Drahtlose Feldinstrumentierung

06.03.2018   Eine Broschüre zum „Gatewaymodul“ (FN110-R1/LN90) wird veröffentlicht.
21.11.2017   Broschüre „Yokogawa führt mit ISA100 Wireless^TM konformes Gatewaymodul ein“ – Ideale für den Aufbau klein angelegter Systeme für die drahtlose Feldinstrumentierung –
18.07.2017   Broschüre „Lösung für die drahtlose Feldinstrumentierung von Yokogawa“ wird aktualisiert.
23.03.2017   Yokogawa und Cosasco schließen einen Vertrag über den Vertrieb von auf ISA100 Wireless™ basierenden Produkten – Wartungsoptimierung und Steigerung der Sicherheit – (siehe die Website von Cosasco: http://www.cosasco.com/)
08.12.2016   Yokogawa führt den auf ISA100 Wireless^TMbasierenden Vibrationssensor für die drahtlose Feldinstrumentierung mit schnellen Datenaktualisierungen und langer Akkulaufzeit ein (siehe Multifunktionsmodul FN510 für die drahtlose Feldinstrumentierung).
23.09.2016   Yokogawa wird mit dem SICE-Preis ausgezeichnet (siehe Pressemeldung von Yokogawa vom 23. September 2016).
10.08.2016   Yokogawa führt den vielseitigen Assistenten FieldMate® R3.02 zur Geräteverwaltung ein – erhebliche Reduzierung des Wartungsaufwands –
08.08.2016    Endanwenderkonferenz zu ISA100 Wireless wird am 27. September 2016 in Rotterdam, Niederlande, veranstaltet.
21.07.2016    Murata leitet die Massenproduktion eines drahtlosen Kommunikationsmoduls mit 2,4-GHz-Band ein, das gemäß Zertifizierung mit ISA100 Wireless konform ist.
17.06.2016    FN310 und FN510 (ATEX-Zertifizierung) werden auf den Markt gebracht.
22.04.2016    FN110, FN310 und FN510 (für die Vereinigten Staaten und Kanada mit Zulassungen durch Factory Mutual sowie IECEx-Zertifizierung) werden auf den Markt gebracht.
18.03.2016    Zugangspunkt YFGW510 für die drahtlose Feldinstrumentierung (wahlweise mit Explosionsschutzzulassung nach ATEX und IECEx) wird auf den Markt gebracht.
18.03.2016    Eine Reihe von YFGW-Geräten für die drahtlose Feldinstrumentierung erfüllt neue rechtliche Rahmenbedingungen (NLF-Standards).
22.02.2016    Yokogawa schließt einen Vertrag mit Statoil, der die gemeinschaftliche Entwicklung eines Systems für die drahtlose Feldinstrumentierung regelt – Überwachung von Anlagenlärmpegeln in Echtzeit –
05.01.2016    Neue Bekanntmachung „Lösung für die drahtlose Feldinstrumentierung von Yokogawa“ (Bekanntmachung 01W01A13-01EN) wird veröffentlicht.
04.11.2015    Pharmazeutische Lösung „Grundwasserpegelüberwachung“ wird hinzugefügt.
13.10.2015    Murata bringt ein technisches Muster des ISA100 Wireless-Moduls auf den Markt.
28.07.2015    Zwei Anwendungshinweise, „Temperaturüberwachung im PID-Regelkreis bei der Stahlherstellung“ und „Leistungsprüfung für schlauchlose Reifen“, werden hinzugefügt.
23.07.2015    Yokogawa und GasSecure bringen das weltweit erste SIL2-zertifizierte drahtlose Gaswarnsystem für LNG-Anlagen auf den Markt.
03.07.2015    Plant Resource Manager (PRM) R3.20 wird veröffentlicht. Er enthält eine optimierte Verwaltungsfunktion für ISA100 Wireless™-Feldgeräte.

Neues Konzept „Wireless Anywhere“

Erweiterter Einsatz von auf ISA100.11a basierenden Systemen für die drahtlose Feldinstrumentierung mit dem Konzept „Wireless Anywhere“

Die Yokogawa Electric Corporation gibt die Einführung eines neuen Geschäftskonzepts mit dem Namen „Wireless Anywhere“ bekannt. Kernpunkt dieses Konzepts ist der anlagenweite Einsatz von mit ISA100.11a konformen Funkkommunikationstechnologien zum Zwecke der Überwachung und Steuerung.

Kontinuierliche Prozesse, die hochmodernen drahtlosen Steuerungs- und Regeltechnologien bedürfen, profitieren von den weltweit ersten mit ISA100.11a konformen Systemkomponenten und Messumformern, die Yokogawa im Juli 2010 auf den Markt brachte. Damit können Kunden aus einem noch flächendeckenderen Gerätespektrum auswählen.

Im Sinne des sogenannten „Grow“-Konzepts führte Yokogawa in 2012 drei neue Geräte für Systeme für die drahtlose Feldinstrumentierung ein und erweiterte damit das bestehende Angebot an drahtlosen Druck- und Temperaturmessumformern. Kunden wurde damit wiederum die Möglichkeit eröffnet, ihre drahtlosen Anlagennetzwerke auszubauen und den größtmöglichen Nutzen aus ihren bestehenden Assets zu ziehen. Diese mit ISA100.11a konformen Drahtlosprodukte bieten sich für die Einrichtung höchst zuverlässiger, groß angelegter Anlagennetzwerke an. Außerdem können sie gemeinsam mit anderen Produkten von Yokogawa in klein bis mittelgroß angelegte Netzwerke eingebunden werden, um auf diese Weise einen deutlichen Ausbau der Netzwerkfähigkeiten herbeizuführen.

Der Standard ISA100.11a gewährleistet ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit, Anwendungsflexibilität, Netzwerkerweiterbarkeit und Kompatibilität mit einer Vielzahl von kabelgebundenen Kommunikationsstandards wie FOUNDATIONTM Fieldbus, HART® und PROFIBUS. Netzwerksysteme und -geräte für die drahtlose Feldinstrumentierung mit voller ISA100.11a-Funktionskompatibilität nutzen hochmoderne duale Redundanztechnologien. Diese bieten eine deutlich höhere Zuverlässigkeit und gestatten gleichzeitig eine umfassende Skalierbarkeit sowie eine Langstreckenkommunikation.

Yokogawa setzt alles daran, dieses neue „Wireless Anywhere“-Konzept adäquat zu fördern, um damit eine Ausweitung des Einsatzes von ISA100.11a-konformen Produkten und zugehörigen Dienstleistungen herbeizuführen. Dieses Vorhaben steht ganz im Sinne unseres bestehenden „Grow“-Konzepts, das zur Einführung von drahtlosen Kommunikationstechnologien anregt. Hierzu wirbt das Konzept mit der inhärenten Zuverlässigkeit, Flexibilität und Offenheit solcher Technologien.

Merkmale eines Systems für die drahtlose Feldinstrumentierung mit voller ISA100.11a-Funktionskompatibilität

Systeme wie diese greifen auf hochmoderne redundante Technologien zurück und gewährleisten auf diese Weise Rückmeldungen in Echtzeit. Gleichzeitig können sie besonders groß angelegt werden und bis zu 20 Zugangspunkte sowie 500 drahtlose Feldgeräte umfassen. Setzt das System sich aus einem Hostsystem und 500 drahtlosen Feldgeräten zusammen, nimmt die Datenaktualisierung 5 Sekunden in Anspruch. Im Falle eines Hostsystems und 200 drahtlosen Feldgeräten erfolgt die Datenaktualisierung in gerade einmal 1 Sekunde. Die drahtlosen Feldgeräte sind nachweislich in der Lage, über Strecken von bis zu 10 km*1 zu kommunizieren. Dies entspricht der 20-fachen Reichweite konventioneller Systeme.

Unsere drahtlose physikalische Schicht (Reliable Radio) und unsere Technologien zur Systemredundanz sorgen für ein Höchstmaß an Zuverlässigkeit. Mit unserer Duocast-Technologie sendet jedes Feldgerät zeitgleich identische Daten an zwei bestimmte Zugangspunkte. Auf diese Weise wird eine unterbrechungsfreie Kommunikation sichergestellt, falls bei einem der Punkte eine Störung auftreten sollte. Eine solche Duplizierung von Gateways und Systemen macht unsere Drahtlossysteme noch zuverlässiger. Die drahtlosen Feldgeräte sind nachweislich in der Lage, über Strecken von bis zu 10 km*1 zu kommunizieren. Dies entspricht der 20-fachen Reichweite konventioneller Systeme.

* 1 Bei Einsatz einer Antenne mit großer Reichweite. Regionale Vorschriften schränken den Einsatz solcher Antennen in Verbindung mit drahtlosen Feldgeräten unter Umständen ein.

Das Konzept „Wireless Anywhere“

Mit „Wireless Anywhere“ knüpft Yokogawa nahtlos an das bestehende „Grow“-Konzept an und spricht sich damit für den anlagenweiten Einsatz von Systemen für die drahtlose Feldinstrumentierung mit voller ISA100.11a-Funktionskompatibilität aus. In diesem Zusammenhang verfolgt Yokogawa die folgenden drei Initiativen:

1. Beschleunigung der Produktentwicklung durch die Modularisierung von Drahtloskomponenten
Yokogawa entwickelt modularisierte Drahtloskomponenten, mit denen die unterschiedlichen Technologien in seine drahtlosen Feldgeräte integriert werden. Anbietern wird es somit möglich, die ISA100.11a-Technologie einfacher in neue Sensorprodukte einzubinden und die Markteinführung zu beschleunigen. Die Einführung neuer drahtloser Feldgeräte mit solchen Komponenten hat Yokogawa für Ende 2013 geplant und baut damit sein bestehendes Produktsortiment aus.

2. Förderung der Übernahme des Industriestandards ISA100.11a
Yokogawa arbeitet mit anderen Mitgliedern des ISA100 Wireless Compliance Institute (ISA100WCI) zusammen, um weitere WCI-Mitgliedsunternehmen hinzuzugewinnen und die Akzeptanz des Standards ISA100.11a aktiv zu fördern. Im selben Atemzug soll so der Markt für die drahtlose Feldinstrumentierung ausgebaut werden. Um künftig ein breites Spektrum an ISA100.11a-konformen Produkten auf dem Markt anbieten zu können, beliefert Yokogawa unter Umständen auch andere Anbieter mit modularisierten Komponenten.

3. Realisierung einer Hostanbindung für kabelgebundene wie auch drahtlose Feldnetze
Zur Förderung des Einsatzes von Systemen für die drahtlose Feldinstrumentierung im Rahmen von Überwachungs- und Regelungsanwendungen arbeitet Yokogawa an der Verbesserung der Leistung anlagenweiter Netzwerke für die drahtlose Feldinstrumentierung. Hierzu ist es notwendig, dass sowohl kabelgebundene als auch drahtlose Feldgeräte und Systeme an die Hostüberwachungs- und Regelungssysteme angebunden werden können. Dafür bedarf es wiederum einer Entwicklung von Technologien, die gewährleisten, dass Hostsysteme und Feldgeräte über eine Vielzahl von Protokollen miteinander kommunizieren können. Mit einem ISA100.11a-konformen Adapter wäre es beispielsweise möglich, dass sich ein kabelgebundenes Feldgerät mit einem Drahtlosnetzwerk verbindet.

Fazit

Yokogawa fördert das neue „Wireless Anywhere“-Konzept im Zusammenhang mit Lösungen, die nahtlos mit den an Produktionsstandorten eingesetzten Geräten und fortgeschrittenen Informationstechnologien zusammenwirken. Auch künftig widmet Yokogawa sich der Entwicklung drahtloser Feldgeräte für Überwachungs- und Regelungsanwendungen. Gleichzeitig strebt Yokogawa eine Zusammenarbeit mit seinen Kunden an, um diesen durch die Realisierung eines optimalen Anlagenbetriebs zu einem langfristigen Wachstum zu verhelfen.

Groß angelegtes, zuverlässiges, anlagenweites System der nächsten Generation für die drahtlose Feldinstrumentierung

Eine neue Architektur für unser „Grow“-Konzept

Yokogawa hat im Jahre 2010 die weltweit ersten drahtlosen Feldgeräte eingeführt, die den Anforderungen des Industriestandards ISA100.11a genügen, und steht seitdem an der Spitze dieses Markts. Zwischenzeitlich führte Yokogawa ein neues groß angelegtes, zuverlässiges, anlagenweites System der nächsten Generation für die drahtlose Feldinstrumentierung ein.  
Dieses System bildet das Herzstück sämtlicher Lösungen zur digitalen Feldinstrumentierung. Bei seiner Entwicklung konzentrierte Yokogawa sich vornehmlich auf die folgenden drei Hauptmerkmale.

1. Zuverlässigkeit: zuverlässige, leistungsstarke Funk- und Redundanztechnologien
2. Flexibilität: flexible Architektur, die das gesamte Spektrum von klein bis hin zu groß angelegten Anlagen abdeckt
3. Offenheit: offener ISA100.11a-Standard, der eine Anbindung drahtloser Feldgeräte von Fremdherstellern gestattet

Die Entwicklung dieses neuen Systems erfolgte ganz im Sinne des „Grow“-Konzepts von Yokogawa. Bei diesem Konzept geht es darum, Kunden zu einem Wachstum zu verhelfen. Gleichzeitig stellt es sicher, dass auch Yokogawa selbst sich stetig weiterentwickelt und fristgerecht adäquate Lösungen anbietet.

Vorteile des Systems der nächsten Generation für die drahtlose Feldinstrumentierung

Derzeit sind die meisten Systeme für die drahtlose Feldinstrumentierung noch in relativ überschaubaren Arealen zu verorten. Nichtsdestotrotz werden vermehrt Forderungen laut, die Anzahl an Überwachungspunkten zu erhöhen, größere Flächen abzudecken und die Technologien auf die Prozesssteuerung sowie auf die Diagnose, Überwachung und Messung auszuweiten.
Um dieser Nachfrage gerecht zu werden, hat Yokogawa ein groß angelegtes, zuverlässiges, anlagenweites System der nächsten Generation für die drahtlose Feldinstrumentierung entwickelt, mit dem bis zu 500* drahtlose Feldgeräte verwaltet werden.
* Die Anzahl an drahtlosen Feldgeräten, die bewerkstelligt werden kann, unterliegt der Softwareversion von YFGW410.

Konventionelle klein angelegte Systeme für die drahtlose Feldinstrumentierung werden vorwiegend als zusätzliche Hilfsmittel zur Überwachung von Arealen mit freier Sichtlinie eingesetzt, beispielsweise für Tanklagerplätze und Abwasseraufbereitungsanlagen. Systeme wie diese bieten vergleichsweise wenige Vorzüge. Nennenswerte Beispiele wären ein optimiertes Bestandsmanagement, weniger häufige Sichtprüfungen, automatisierte Umgebungsmessungen und geringere Verkabelungskosten.
Dagegen können anlagenweite Systeme für die drahtlose Feldinstrumentierung eine große Anzahl an Messstellen auf relativ kleinem Raum mit vielen verschiedenen Produktionsanlagen abdecken. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass sich die Installation von Drahtlosgeräten bei beengten Platzverhältnissen nur recht schwierig gestaltet. Gleichzeitig eignen solche Systeme sich auch für ganze Anlagen und Werke. Auf diese Weise wird es Kunden möglich, ihre Anlagen beliebig mit Drahtlosgeräten auszustatten. Die von diesen Geräten gesammelten Daten können anschließend zielgerichtet verwaltet werden, um eine anlagenweite Steigerung der Produktionsleistung herbeizuführen.

Architektur des groß angelegten, flexiblen Systems für die drahtlose Feldinstrumentierung

Eigens für das neue Systeme für die drahtlose Feldinstrumentierung hat Yokogawa die folgenden Produkte entwickelt:

• Verwaltungsstation YFGW410 für die drahtlose Feldinstrumentierung
• Zugangspunkt YFGW510 für die drahtlose Feldinstrumentierung
• Medienkonverter YFGW610 für die drahtlose Feldinstrumentierung

Unser YFGW710, ein integriertes Gateway für die drahtlose Feldinstrumentierung, führt sämtliche Funktionen von Zugangspunkten und Verwaltungsstationen an nur einem Punkt zusammen, was für eine vereinfachte Installation von kleinen Drahtlossystemen sorgt.
Innerhalb der neuen Architektur fungiert der YFGW510 als Zugangspunkt und bildet in Verbindung mit YFGW410, der Verwaltungsstation für die drahtlose Feldinstrumentierung, das Backbone-Drahtlosnetzwerk.
Werden anlagenweit also gleich mehrere YFGW510-Zugangspunkte für die drahtlose Feldinstrumentierung installiert, können drahtlose Subnetze eingerichtet und anschließend miteinander vernetzt werden. Auf diese Weise kann ein groß angelegtes, anlagenweites Netzwerk für die drahtlose Feldinstrumentierung geschaffen werden.
Die Kommunikation zwischen YFGW510 und YFGW410 kann via Ethernet, optisches Ethernet, WLAN, Kabel* usw. hergestellt werden, was flexible Installationsmöglichkeiten in Anlagen gestattet.
* Die kabelgebundene Kommunikation wird erst mit der nächsten Phase unterstützt.
Ein Beispiel für die Systemkonfiguration ist nachstehend aufgeführt.

Unterstützende Technologien für ein höchst zuverlässiges System für die drahtlose Feldinstrumentierung

Die Lösungen zur drahtlosen Feldinstrumentierung von YOKOGAWA zeichnen sich durch eine herausragende Empfangsleistung aus. Gleichzeitig bieten auch die drahtlosen physikalischen Schichten (Reliable Radio) ein hohes Maß an Zuverlässigkeit. Sollte die Funkstrecke frei von Hindernissen sein, ermöglicht die Technologie in Verbindung mit einer Standardantenne eine Langstreckenkommunikation von 600 m. Trotz Mehrwegsumgebung im sogenannten „Pipe Jungle“ bleibt die Paketfehlerrate gering.

Die Zuverlässigkeit der Netzwerkschicht lässt sich unter Anwendung einer neuen Technologie noch weiter verbessern. In diesem Zusammenhang schlägt YOKOGAWA die folgenden beiden Technologien vor.

1. Duocast

Duocast ist eine Redundanztechnologie für die im Standard ISA100.11a angeführte Funkstrecke. In einem konventionellen Netzwerk mit Mesh-Topologie werden die Daten über einen anderen Pfad übertragen, falls für den ursprünglichen Pfad keine Kommunikation hergestellt werden kann. Dies kann sich jedoch auf die Echtzeitleistung auswirken, da die Daten nicht innerhalb desselben Zeitfensters, sondern auch bei identischem Superframe in einem späteren Zeitfenster gesendet werden.
Dagegen gewährleistet Duocast eine gleichzeitige Übermittlung identischer Daten innerhalb desselben Zeitfensters. Sofern auch nur eines der beiden Datenpakete erfolgreich übertragen wird, bleibt die Echtzeitleistung gewahrt. Demnach kann mit Duocast die Redundanz betriebskritischer Funkstrecken sichergestellt werden. Im selben Atemzug trägt die Technologie zur Steigerung der Zuverlässigkeit bei geringeren Latenzzeiten bei (siehe unten stehende Abbildung).

Duocast wirkt somit Ausfällen der Zugangspunkte sowie funkstreckenbezogenen Störungen entgegen.

2. Duales Backbone-Drahtlosnetzwerk

Die zwischen YFGW510 und YFGW410 bestehende Verbindung wird auch als Backbone-Drahtlosnetzwerk bezeichnet. Der Standard ISA100.11a schreibt hierbei die für eine Steigerung der Zuverlässigkeit des Netzwerks erforderliche Redundanz vor. Diese wird mithilfe der redundanten YFGW410-Stationen erzielt. Jede der beiden YFGW410-Stationen kann mit einer Unterbrechung und Fehlern des Backbone-Drahtlosnetzwerks sowie mit Störungen der jeweils anderen YFGW410-Station umgehen (siehe die unten stehende Abbildung).

Zwei Stationen werden über ein synchrones Kommunikationskabel miteinander verbunden. Dabei ist eine Station als aktive Station und die andere als Stand-by-Station konfiguriert. Sollte ein Problem mit der aktiven YFGW410-Station bestehen, werden sämtliche Funktionen und Daten umgehend auf die im Stand-by-Modus befindliche YFGW410-Station verschoben, damit die Kommunikation nahtlos fortgesetzt werden kann.

Optimierte Ausführung von drahtlosen Messumformern

Die drahtlosen Differenzdruck- und Druckmessumformer sowie die drahtlosen Temperaturmessumformer wurden mit der Markteinführung des anlagenweiten Systems für die drahtlose Feldinstrumentierung optimiert.

Verbesserung der Kommunikationsqualität mit abnehmbarer Antenne

Es wurde eine Modellausführung mit abnehmbarer Antenne auf den Markt gebracht. Das Antennenverlängerungskabel und die Antenne mit hoher Reichweite* können in Verbindung mit diesem Modell verwendet werden. Die Platzierung der Antenne kann unter Verwendung des Antennenverlängerungskabels flexibel geändert werden, ohne die Einbaulage der Messumformer modifizieren zu müssen.

Wird die Antenne mit hoher Reichweite* eingesetzt, lässt die Kommunikationsstrecke sich sogar noch erweitern.
* Unterliegt den Vorgaben des Funkverkehrsgesetzes des jeweiligen Landes.

Verlängerung der Akkulebensdauer mit geringer Leistungsaufnahme

Die Akkulebensdauer der Modellausführung mit abnehmbarer Antenne ist dank geringer Leistungsaufnahme im Vergleich zum konventionellen Produkt länger. Je nach herrschenden Bedingungen bietet das Modell eine 1,5 bis 2 Mal längere Akkulebensdauer. Beispiele für die Akkulebensdauer sind nachstehend aufgeführt.

Drahtloser Differenzdruck-/Druckmessumformer der Serie EJX B (Verstärkergehäusecode 8 oder 9)

10 Jahre bei einem Aktualisierungsintervall von 30 Sekunden
5 Jahre bei einem Aktualisierungsintervall von 10 Sekunden

Drahtloser Temperaturmessumformer YTA510 (Verstärkergehäusecode 8 oder 9 und Low Power-Modus)

10 Jahre bei einem Aktualisierungsintervall von 10 Sekunden
8 Jahre bei einem Aktualisierungsintervall von 5 Sekunden

Zusammenfassung

Yokogawa hat sich zehn Jahre lang mit der Forschung und Entwicklung von industriellen Funktechnologien befasst und im Zuge dieser Bemühungen eine Vielzahl von Standards miteinander verglichen. Dabei kam Yokogawa zu dem Schluss, dass eine Übernahme von Drahtlossystemen im Bereich der industriellen Mess- und Regeltechnik nur unter der Voraussetzung möglich ist, dass jegliche Instabilitäten weitestgehend von drahtlosen physikalischen Schichten (Reliable Radio) beseitigt werden. Auch das System selbst muss seinen Beitrag dazu leisten.

Unter den vielen verschiedenen Standards zur industriellen Funkkommunikation stellte sich der ISA100-Standard als geeignetste Wahl zur Realisierung des Vorhabens von Yokogawa heraus. Aus diesem Grund hat Yokogawa eben diesen Standard übernommen und im Jahre 2010 schließlich die weltweit ersten ISA100-konformen Produkte auf den Markt gebracht.

Seitdem führte Yokogawa unzählige Drahtlosanwendungen ein. Hierfür nahmen die Ingenieure von Yokogawa an mehr als 100 Standorten weltweit Untersuchungen vor.

Die gesammelten Erkenntnisse ebenso wie die von vielen Kunden eingeholten Informationen flossen letztlich in die Entwicklung ein, um die Vorzüge des Standards ISA100 vollumfänglich nutzen zu können (volle ISA100-Funktionskompatibilität). Gleichzeitig wurden so die Bedeutsamkeit und die Rolle der Funkkommunikation im Hinblick auf Innovationen im Bereich der digitalen Feldinstrumentierung genauer festgelegt und gesichert.

Zuverlässigkeit von drahtlosen Kommunikationstechnologien

Nach allgemeiner Auffassung gilt die Funkkommunikation als recht unbeständig und instabil. Dies mag auf unsere tagtäglichen Erfahrungen mit Mobiltelefonen und WLAN-Netzwerken zurückzuführen sein. Die Mobilfunktechnologie machte im Laufe der vergangenen Jahre rasante Fortschritte. Dementsprechend konnten die neuesten digitalen Funkkommunikationstechnologien eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass die schnellen Datenübertragungsgeschwindigkeiten und die Zuverlässigkeit der Kommunikation auch dann gegeben waren, wenn der Benutzer in Bewegung ist – ob zu Fuß oder bei höheren Geschwindigkeiten in Fahrzeugen und Zügen.
Angesichts der Tatsache, dass der Benutzer in Bewegung und der Verwendungsort dementsprechend nicht fix ist, stößt die Funkkommunikation jedoch recht schnell an ihre Grenzen. Die Funkwellenumgebung ändert sich unter solchen schwierigen Bedingungen dynamisch, wodurch es zu den typischen Instabilitätsproblematiken kommt.
Dagegen wird bei vielen Anwendungen im Bereich der industriellen Messtechnik zunächst die Messstelle betrachtet und anschließend am Installationsort festgemacht. Selbst wenn der Benutzer in Bewegung ist, sind sowohl die Geschwindigkeit als auch der Bewegungsspielraum vergleichsweise begrenzt. Auch die erforderliche Datenübertragungsgeschwindigkeit ist recht gering. Somit liegt ein Umfeld vor, in dem die Zuverlässigkeit der Funkkommunikation relativ mühelos gewahrt werden kann. Anders ausgedrückt ist es möglich, die Bedingungen zur Gewährleistung einer ausreichend stabilen Funkkommunikation im Vorfeld festzulegen.
Der Einsatz der neuesten digitalen Drahtlostechnologien in solch einem günstigen Umfeld gewährleistet somit eine Zuverlässigkeit, die mit der einer kabelgebundenen Kommunikation vergleichbar ist.

Durch digitale Kommunikationstechnologien gebotene Sicherheit

Selbst bei einer festen Funkkommunikation sind mehrere Aspekte zu berücksichtigen. Dazu zählen beispielsweise Interferenzen und Einstreuungen von anderen Funkkommunikationseinrichtungen. Unter Verwendung der gleichen Frequenz könnte die Kommunikation außerdem zu kriminellen Zwecken gestört werden.
Des Weiteren werden die Signale der Funkkommunikation über die Luft übertragen und liegen auch in umliegenden Bereichen vor. Demnach besteht die Gefahr, dass die Signale von einem Dritten abgefangen und abgehört werden oder dass von außen in das Drahtlosnetzwerk eingedrungen wird.
Alle diese Probleme lassen sich lösen, indem im Hinblick auf die Funkkommunikation von analogen auf digitale Technologien umgestellt wird.
Die Funkkommunikation wies im Analogzeitalter noch zahlreiche Sicherheitslücken auf, da sie von jedem abgefangen werden konnte, der einen Empfänger mit der gleichen Frequenz nutzte. Auch eine böswillige Unterbrechung oder Störung der Kommunikation war recht einfach möglich.
Mit der Einführung der digitalen Technologien im Bereich der Funkkommunikation wurden solche Risiken jedoch maßgeblich eingeschränkt. Nachstehend findet sich eine Übersicht über digitale Technologien.

Umgebungsbedingungen und Funkkommunikation

Bezüglich des Einflusses der Umgebung auf die Funkkommunikation kursieren einige Missverständnisse.
Beispielsweise stimmt es nicht, dass die Funkkommunikation von starken Magnetfeldern gestört oder durch Regen unterbrochen wird. In einigen Fällen bietet die Funkkommunikation sogar deutlich mehr Vorteile als eine kabelgebundene Kommunikation. Im Folgenden werden die Wechselwirkungen zwischen den Umgebungsbedingungen und der Funkkommunikation zusammengefasst.

• Schäden durch Blitzschläge
  Blitzschläge sind ein Phänomen, bei dem ein durch den Blitz erzeugter Stoßstrom durch das Stromversorgungskabel und die Kommunikationskabel fließt und die angeschlossenen elektronischen Geräte beschädigt. Die Blitzschlaggefahr ist bei Funksendern dementsprechend gering, da sie nicht mit Kabeln verbunden sind. Zur Verhinderung eines direkten Blitzeinschlags ist aber dennoch eine Blitzschutzanlage vor Ort erforderlich.
• Kommunikationsstörungen durch Blitze
  Die Frequenz der elektromagnetischen Wellen, die durch eine auf einen Blitz zurückgehende elektrische Entladung erzeugt werden, soll vermeintlich einen recht breiten Bereich zwischen einigen Hertz und 1 Gigahertz abdecken. Jedoch gilt, dass die Energie mit steigender Frequenz abnimmt. Außerdem tritt das Problem nur auf, wenn die elektrische Entladung und die intermittierende Kommunikation zur gleichen Zeit stattfinden. Selbst dann kann dem Problem mit einer Rückübertragungssteuerung beigekommen werden.
• Folgen von Regen, Schnee und Nebel
  Der 2,4-GHz-Bereich, der im Rahmen der Funkkommunikation für die Feldinstrumentierung genutzt wird, bleibt von Regen und Schnee praktisch unberührt. Dies wurde anhand verschiedener Experimente belegt. Allgemein gilt, dass die Kommunikation erst ab 10 GHz beeinflusst wird.
• Unterbrechungsrisiko
  Die Funkkommunikation bleibt im Gegensatz zu kabelgebundenen Kommunikationsmethoden von Kabelunterbrechungen unberührt. Solche Unterbrechungen können auf Katastrophen, eine Materialzersetzung in rauen Umgebungen, Beschädigungen durch Wildtiere oder auf ein böswilliges Durchtrennen des Kabels zurückgehen.
• Einflüsse starker Magnetfelder
  Ein Magnetfeld, das Probleme verursacht, liegt üblicherweise nicht im Hochfrequenzbereich der Funkkommunikation, sondern eher im Niederfrequenzbereich. Die Funkkommunikation erweist sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft, da ein von einem Magnetfeld erzeugter Induktionsstrom immer im Hinblick auf den Leiter (Draht) entsteht.

Einzigartige Akkutechnologie

Unsere einzigartige Akkutechnologie ermöglicht einen unkomplizierten Austausch des Akkus.

Akkugehäuse und Akkusatz im Inneren unserer drahtlosen Messumformer zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Auslegung aus. Dank dieser Auslegung kann der Akkusatz selbst in einem explosionsgefährdeten Bereich mühelos im Feld ausgetauscht werden. Der Akkusatz bietet darüber hinaus unkomplizierten Zugang zu den internen Akkus, sodass diese wie erforderlich ausgetauscht und aufgestockt werden können. Auf diese Weise werden sowohl Abfall als auch Kosten reduziert. Gleichzeitig geht der Akkuwechsel effizienter denn je vonstatten. Bei den Akkus im Inneren des Akkusatzes handelt es sich um standardmäßige D-Lithium-Thionylchlorid-Akkus. Sie punkten mit einem herausragenden Verhältnis zwischen Leistung und Temperatureigenschaften. Zudem sind sie besonders langlebig, wodurch sie sich ideal für den Einsatz in Feldumgebungen eignen.

ISA100 und DPharp für das digitale Zeitalter

Dank eines Zusammenspiels aus zwei einzigartigen Technologien ist eine wahre Ende-zu-Ende-Kommunikation über digitale Messwertaufnehmer endlich Realität geworden. Mittlerweile wurde der Weg für neuartige technologische Möglichkeiten bereitet, die die bewährten Vorzüge der digitalen DPharp-Sensortechnik mit dem Industriestandard ISA100.11a für Sensornetze kombinieren. Die Vorteile einer hoch präzisen Sensortechnik in Verbindung mit Funktechnologien liegen hierbei klar auf der Hand. Zum einen verringert sich der technische Planungsaufwand. Darüber hinaus steht es Anlagenbetreibern nach der Inbetriebnahme frei, das Sensornetz zur Erfüllung künftiger Anforderungen flexibel auszubauen.

Die Zusammenführung von DPharp mit dem Industriestandard ISA100.11a spiegelt das Engagement von Yokogawa wider, den Industriezweig der industriellen Automation fortlaufend mit bahnbrechenden Lösungen zu beliefern. Das neue Sortiment an drahtlosen Messumformern besticht durch Zuverlässigkeit, Sicherheit, Flexibilität und eine intuitive Bedienung. Damit vereinfacht es sämtliche Aspekte der Drahtlosimplementierung und Verwaltung ebenso wie des Betriebs und garantiert Spitzenleistungen.

Ganz gleich der Installationsumgebung – ob vorgelagert in abgesetzten Leitungen und Bohrtürmen oder nachgelagert in Tanklagern, Vakuumkolonnen oder Ladepiers – gewährleisten unsere drahtlosen Messumformer fortlaufend sichere, präzise und zuverlässige Prozessmessungen, die Ihren individuellen Anforderungen gerecht werden.

Unsere drahtlosen Messumformer sorgen für eine gesteigerte Prozesstransparenz, indem betriebliche Schwachstellen weitestgehend ausgemerzt werden. Damit profitieren Sie wiederum von einer geringeren Prozessvariabilität, einem gesteigerten Ertrag und einer optimierten Produktreproduzierbarkeit – und das alles bei geringeren Kosten und erhöhter Flexibilität.

Mit ISA100 sind Ihnen nachhaltige Vorteile im Hinblick auf den Lebenszyklus Ihrer Assets gewiss. Auf diese Weise werden Ihre Anforderungen sowohl jetzt als auch in Zukunft erfüllt.

Funkkommunikationsstandard ISA100.11a

Drahtlose Technologien wie Mobiltelefone und Drahtlosnetzwerke sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Die Kompatibilität mit Instrumenten, die eine solche Drahtlostechnologie nutzen, rückt zunehmend stärker in den Mittelpunkt. Welche Drahtlostechnologie bietet sich also am ehesten an?

Eine Vielzahl von Anbietern, darunter auch Yokogawa Electric, bietet seit jeher unkomplizierte Implementierungsmöglichkeiten über drahtlose Kommunikationstechnologien an. Diese fanden aus den folgenden Gründen jedoch nicht überall Anklang:

• Die meisten nutzen proprietäre Kommunikationsprotokolle, wodurch die potenziellen Einsatzmöglichkeiten stark eingeschränkt werden.
• Lediglich ein Satz aus drahtlosen Geräten ist nicht in der Lage, Produkte unterschiedlicher Marken zu handhaben.
• Es bestanden ernst zu nehmende Bedenken im Hinblick auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Kommunikationskanälen, die nicht unter den Teppich gekehrt werden können.

Zwischenzeitlich hat Yokogawa jedoch den Funkkommunikationsstandard ISA100.11a übernommen, der sich spezifisch auf die industrielle Automation bezieht. Unter Anwendung dieses Standards hat Yokogawa an der Entwicklung anwenderfreundlicher Drahtlosgeräte gearbeitet, die den Anforderungen internationaler Normen entsprechen.

Der Standard ISA100.11a weist die folgenden nennenswerten Merkmale auf:

Alle diese Punkte basieren auf Anforderungen von Benutzern an industrielle Sensornetze. Der Industriestandard ISA100.11a wird gleich sämtlichen Anforderungen gerecht.

Unter Zuhilfenahme von industriellen Drahtlostechnologien, die auf dem Standard ISA100.11a fußen, können wir höchst zuverlässige, neuartige Instrumente entwickeln, die gewiss eine Lösung für zahlreiche Probleme darstellen werden.

Demonstration des Einsatzes einer ISA100 Wireless-Technologie im Rahmen der Steuer- und Regeltechnik

– Wegbereiter für die nahtlose Integration von Anlagenüberwachungs- und Regeltechniken unter Verwendung einer einzelnen Drahtlosinfrastruktur

Das für diese Demonstration entwickelte System setzt sich aus einem Prototypmodell eines drahtlosen D3-Ventilpositionsgebers der Flowserve Corporation und dem integrierten Produktionsleitsystem „CENTUM® VP“ aus dem Hause Yokogawa zusammen. Außerdem bindet es drahtlose Gatewaygeräte sowie drahtlose Differenzdruck-/Druckmessumformer der Serie DPharp EJX B ein. Sämtliche drahtlosen Feldgeräte sind mit ISA100 WirelessTM des ISA100 Wireless Compliance Institute konform und zeichnen sich durch ein Datenaktualisierungsintervall von gerade einmal 1 Sekunde aus. Zur Gewährleistung eines Höchstmaßes an Zuverlässigkeit wurden außerdem redundante Drahtloskommunikationswege implementiert.

In diesem Vorführsystem enthaltene Produkte von Yokogawa:

• Integriertes Produktionsleitsystem CENTUM VP
• Differenzdruck-/Druckmessumformer der Serie DPharp EJX B
• Verwaltungsstation YFGW410 für die drahtlose Feldinstrumentierung
• Zugangspunkt YFGW510 für die drahtlose Feldinstrumentierung

Überblick über die Demonstration der Drahtlossteuerung des Wasserpegels

1. Von der PID-Steuerung des Prozessleitsystems (DCS) gesteuerte drahtlose Feldgeräte
2. Schnelle Datenaktualisierung: 1 Sekunde
3. Hochmoderne redundante Duocast-Technologie und redundante Verwaltungsstation für die drahtlose Feldinstrumentierung:
   YFGW410
4. Prototypmodell des drahtlosen D3-Ventilpositionsgebers der Flowserve Corporation

Detaillierte Demonstration der Drahtlossteuerung des Wasserpegels

Ziel: Yokogawa gewährleistet, dass die entsprechende Drahtlossteuerung jede (1) Sekunde aktualisiert wird.

Verfahren: Ein verteiltes Steuergerät kommuniziert mit einem drahtlosen Ventilpositionsgeber und einem drahtlosen Differenzdruck-/Druckmessumformer und reguliert den Wasserpegel auf vier Ebenen.

Aufbau: Das Prozessleitsystem „CENTUM VP“ kommuniziert mit der Infrastruktur des ISA100.11a-konformen Drahtlossystems und reguliert den Wasserpegel über die PID-Steuerung.