Milano, 28 novembre 2013!

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1 Milano, 28 novembre 2013!

2 ISA100.11a (IEC62734) Wireless for Industrial Automation Francesco Zucca Product Manager

3 Introduzione alle ISA100.11a (IEC62734) Il comitato ISA100 è parte di ISA costituito nel 2005 stabilisce gli standard e si occupa dell'implementazione di sistemi wireless per l'automazione e controllo. Ha 400 associazioni di categoria e oltre 250 aziende producono/supportano ISA100.11a ISA100.11a definiscono le specifiche relative agli strumenti wireless per applicazioni a livello campo, queste si basano secondo standard IEEE (global standard per frequenze di banda 2.4GHZ ) Page 2

4 Yokogawa Wireless Installationi nel mondo 2,314 Transmitters 186 Projects Proprietary info goes here

5 Perchè la scelta del Wireless? Aumenta la produttivita e la qualità Risparmio dei tempi, diagnostiche avanzate Riduce i costi operativi e di manutenzione cablaggi, cavi, infrastrutture Basso costo per sicurezza intrinseca Cavi, barriere, calcoli Aiuta a soddisfare i requisiti normativi 300k$ 250k$ 200k$ Wired Ciclo di progettazione veloce 150k$ Wireless Administration 100k$ Engineering 50k$ Installation Material **Source: Apprion survey Wireless Economics

6 ISA100 Technology

7 Architettura protocollo OSI 7498 l'open Systems Interconnection (modello ISO/OSI) è uno standard per reti di calcolatori stabilito nel 1978, che stabilisce per l'architettura logica di rete una struttura a strati composta da una pila di protocolli di comunicazione suddivisa in 7 livelli, i quali insieme espletano in maniera logico-gerarchica tutte le funzionalità della rete. Page 6

8 Architettura protocollo IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers IETF/RFC Internet Engineering Task Force / Request For Comments MAC - Media Access Control Page 7

9 Sicurezza Due livelli di sicurezza Link layer security : mediante autentificazione o criptata EAS 128 Trasport layer security:autenticazione end-to-end e invio pacchetti criptati EAS 128 EAS128 può essere simmetrica (unica chiave) e assimetrica (doppia chiave) Page 8

10 Protocolli comunicazione Supporto multiprotocollo mediante tunneling / object oriented permette di utilizzare DTM, diagnostiche avanzate, allarmi etc. Page 9

11 Trasmissione dati ISA100.11a utilizza lo standard IEEE a, utilizza una modulazione a banda ultra larga 2.4 GHz su 16 canali con un approccio di tipo TH (time hopping) - Each time slot (10 to 14 msec) & can transmit 8 PV s & status 250 kbit/sec (HART 1.2 kbit/sec & FF H kbit/sec Hopping : Il mittente manda dei pacchetti dati in base a delle frequenze casuali, l algoritmo delle frequenze viene trasmesso al ricevente cosi che questo si sincronizzi ( Cambio frequenza ad determinato tempo) Vantaggi : - Immune ad interference - Robusta le inferferenze vengono evitate grazie al salto di canale - Possibilità di blacklist canali Page 10

12 Topologie di rete Star Mesh 1 salto Singolo salto minore latenza Aggiornamento veloce fino ad 1 sec Deterministico ok per il controllo Ottima efficenza - no routing Possibilità di gateway ridondate - futuro 2 salti Salti multipli - latenze Ponti su grandi distanze routing Minore efficienza - routing Non deterministico solo monitoraggio Comunicazione ridondata Page 11

13 Topologie di rete Mixed Salti multipli - latenze Ponti su grandi distanze routing Minore efficienza - routing Non deterministico solo monitoraggio Comunicazione ridondata 2 salti Page 12

14 Caratteristiche delle topologie Tipologia Star Mesh Tempo/ Numero di Device SI NO 1 second : 10 SI NO 2 seconds : 20 Veloce SI NO 3 seconds : 30 SI NO 4 seconds : 40 SI NO 5 to 10 seconds : 50 Lento SI SI 10 to 60 seconds : 50 Page 13

15 Antenne Distanze 2dBi Field Device Access Point 2dBi 600m 6dBi 2dBi 720m 6dBi 6dBi 1500m (*) * : In test secondo la legislazione dei vari paesi

16 High Sensitivity Radio Improved Technology ISA100 covers 3x the range of wirelesshart maintaining the regulatory 10mW / 10dbm output Increased range with reduced errors The radio and protocol have a greater sensitivity and reliability built upon proven technology **Empirical test data at reference site

17 Distanze 1.5km raggio (no mesh), 6km raggio (4-salti mesh) 15dBi 9dBi 15dBi 8 (km) dBi 9dBi 9dBi 9dBi 15dBi 9dBi 15dBi

18 Scalabilità Process Overview Graphics Field Control Station MW100 DATA LOGGER Field Wireless Access Point Field Wireless Management Station 20 Access points Preliminary

19 La proposta ISA100.11a Page 18

20 Yokogawa Products & ISA100 Role Page 19

21 Provisioning & Communication Flow Device Provisioning FieldMate Provisioning Tool Join key, device info & network ID The Key is the Key Field Wireless Configurator Provisioning file saved to gateway Join Procedure Checks network ID Sends join request with network ID, join key & device info Device joins network ISA100.11a ISA100.11a ISA100.11a Advertises packet with network ID Checks device info Accepts join request Network Operation Sets publish rate ISA100.11a Sends network info Publishes data ISA100.11a Page 20

22 Applicazioni Monitoraggio high speed (0.5 sec) Classe ¾ Open loop control (Classe 2 / 3) Closed loop ( Classe 1) ALE111 Update time 0.5 sec Mesh + Multi-AP Star 10 trx. High Speed Output module オープンループコントロール Open loop control Duocast+Star Closed loop control

23 Configurazione e Manutezione

24 Tools di configurazione e manutenzione Interfaccia user-friendly Configurazioni operatività e manutezione Caratteristiche dei tools Web based online tool Easy and Expert mode

25 Configurazione wireless Design grafico Configurazione automatica con auto-path

26 Tool verifica / manutenzione PER (packet error rate) verifica il paccheti ricevuti dallo strumento Log viewer : - consente di rintracciare/registrare e identificare la causa dei problemi. - Identificare utente e modifiche effettuati sulla rete e sugli strumenti. Device list Log Viewer

27 FIELD DEVICE MONITORING RSSI: Received Signal Strength Indication Desresce all aumentare della distanza PER (Packed Error Rate): deve essere < 15%

28 Check delle batterie strumenti Monitoraggio di 140 strumenti per finestra 27

29 Battery Pack Batterie di tipo commeriale Tipo D da 3.6V al litio Facilmente reperibili Design Design compatto con un unico battery pack Possibilita di cambiare le batterie in zona pericolosa Area pericolosa Batteria a basso costo Design del Battery pack, per aree pericole Ex Cambio delle batterie si fa in area sicura Cambio del battery pack in zona pericolosa Page 28

30 Manutezione Durata batterie Tempo agg. 1 sec. 1.6 anni 5 sec. 3.6 anni 10 sec. 6 anni EJX 60 sec. (anni) anni 9 10 Tempo agg. 1 sec. 5 sec. 3.7 anni 9 anni 10 sec. YTA 30 sec. Temperatura di riferimento 23 C 10 anni Page 29

31 Yokogawa History and commitment in Wireless Total Wireless Solution Field Digital Innovation ISA100 Full Functional (Large scale & Reliable wireless networks) The worlds first ISA100.11a..... compliant products (Reliable Radio) devices, 20 subnets - Full Redundant - Flexible Topology YTMX: 8ch Temperature MUX - Reliable Radio (600m) - 1 Sec Update - Open Battery Concept xtensive field trials First proprietary wireless devices Page 30

32 Prodotti ISA100.11a Field Wireless Media Converter YFGW610 Temperature Transmitter YTA510 Field Wireless Access Point YFGW510 Field Wireless Management Station YFGW410 Field Wireless Access Point YFGW510 Pressure transmitter EJX110L/EJX430L/EJX310L EJX210L Flange mounted Differential Transmitter Temperature Multiplexer YTMX580 Pressure transmitter EJX510L EJX118L/EJX438L Differential Transmitt With Diaphragm Sea

33 Soluzioni Field Wireless

34 Ottimizzazione della rete wireless Routing device with clear passage. Topologia di rete senza ottimizzazione del layout ( Maggiori latenze, Strumenti non funzinanti, manutezioni future). Topologia di rete ottimizzata ( Minori lantente, migliore efficienza, riduzione consumi batteria, miglior segnale, facile manutezione)

35 Sky mesh (Topologia mista) Implementazione Comunicazione lunga distanza 600m e in aree dense di tubazioni e attrezzature metalliche 50m. AP Communicate from a height Router Router Router Max 600 m Router I/O Max 50 m I/O I/O *: 1-salto :dino a 600m con atenna standard (2dBi) I/O I/O I/O

36 I benefit della topologia sky mesh Minimizza le latenze Semplice Manutezione Facilmente espandibile Massimizza la durata batterie AP Router Router Router Router I/O I/O I/O I/O I/O I/O

37 Field experience In open terrain In tank farm In pipe lines No obstacles Line-Of-Sight No obstacles Line-Of-Sight Higher antenna position improves communication quality >500m expected >500m expected m expected Nearby plant steelwork Complex pipe network Inside infrastructure No obstacles Line-Of-Sight Higher antenna position improves communication quality Inside plant steelwork >50m expected >50m Gain = 10mW «50m expected Photos do not represent actual test sites Page 36