pr. målepunkt Tillater målinger på roterende eller mobilt utstyr Mulige til skalerbare nettverk fra noen få til tusenvis etter hvert

5 Kablene er den opplagte besparelse! En verden uten kabler er bare starten; det stopper ikke med det, det bare begynner der Ingen kabler betyr også ingen kabelsystemer; Det forenkler også engineering en Tillater raskere prosjekt gjennomføring Lettere uttesting og vedlikehold

6 Trådløse transmittere muliggjør virkelige besparelser Eliminerer kabelkostnadene og tilhørende kabel systemer og tilleggsutstyr Grøfting & arbeid med kabelgater etc Kabinetter & Koblingsbokser i felten Inspeksjon og vedlikehold av disse systemene Multi-core cable

7 Oppsplittet Ex arkitektur Trådl dløse transmittere er ATEX EExia sertifisert Base Radio er ATEX EExd (n) sertifisert

8 Oppsplittet Ex arkitektur EExia installering for kostnaden av EExd Ingen EExia strømtilførsler, barriærer, kabler eller tilkoblinger nødvendig Besparelser på installering, uttesting & vedlikehold Enklere engineering, ingen beregninger nødvendig Total induktans & kapasitans etc

9 Emner Hvorfor trådløst nå? Hva finnes av systemer? Applikasjoner Spørsmål

10 Frekvenser Trådløse enheter til mange formål Radio, tv, mobiltelefoner, trådløse kontor nett, Mange kommunikasjonsformer tilpasset sitt formål Infrarødt lys, Bluetooth, Wlan, GSM, satellitt kommunikasjon Meste parten av radio bølgene er allerede avsatt til disse formål I Europa er 868 MHz & 2,4 GHz tilgjengelig for industrien

11 Frekvenser 868 MHz: tynt frekvensområde og ikke så stor plass til altfor mange robuste transmitter signaler med tilfredsstillende oppdaterings intervall 2,4-2,48 GHz: mer populært et større frekvens bånd som gir plass til mange signaler og ikke minst kan brukes verden over

12 Topologi Stjernenett Enkelt, alle transmittere kommuniserer med en baseradio Lite strømforbruk Forutsigbar batteri levetid Forholdsvis lang rekkevidde Kortere oppdaterings tid

13 Eksempel på stjerne nettverk Bi-directional RF link Base Radio Data Acquisition System or DCS Wireless P&T Transmitters

14 Eksempel på stjerne nettverk Fra 2004/6, over 300 installasjoner, Sender på 868 MHz Rekkevidde inn til baseradio 600 m (1500 m) Inntil 5 sekunder oppdatering Batteri kapasitet 3-5 år Fra baseradio på Modbus, eller seriell tilkobling Kun for overvåkning

15 Topologi Maskenett Avansert routing Større strømforbruk For å spare batteri Visker for å spare energi Kortere rekkevidde Lengre oppdateringstid Vanskelig forutsigbar batteri levetid

16 Eksempel på maskenettverk Selvorganiserende nettverk, nettopp ATEX godkjent, sender på 2,4 GHz Bruker transmittere som router og sender fra transmitter til transmitter Om en transmitter blir defekt eller ikke kan sende vanlig rute finner nettverket ny kommunikasjonsvei dersom det er en transmitter i nærheten Max rekkevidde 50 m Inntil 15 sekunder oppdatering + latency 5-10 sekunder 5 års batteri / 60 sekunder Fra gateway på Modbus, seriell tilkobling, OPC evt. Wlan Kun for overvåkning

17 Topologi Kombinasjon maske og stjernenett Avansert routing I denne sammenheng Transmittere i stjernenett med batteri Sender inn til strømforsynte noder Innlagt redundans slik at transmitter kan velge en annen node dersom sending til tilhørende node ikke fører fram

18 Eksempel på kombinasjonsnettverk Applications Wireless Server Tools (Security, DCT/NMT & OPC Server) TCP Serial Converter DCS Client or othr Client (OPC DA/AE, Modbus Serial, Modbus TCP) Authenticatio n Device Wireless Infrastructure Network Network Management Network Monitoring & Management Tools Client inodes Wireless Sensors Mesh Wi-Fi Sensor/actuator Protocol Mobile Station

19 Eksempel på kombinasjonsnettverk Kommer mot slutten av 2007 Sender på 2,4 Ghz Stjernenettet batteridrevet De selvorganiserende nodene i maskenett har strømtilførsel På den måten har begge nett god rekkevidde Rekkevidde inn til node 600 m, mellom noder 10 km (foreløpige tall) Inntil 1 sekunder oppdatering 10 års batteri / 5 sekunder Fra gateway på Modbus, OPC eller seriell tilkobling Kun for overvåkning

20 Tilgjengelige enheter Transmittere for Temperatur Trykk/differansetrykk Av/på Omformer fra 4-20 ma til RF Utgangs enheter 4-20 ma & av/på utganger i sikker sone Gateway s og noder har Wlan kommunikasjon som øker rekkevidden for evt. mobile enheter Tablet PC er viser prosess bilder i felten Kommunikatorer som utvekseler data

21 Hva kommer videre utover i 2008, sec regulering (kontrollert latency ) ¼ sec oppdatering Solcelle panel Mange flere transmitter typer med trådløs kommunikasjon Trådløse multiplexere Brensel celle batterier

22 Sikkerhet: Kommunikasjons måter som unngår blokkering DSSS Digital Sequence Spread Spectrum Sprer informasjonen over flere frekvenser Undertrykker/filtrerer støy FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum er en gjennomprøvd militær teknologi Kommunikasjon er spredt tilfeldig over flere pre-programmerte kanaler Unngår en støy befengt frekvens, beholder kommunikasjon også ved mye støy

23 Hvordan fungerer frekvens hopping? Effekt Watt MHz MHz Frekvens

24 Sikkerhet: Kommunikasjons måter som unngår blokkering Ytterligere å øke sikkerheten brukes mange ting Kryptering, transmitterverifikasjon, og f.eks. CRC: Cyclic Redundancy Checking Bekrefter om meldingen er uendret, en slags sjekk sum Om meldingen har blitt endret kan den bli gjenoppbygd ved å bruke redundante bits Om det ikke lar seg gjøre, vil base radioen automatisk spørre om ny sending

25 Et sikkert trådløst nettverk bør tilby Konfidensialitet Beskjed Integritet Gjentakelses beskyttelse Kilde pålitelighets sjekk Motstandsdyktighet mot utelukkings angrep Enkel softwarenøkkel styring Passiv avlytter Mann-i-midten Feil enheter Støy Angrep

26 Samtidig må et sikkerhet nettverk tilby Tolerant System karakteristikk som tillater andre system F.eks. Walkietalkie, WLAN, mobiltelefoner og andre trådløse systemer Får gjort jobben i sameksistens med andre systemer

27 Industriell Standard for trådløst Det tilbys åpne løsninger som tilpasses standard utviklingen Hjelper andre transmitter leverandører med protokoll og utstyr Konkurrerer likevel om å vinne fram med sin teknologi, men noe ala feltbusskrigen ser ut til å utebli Ser verdien av interoperabilitet og standard enheter Har en utviklingsplan for å tilpasse seg ratifisert standard når den kommer og kommitter seg til det Dagens utstyr vil interfaces til ny standard

28 Industriell Standard for trådløst De store leverandørene rene jobber med forskjelliger organisasjoner for å jobbe fram nye standarder WINA (Wireless( Industrial Networking Alliance) jobber for å akselerere bruken av trådl dløs s teknologi i den industrielle sektor. (July( 2002), WINA s charter: Identifisere, anbefale, og sertifisere passende trådl dløse teknologier med fokus påp sluttbruker s behov. Promotere effektive standarder og praksis. Avdekke og kommunisere e fordelene og potensielle følger f av trådl dløse teknologier. Mange brukere og produsenter med. To verdens omspennende standard initiativ: Wireless HART, vil definere ny standard for HART baserte instrumenter for trådl dløs kommunikasjon av diagnose og andre tilgjengelige informasjoner i eksisterende HART instrumenter, støttes ttes av kun noen produsenter og ingen brukere er med. ISA, (Instrumentation and Automation Society) ) medlemmer brukere og produsenter. Komiteer SP100 for tråløs automasjon, vil etablere standarder, anbefale praksis, kommer med rapporter som vil definere prosedyrer for implementering av tråløse systemer. Veiledning direkte til system designer selskaper & brukere. ISA er kjent for å finne konsensus og IEC har ofte vidreført rt ISA s beslutninger.

29 . Industriell Standard for trådløst SP100.11a komiteen arbeider med standard for (5) overvåkning til regulering (1) (ikke safety (0)), drevet av brukernes ønsker. Mange brukere og produsenter er med. SP100.11a release 1 vil, (så langt vedtatt): Inkludere kun 2,4 GHz IEEE signal, men med kanal hopping i tillegg for høyere h sikkerhet og sameksistens Inkludere både b stjerne og maskenett Være for alle prosesser i og nær n r fabrikken Bruker en beskjed struktur som gjør r den svært kompatibel med FF,HART, Profibus så vel som OPC.

30 Emner Hvorfor trådløst? Hva finnes av systemer? Applikasjoner Spørsmål

31 Hvor kan jeg bruke trådløse transmittere? Ideelt for overvåknings applikasjoner hvor en oppdatering lengre enn hvert 5 sekund er akseptabelt For vanskelig tilgjengelige prosess lokasjoner fjerntliggende prosess avsnitt som er vanskelig å instrumentere Eller hvor det ikke eksisterer strømtilførsel i det hele tatt Eller oppgradere eksisterende manuelle måle punkter Bimetall indikatorer & Manometre

32 Honeywell Wireless Solutions: Simple, Safe, Honeywell.com Typisk trådløs løsning #1? Manuell overvåkning Sikkerhet & Pålitlighet Applikasjon Periodisk avlesning av trykk og temperatur indikatorer Diskusjonspunkter: Tid til å gå rundt å sjekke Avlesningene er ikke så nøyaktige Tid fra avlesning til en kan utføre endringer Få personell utav usikre områder Løsning: Trådløse Trykk & Temperatur transmittere ni

33 Typisk tråløs løsning # 2? Reallokering av eksisterende kablet infrastruktur Applikasjon Ønsker å implementere en ny kablet regulerings strategi eller oppgradere eksisterende trådbundne målinger Diskusjonspunkter: Tilgjengelig eksisterende kabel Investeringer i kablet infrastruktur nødvendig Løsning: Trådløse Trykk & Temperatur transmittere Bytte overvåknings transmittere til trådløse enheter

34 Typisk trådløs løsning # 3? Flyttbare diagnostikk målinger Applikasjon Finne ut av prosess problemer effektivt Diskusjonspunkter: Midlertidige måle punkter til å gjøre diagnose på trøblete applikasjoner Ønsker å begrense kostnader pr punkt Løsning: Trådløse transmittere

35 Typisk trådløs løsning # 4? Større prosess synlighet færre blind soner Applikasjon Forbedre produksjonsutstyr for å få bedre prosess innsikt Diskusjonspunkter: Eksisterende instrumentering oppfyller ikke alle de opprinnelige design ønsker Ikke nok ekstra kabel kapasitet lagt på grunn av trange budsjett Løsning: Trådløse transmittere

36 Typisk trådløs løsning # 5? Automatisere manuell nivå måler avlesning Applikasjon Tank farm Diskusjonspunkter: Avlesnings tid Nøyaktighet Løsning: Trådløse trykk transmittere

37 Typisk trådløs løsning # 6? Målinger på roterende utstyr Applikasjon Prosess overvåkning på roterende sylinder Diskusjonspunkter: Trenger spesialdesignet elektromekanikk Målingen ikke pålitelig (støv, skitt, fett etc.) Mye vedlikehold Høy kostnad for ekstra målinger Løsning: Trådløse transmittere

38 Oppsummering ATEX godkjente transmittere er tilgjengelig for overvåkning Kan redusere kostnader betydelig Nye standarder for industriell trådløs kommunikasjon er på vei Produsentene vil tilpasse seg nye standarder Utstyr levert i dag vil kunne tilknyttes nye standarder Oppfordring: Ta i bruk trådløs instrumentering nå og få erfaring til løsninger før regulering blir tilgjengelig

39 Emner Hvorfor trådløst? Hva finnes av systemer? Applikasjoner Spørsmål

40 2004 Users Group Americas Symposium Partners in Innovation