A History of Wireless Communication and Yokogawa's Approach

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A History of Wireless Communication and Yokogawa's Approach

Chiaki Itoh signature

Chiaki Itoh
Business Planning Division,
Industrial Automation Marketing Headquarters

Chiaki ItohWireless technology has a long history, and it began around the time that James C. Maxwell theoretically predicted and then proved the existence of electromagnetic waves in the 1860s, and when Heinrich R. Hertz experimentally confirmed the actual existence of the electromagnetic wave in 1888. In 1895, Guglielmo Marconi succeeded in receiving Morse code on a radio wave transmitted by a spark-gap transmitter with a receiver 2.4 km away. This experiment demonstrated the basic concept and framework of wireless communication today. In wireless communication, the transmitter sends target information by superimposing it on a carrier wave, and the receiver obtains the information by extracting the superimposed information from the carrier wave.

After that, research into wireless communication was advanced mainly for military use, and various wireless technologies were developed and improved. Wireless communication was also expanded on a commercial basis in the area of broadcasting, one of the significant applications of wireless communication. Radio broadcasts started in the first half of the 20th century and TV broadcasts started in the second half. Since the late 1980s, wireless communication has been widely used in mobile phones and other mobile terminals by individuals as these technologies, principally in semiconductor and software, have rapidly developed in line with the spread of the new infrastructure of the Internet. These are also even changing models of business and social life.

Wireless communication technologies are being developed and spreading in various fields of industry. In particular, the research and development of wireless sensor network technology and its applications are in rapid progress. New systems are being developed, which integrate general purpose sensor nodes and devices, and can operate for several years with batteries while autonomously configuring their own networks. Meanwhile, wireless digital technologies have advanced, and their practical use for resolving security issues such as radio interception or interference, which are problems with conventional analog wireless systems, have significantly progressed. On the basis of development of these platforms, the applications of wireless communication technologies are spreading to various fields, including disaster prevention, disaster response, crime prevention, security checks, environmental protection, health and welfare, transport and logistics, and monitoring and control of buildings and facilities.

Yokogawa has developed field wireless devices and systems for various sites in industries, and they are currently used in many plants. Their effectiveness in many actual applications is proven-such advantages as no need of wiring, and the potential for mounting sensors on mobile or rotating bodies, something physically impossible with traditional wired systems.

Since ancient times, human beings have used numerous ways to transmit information. Human voices were used first, then sounds such as drums or conch shell horns, and then smoke from signal fires were used. Interestingly, some proof has been found that the color or interval of smoke signals was changed to specify different meanings. The ingenuity and wisdom of ancient people is impressive, as they understood the necessity of the digitization of information, and seemed to have achieved it. After this, text began to be used for transmitting information, and a variety of methods were implemented, including mail delivery systems using horses. This was the beginning of today's postal system and has developed further into telegraph, telephone, Internet based email systems, and Social Network Systems (SNS). At present, it can be said that human beings are faced with an explosive diversity in information transmission.

Industrial plants are also faced with a situation with changes similar to those described above. Traditional sensing targets in plants were simple physical quantities including temperature and flow rate or stoichiometric amount. However, with recent advances of field devices in functionality, performance and digitization, various types of data including vibration, sound and video can be obtained, and concurrent access to accumulated time series data is possible as well. These make it possible to grasp entire system conditions more comprehensively than with only the traditional measurements. Measurement and control including this data is thus becoming more important. Meanwhile, for these data, more complex parameters need to be set to the field devices. To respond to these trends, digital communication is inevitably required, and for that purpose, the importance of industrial wireless communication and sensor networks is increasing.

The cloud computing model has emerged as the infrastructure used to process such complex and large volumes of data. The measurement data can be used for whole plant safety, maintainability, and efficiency by using data analysis, trend analysis and so on, which other systems cannot perform easily.

Yokogawa has a research department studying, proposing, and promoting new strategies in field digitization together with a department developing and promoting wireless solutions. By effectively using platforms such as evolved devices and systems, Yokogawa offers proposals to improve customer safety and efficiency throughout the life cycle of a plant, from startup to operations, including improvement and maintenance.

Compatibility and operability are important factors for both wired and wireless communication. When both parties follow a common protocol for communication, interoperability is ensured. From this point of view, standardization and regularization are crucial for field wireless devices and systems. On the basis of a variety of application experiences in the process automation area, and on customer feedback, Yokogawa has studied various factors such as security, reliability, robustness, real-time performance, functionality and expandability in communication. As a result, Yokogawa decided to participate in defining the ISA100.11a standard, and has been making efforts to improve it to a user friendly, international standard for wireless communication. In 2010, Yokogawa developed the world's first field wireless devices and field wireless integrated gateway for configuring a system that conforms to the ISA100.11a standard. In 2012, we launched field wireless devices and systems which support almost all the features defined in the ISA100.11a. Yokogawa declares that it will continue promoting this standard with other companies, and with contributing to its further standardization and interoperation among the products of different companies.

This issue of the Yokogawa Technical Report describes Yokogawa's overall wireless instrumentation technologies, its efforts for international standardization and so on, and also specifically reports various field wireless products developed by Yokogawa, and the technologies supporting these products. Field wireless technologies keep progressing rapidly and new applications are constantly created. Yokogawa will work hard in this evolving field and keep offering new value to customers. We are convinced that Yokogawa will meet your expectations.


  • Agua y agua residual

    Yokogawa ha estado suministrando soluciones de control para la producción hídrica sostenible desarrollando tecnología con mayor eficiencia energética, ayudando a reducir la huella de carbono de las operaciones y fabricando productos de gran solidez que protegen el ambiente contra los contaminantes. Con nuestra tecnología de vanguardia y amplios conocimientos de las aplicaciones, trabajamos con usted para proveer soluciones hídricas sostenibles que impulsen su negocio y agreguen alto valor a lo largo del ciclo de vida de la planta. Nuestra tecnología y nuestros productos mejoran el desempeño de las plantas y garantiza que puedan operar competitivamente en los mercados del agua de hoy, así como reducir sus costos operativos. Yokogawa brinda apoyo en una amplia gama de aplicaciones para el control del agua en los mercados del agua tanto públicos como privados.

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  • Bocas de pozo y separación

    La boca de pozo proporciona la interfaz estructural y la presión que contiene para el equipo de perforación y producción. El control de la presión superficial es proporcionado por un ensamble de válvulas con medidores y obturadores (árbol de Navidad), que se instala en la parte superior de la boca de pozo. Las válvulas de aislamiento y los equipos de obstrucción controlan físicamente el flujo de los fluidos del pozo cuando el pozo está en producción. Varios paquetes de automatización se añaden al monitor local o remoto, controlan y optimizan la producción de cada pozo o almohadilla de múltiples pocillos. Los separadores de campos petroleros emplean un recipiente a presión para separar así los fluidos producidos en los pozos de petróleo y gas en componentes gaseosos y líquidos que se transfieren a continuación a las tuberías o almacenamiento localizados en función de la infraestructura de las zonas.

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  • En cubierta

    Al igual que su equivalente en tierra, el procesamiento y manejo en cubierta en las plataformas de producción preparan hidrocarburos extraídos para transportación. Yokogawa ofrece soluciones de control integrado y de monitoreo que maximizan la productividad y la disponibilidad de las operaciones en cubierta.

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  • Energía

    A mediados de la década de 1970, Yokogawa inició su participación en el negocio de la energía con el lanzamiento del Sistema de control eléctrico EBS. Desde entonces, Yokogawa ha continuado firmemente con el desarrollo de nuestras tecnologías y capacidades para proveer los mejores servicios y soluciones a nuestros clientes en todo el mundo.

    Yokogawa ha operado la red de soluciones de energía globales para jugar un papel más activo en el dinámico mercado de energía global. Esto ha hecho un posible un trabajo en equipo más unido dentro de Yokogawa, el cual conjunta nuestros recursos globales y nuestra especialización en la industria. Los expertos en el sector de energía de Yokogawa trabajan juntos para brindar a cada cliente la solución que se adapta mejor a sus requerimientos sofisticados.

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  • Perforación

    La perforación no convencional en la actualidad se usa comúnmente en la extracción de petróleo y gas natural. Hay un número creciente de programas de perforación de tipo multipaneles en varios sitios de perforación. Diferentes técnicas de perforación se utilizan para disminuir el tiempo de perforación, reducir el impacto ambiental y mejorar la recuperación inicial y estimada.

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  • Procesamiento y fraccionamiento

    El procesamiento de gas natural está diseñado para controlar el punto de condensación del flujo de gas natural y separar los líquidos de gas natural para la venta y distribución. La eliminación de petróleo y condensados, la eliminación de agua, la separación de líquidos de gas natural y la eliminación de azufre y dióxido de carbono son procesos que se emplean para separar las impurezas en el alimentador que proviene de los yacimientos aguas arriba. En el proceso de fraccionamiento se extraen los efluentes líquidos de la planta de procesamiento de gas, que pueden estar compuestos de metano, propano, butano y pentano, para ser tratados en columnas de fraccionamiento separadas, y posteriormente pueden pasar a una planta de tratamiento de impurezas antes de ser vendidos como componentes separados.

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  • Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO)

    La unidad de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) es una planta de producción flotante en altamar que almacena tanto el equipo de procesamiento como los hidrocarburos producidos. Las unidades de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) son utilizadas por las compañías petroleras para lograr que sea económicamente viable producir petróleo en zonas remotas y en aguas más profundas.

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  • Refinación, procesamiento y almacenamiento de petróleo y gas

    Gracias a sus innovadoras plataformas tecnológicas y su ejecución líder en la industria, Yokogawa tiene buena reputación en el mercado global como socio en soluciones pionero en la integración de tecnologías para todos los aspectos del ecosistema de petróleo y gas, desde el yacimiento hasta la empresa. Soluciones comprobadas que incluyen modelado de negocio predictivo, optimización de plantas y plataformas de automatización altamente confiables están apoyando a los operadores de refinación, procesamiento y almacenamiento a dirigir sus negocios con niveles de eficiencia óptimos. Yokogawa está ayudando a sus clientes a desarrollar sus estrategias de automatización, para garantizar años de utilización de activos altamente eficaz y sostenibilidad.

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  • Terrestre

    La industria de exploración, desarrollo y producción terrestre se enfrenta a exigencias cada vez más altas y mayores desafíos con entornos cada vez más difíciles y hostiles en las que debe funcionar.

    A medida que las oportunidades de los recursos de gas natural no convencionales, en particular el gas de esquisto, están creciendo en América del Norte, la solución total de Yokogawa juega un papel importante al ayudar a los clientes a satisfacer los desafíos de reducir tanto el CAPEX como el OPEX, mientras que las tecnologías integradas mejoradas aumentan la producción. Nuestra experiencia global y local constituye la base de nuestras soluciones totales únicas para satisfacer las necesidades de esta industria. Con expertos en exploración, desarrollo y producción terrestre que trabajan en oficinas por todo el mundo, ofrecemos un soporte rápido y extenso para satisfacer las demandas de nuestros clientes.

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