プロセスオートメーションI / Oシステムのトレンド
最初のいくつかの定義：
NOA – Namur Open Architecture – User Association of Automation Technology（NAMUR）によって発明されました。これは、ワイヤレスである可能性のある2番目の並列標準通信チャネルをインストールすることにより、機器から追加の値と資産管理データ（ストランドデータと呼ばれることもあります）を取得する方法です。 Bluetooth、4G / 5Gなどであり、測定値の既存の一次自動化システム接続には影響しません。
イーサネット–APL™ – Ethernet Advanced Physical Layer – OPCを含む機器メーカーの業界団体によって作成され、フィールド、個々の機器およびセンサーにイーサネットを提供します。まだ開発中ですが、2本のワイヤを介した通信と電源による本質的な安全性により、長いケーブル長と防爆を可能にします。
OPCUA – Open Platform Communications Unified Architecture –は、機器メーカーのグループであるOPCFoundationによって開発された産業用自動化のためのマシンツーマシン通信プロトコルです。
MTP –モジュールタイプパッケージ–これもNAMURから開発された標準化された方法論であり、メーカーやテクノロジーに依存しないプロセスモジュールのプロパティを記述するための共通言語を提供します。これにより、高レベルの自動化システムでMTPを使用して、特定のモジュール/パッケージを正確に制御できるようになります。
プロセス自動化I / Oシステムの市場規模
プロセスI / Oシステムの全体的な市場規模は30億ドル強と推定され、約3.7％のCAGRで成長しています。シーメンスはこのセクターの約14％を占めており、ABBは10％、ハネウェルは9％、ロックウェルは8％です。
プロセス自動化I / Oシステムの一般的な傾向
- 分散化–メインコントロールルームの中央ではなく、フィールドにリモートI / Oステーションを分散して設置
=>プラントケーブルの削減
- プラントフィールドバスの減少
- フィールドセンサーをI / Oターミナルボードに直接配線する
=>クロスワイヤリングキャビネットの排除
- ユニバーサルI / O、別名遅延バインディングI / O、別名e-マーシャリング、別名構成可能I / Oによる柔軟性の向上
=>自動化ハードウェアとソフトウェアを切り離し、システムの納期を短縮し（市場投入までの時間）、現場での配線を早めます
- より高いデータセットを備えた「インテリジェント」センサーの実装の増加
=>高度な制御の最適化、リモート診断、および資産管理データ
- イーサネットベースの通信のフィールドへの台頭
=>例： PROFINETとイーサネット–APL™
自動化コミュニティのLinkedInの世論調査では、次の結果が得られました。
「フィールドのリモートI / Oステーション」が3つのグループすべてで簡単に勝ったのは当然ですが、興味深いのは、「ユニバーサルI / Oのタイプ」が、より多くの人と見なされている機器エンジニアとISAグループで最後の場所に打ち負かされたことです。プロセスの自動化は、工場の自動化に焦点を当てた自動化グループよりも偏っています。 「プラントフィールドバス」も、すべてのグループで2位になり、予想を上回りました。
プラントフィールドバスの減少
メインコントロールルームに戻るのではなく、フィールドでの分散化に向けた歴史的な傾向が長年にわたってありました。この最も極端な例は、プラントケーブルを節約するためのプラントフィールドバスの使用でした。逆説的ですが、プラントのフィールドバスは減少していますが、危険なエリアでもリモートI / Oステーションを使用する傾向が続いています。
特に石油・ガス・石油化学分野では、フィールドバスが大流行した時期がありました。これが変わった!!ちなみに、大手石油会社は、20年前にエンジニアが新しいプロジェクトにFoundation Fieldbus（FF）を使用しなかった理由を正当化する必要があったと説明しましたが、10年前はこれが優先されなくなり、今までエンジニアはFFを使用する必要がある理由を正当化する必要があります従来の4〜20mAのHARTソリューションではありません。
フィールドバスの主な認識された利点の1つは、コストの節約とプラントケーブルの簡素化でした。この節約は、危険場所への展開で大幅に削減され、フィールドバスシステムの設計、設置、保守に必要な技術的能力のレベルとともに、大幅な減少をもたらしました。 。 FFの設備には、多くの接地と接地の問題があったとされています。フィールドバスのリモート診断と資産管理の利点の多くは、とにかく4〜20mAの信号を超える従来のHARTで実現され、実際、NOAによって提案された2番目の並列チャネルは、メインの自動化システム接続に影響を与えることなくこれを提供します
プラントケーブルにさらに多くの利点を提供するワイヤレスは人気が高まっており、FF市場シェアの一部を占めていますが、主に表示のみ、低スキャンレート、非制御測定用です。ただし、ワイヤレスでは、伝送ルートだけでなく、送信機がセルフパワーではなく、とにかく電力ケーブルが必要な場合、これは本当に節約になるという事実も考慮する必要があります。
PROFIBUSがフィールドバスとして優れているのはなぜですか？
PROFIBUSは、石油とガス以外の産業部門で確立され、MCCとVSDが通信するための電気システム標準になり、多くのベンダーによってI / Oバスとして使用されていることもあり、順調に進んでいます。 PROFIBUSは、イーサネットの速度、メディア、およびコンポーネントを備えた超決定論的プロトコルであるPROFINETにも進化しています。 PROFINETは、Siemensが使用するリモートI / O通信に特に適しています。
ユニバーサルI / Oの人気が認識されている理由
繰り返しになりますが、これは分散化の傾向に反して直感的ではなく、メインコントロールルームのユニバーサルI / Oに戻ります。しかし確かに、これはDCSメーカーによって推進されており、過去数年間に多数のユニバーサルで構成可能なI / Oシステムがリリースされています。ただし、以前の世論調査では、これはDCS企業が信じているほどエンドユーザーの自動化エンジニアには人気がないことが示されている可能性があります。
ユニバーサルI / Oにはさまざまな形式があり、信号ごとに構成可能な16または32チャネルI / Oモジュールを備えたものもあれば、チャネルごとに必要なモジュールが選択されたものもあります。利点は、自動化システムの納期の短縮、フィールド配線の早期設置です。プロジェクトライフサイクルの非常に遅い段階でI / O変更を処理します。
ただし、多くの種類のI / Oが必要です。電源付きと電源なし、2線式と4線式、シンプレックスと冗長、安全で危険な領域、非SILとSIL、ますます短絡と開回路の保護、ガルバニック絶縁など。すべてではありません。ユニバーサルI / Oシステムは、これらすべてをまだ処理できます。
たとえば、ソリューションに個別の固有の安全バリアが必要な場合、これはむしろオブジェクトを無効にします。ユニバーサルバリアが利用可能になりましたが、もちろんバリアが統合されたI / Oカードよりも高価です。さらに、多くのユニバーサルI / Oシステムは真のI / O冗長性を提供しません。
ユニバーサルI / Oは、マーシャリングやクロスワイヤリングキャビネットを排除することでスペースを節約するという神話です。これは、フィールドケーブルをI / Oボード上で直接終端する（より正確には固定終端ユニットに終端する）傾向の産物です。 I / Oボードは簡単に取り外すことができます）。実際、ユニバーサルI / Oは、1mあたり400〜500 I / Oと比較して55〜140 I / O / mの範囲で、固定I / Oよりもかなり密度が低いため、固定I / Oよりもはるかに多くのスペースが必要です。
ユニバーサルI / Oの方が費用効果が高いですか？
確かに、専用の固定高密度I / Oモジュールは、すべてのI / Oタイプが組み込まれているか、チャネルごとに選択されている必要があるユニバーサルソリューションよりも費用効果が高いのでしょうか。これに加えて、専用I / Oをプロセスユニットの近くでリモートで使用し、設置面積を削減した場合のプラントケーブルのコスト削減–これが勝者となるはずです!!
もちろん、高密度の専用I / OとユニバーサルI / Oの遅延バインディング機能を組み合わせたシステムも強力な議論です。これは、マルチチャネルモジュールが、すでに終了しているプラントケーブルに影響を与えることなく、最後の最後に汎用バックプレーンに接続されている場合に実現できます。
たとえば、Siemens ET200SP HA I / Oは1つの標準キャビネットで最大896の信号を処理でき、ユニットはモジュール式であるため、必要なI / Oと終端タイプを必要に応じてユニバーサルバックプレーンに接続できます。構成可能なカード（チャネルごとに16の信号選択可能なAI / DI / DO）を使用してこれに追加し、変更があった場合の最後の10％は、実行遅延、費用対効果、およびスペースの究極の万能薬となる可能性があります。
直接接続キャビネットの例56I / Oモジュール、最大896 I / O 800 x 2000 mm（幅x高さ）
機能：
- 片側アクセス、深さ400mm
- キャビネットの周囲温度-20 .. + 40°C
- 120 / 230VAC冗長電源インフィード
- 最大2.5mm²の直接接続
- 銅線または光ファイバーケーブルを介したPROFINET通信
- 最大56本のフィールドケーブル（直径20mm）
1-インフィードMCBおよびRCB
2-AC / DC SITOP PSU 8200 40A（Siemens、6EP3334-8SB00-0AY0）
3-冗長モジュールSITOPPSE202U（Siemens、6EP1961-3BA21）
4-配電とカートリッジの融合
5-追加します。 HW、例： SCALANCE XC206-2-SFP（Siemens、6GK5 206-2Bs00-2AC2）
6-インターフェイスモジュールとバスアダプタを備えたT200SP HA
7-スペアワイヤとM（アース）端子
8-ケーブルの固定とシールドのプロファイル
9-ケーブルダクト
エンジニアリング請負業者（EPC）は遅延バインディングI / Oを支持します！
EPCは、プロジェクトのライフサイクルの非常に遅い段階でI / Oを指定できるため、遅延バインディングを好みます。配管、機械、プロセスの設計が完了した後に計装が完成し、その後の変更が最終的に自動化システムに反映されることは古くから知られています。
もちろん、ユニバーサルI / Oがすべてではありません。ソフトウェアが、特にラックモジュールチャネルではなく、一般的な方法でI / Oポイントに対応するように、DCSを構成できる必要があります。これにより、I / Oが最終的に定義される前に、プロジェクトの早い段階でアプリケーションソフトウェアをハードウェアビルドから切り離して開発することができます。
フィールドへのイーサネット
よりスマートな機器/センサーへの傾向により、イーサネットがフィールドにイニシアチブされました。最初はフィールド内のリモートI / OステーションへのI / Oバスとして、元々はPROFIBUS DPでしたが、現在はPROFINETが広く使用されています。その後、最終的には個々の機器/センサーに直接イーサネット接続します。この傾向は、ユニバーサルI / Oの議論を確実に弱めるでしょう。
真にユニバーサルなプラグアンドプロデュースソリューション
真にユニバーサルなプラグアンドプロデュースソリューションの例は、PROFINET（まもなくイーサネット–APL™バージョン）を利用してユニットをプロセスの近くにリモートで分散するSiemens Compact Field Unit（CFU）であり、最大8つのPROFIBUSPA機器を使用できます。接続され、任意のポートで自動的に認識されます。これにより、プラントのケーブル配線やジャンクションボックスなどの柔軟性、簡素化、大幅な節約が実現します。このユニットは、イーサネットとフィールドトレンドにうまく適合し、ProfibusPA機器のルネッサンスを生み出す可能性があります。
機器からパッケージ、MTPへ
よりスマートな機器への傾向は、それ自体がパッケージまたはモジュールに近づく機器と見なすことができます。実際、どちらもNAMURによって開発されたNOAとMTPは、補完的なソリューションです。 MTPはグリーンフィールドの設置にとってより重要ですが、NOAはブラウンフィールドの既存のサイトでは独自のものになります。 NOAがグリーンフィールドアプリケーションに使用される場合、理想的には通信にOPCUAを使用します。
MTPモジュラー自動化とNOANAMURオープンアーキテクチャは補完的です
結論
- I / Oステーションの分散化に向けた歴史的な傾向がありますが、フィールドバスの減少とユニバーサルI / Oの増加は、どちらもこの傾向に逆行しています。リモートI / Oとイーサネットのフィールドイニシアチブへの継続的な成長は、この分散化の傾向が依然として有効であることを証明しています。
- フィールドバス、特にFoundationフィールドバスは、技術的能力と歴史的な問題のインストールのために減少しています。
- PROFIBUSは石油とガスの外で使用され、電気システムの通信のデファクトスタンダードになり、多くのベンダーがPROFIBUSDPと現在はPROFINETをI / Oバスとして使用しているため、今でも人気があります。
- EPCは、プロジェクトライフサイクルの最後の瞬間にI / Oを定義でき、自動化システムの配信が削減され、プラントケーブルを早期に設置して終了できるため、遅延バインディングI / Oソリューションを好みます。
- 高密度の専用I / Oソリューションは、特にプラントのケーブルを節約するためにリモートで使用する場合、より費用効果が高く、スペース効率が高くなります。専用の固定I / Oシステムの密度は1mあたり約470I / Oですが、ユニバーサルI / Oの密度は1mあたり約55I / Oです。
- 実際には、固定の高密度リモートI / Oシステム、ユニバーサルI / O、NOA、およびイーサネット–APL™はすべてしばらくの間共存し、特定の領域で優先されるようになる可能性があります。しかし、いずれかの戦略が優先されますか？時間だけがわかります–面白い乗り物に固執してください!!
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