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EPC seminar in TokyoSeptember 13, 2006

FOUNDATIONフィールドバス

の最新動向紹介

FOUNDATION Fieldbus Update

NPO法人日本フィールドバス協会

理事長森岡義嗣

EPC Seminar in TokyoSeptember, 13, 2006

© 1999 – 2006 Fieldbus Foundation2

アジェンダ

FOUNDATION フィールドバスの最新動向

技術動向

EDDL機能拡張

安全システム向け仕様




インストールベースを700,000 機器、9,500 システムと発表

フィールドバス協会会員総会（３月１日）にて

安全システム用のフィールドバス仕様がTÜVのタイプ認証を受けた（2005年12月）

フィールドバス協会登録機器数255機種



設置状況

その他8%

鉱業金属3%教育

3%紙パ4%

食品9%

薬品9%

電力13%

石油ガス29%

化学22%

産業別産業別地域別地域別

北米43%

亜太13%

中東7%

欧州25%

南米12%




フィールドバス協会会員数：３５５教育機関：STC, Rheinhold & Mahla, Lee College, SAIT, TSU

Singapore Politechnic, 早稲田, 燕山石化理事会社：

ABB BP DuPont Emerson Fuji Honeywell Invensys Rockwell Schneider Siemens Yamatake Yokogawa

日本フィールドバス協会会員数：２９

エンドユーザ委員会日本会員数：３２

日本の教育機関早稲田大学理工学総合研究センター産業用オープンネットワークラボラトリー



産業用オープンネットワークラボラトリーFOUNDATIONフィールドバスセクション

早稲田大学理工学総合研究センター（喜久井町）

6月23日に東京へ移転・開所次回のセミナーは12月4日、5日開催



日本での導入－三井化学岩国大竹工場の機能性樹脂製造プラント

2006年4月10日発表

フィールド機器の台数は約350台で、FOUNDATION fieldbusを採用した制御システムとしては国内最大級の設備であり、プラント完成時には最終的に600台規模となる見込みです。

FOUNDATION fieldbus は、2000年ごろから海外の新規建設プラントを中心に普及が進んできましたが、その効果を最大限に引き出すには制御システムだけでなく現場のセンサ類や配線もFOUNDATION fieldbus対応でなければならず、国内での採用は数10プラントに留まっている状況です。しかし、デジタル通信のメリットは大きく、今後、国内でも新設プラントを中心に積極的な採用が予測されます。

三井化学では、既設の設備を機能性樹脂の多目的量産試作プラントに転用する機会に、生産効率向上、保全効率向上に寄与するFOUNDATIONfieldbusを採用しさらなる効率化を実現しようとしています。



技術動向

Introduction to EDDL WorkshopMr. Stephen MitschkeProduct ManagerFieldbus Foundation

Safety Instrumented Systems WorkshopMr. Dave GlanzerDirector of Technology DevelopmentFieldbus Foundation

Wireless Concept Study


デバイス記述の機能拡張

無線技術の位置づけ検討


Introduction to EDDL WorkshopTM



Device Description Technology

What is a Device Description?

A clear and unambiguous, structured text description that precisely describes field device data to host systems.

デバイス記述とはホストが解釈できる構造化文書で、機器データの詳細な説明が書かれている



Electronic Device Description Technology

An EDD contains the following information about the parameters of a device:

Attributes like coding, name, engineering unit, write protection, how to display etc.The arrangement of the parameters in a menu structure, names of menus and submenus.Information about the relation of parameters to others.Information about help texts and help procedures.Information about necessary operating interactions (e.g. calibration), also called methods.Information about visualization tools (i.e.: charts and graphs)

デバイス記述に書かれている内容は：

データの属性

データの分類構成

データの相互関係

データの説明

データの操作手順

データの表示方法



EDDL is Declarative

fieldbus

RECORD __pv{

LABEL “|en|PV” ;MEMBERS{

STATUS, __status_contained_r ;VALUE, __float_contained_r ;

}}

0x41CC000080

VARIABLE __status_contained_r{

LABEL “|en|Status” ;HELP [status_contained_help] ;CLASS CONTAINED & DYNAMIC ;TYPE ENUMERATED (1){

__FF_STATUS_VALUES}CONSTANT_UNIT [blank] ;HANDLING READ;

/* RESPONSE_CODES xxx ; */}

VARIABLE __float_contained_r{

LABEL “|en|Value” ;HELP [float_contained_help] ;CLASS CONTAINED & DYNAMIC ;TYPE FLOAT ;HANDLING READ ;CONSTANT_UNIT “deg C”;

}

Process VariableValue 25.50 deg CStatus Good

PVValue: 25.5 deg CStatus: Good

デバイス記述は宣言形式



EDDL Methods

Permits Device/User ProceduresInterpreted ANSI “C” (limited) executed by host

application – Not compiled Code.Secure access to User Interface and Device handled

through pre-defined functions call “built-ins”

METHOD calibrate{

CLASS OUTPUT;LABEL "|en|Calibration Method";DEFINITION{

long status, ids, indices;

status = get_acknowledgement("|en| Apply Pressure", ids, indices, 0);/* ... */

}}


Calibration MethodExecuting …

Apply Pressure

メソッドとは：C言語のサブセットで記述されたデータの操作手順で

インタープリターで解釈実行される



EDDL Cooperation Project

Joint Fieldbus Foundation, PROFIBUS and HART Communication Foundation project to

specify visualization and data storage management extensions

ＦＦ，ＨＣＦ，ＰＮＯの３つの団体の共同プロジェクトで、ビジュアル表示機能とデータ保存機能を追加する



Why extend EDDL?

Complex devices use advanced visualization and data storage management

– valve signatures– sensor calibration curves– persistent data storage– trends

Huge worldwide investment in EDD devices– development tools– testing tools– PC, handheld hosts

Proven technology: EDD has been in use for over 10 yearsEasy to use: Developers and end users like itOpen and interoperable

機能拡張の理由：

高機能な機器ではビジュアル表示やデータの保存を行いたい

現在まで広く使われている技術を継続して使いたい



EDDL Visualization Extensions

Improved User Interface (UI) – DD Developer can describe screen layout

– Enhanced MENU construct with screen layout attributes (e.g. dialog boxes)

– New IMAGE construct to support images

– New GRID construct for easy table entry

Visualization Built-ins – MenuDisplay for

enabling “Wizard-like”interface using enhanced Menus


ビジュアル表示の拡張

スクリーン上のレイアウト指定

ウィザード風の表現



EDDL Visualization Extensions

Charts and Graphs –Enables graphical display of static and real-time (continuous) data

– New CHART construct to define display characteristics

– New SOURCE construct enables multiples curves on a CHART

– New GRAPH construct to define display characteristics

– New WAVEFORM construct enables multiple curves on a GRAPH.

– New AXIS construct


Valve Step Response

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20Travel Time (s)

Trav

el (%

)

SP Travel

チャートとグラフ

ビジュアル表示の拡張



Persistent Data Storage

Improved Data Storage-Enables DD Developer to securely store data on the host

– New FILE construct describes parameters that will be stored

– New LIST construct is used with FILE to access specific parameters

List Builtins (persistent storage)

– ListInsert inserts an element into a list

– ListDeleteElementAtdeletes an element from a list


Valve Signature

-10

0

10

20

30

40

50

60

-0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2Travel (in)

Act

uato

r P

ress

ure

(psi

)

Open Close

データ保存

データ保存の指定

保存データへの挿入・削除



EDDL Cooperation Project, Phase II

OPC Foundation Joins Cooperative Project

ＯＰＣＦが加わり、さらなる機能拡張を行っている



OPC UA and EDDL Benefits

Enhanced device integrationOPC Clients have access to complex device dataAutomated integration

System independent complex diagnostic packages

Single application across multiple systemsNo custom software applications

Cost effectiveReduce development costs

Open and Interoperable

OPC-UAとデバイス技術の協調OPCクライアントとして

ツールを作成すると

システムに依存しない統合と

開発費用の削減が可能

これがオープンで相互運用可能な環境がもたらすメリット



EDD Validation

EDD Validation (Device)DD Tokenizer SoftwareDD “Super” ViewerInteroperability Test Kit 5.0

EDD Application Validation (Host)New EDD Validation Test (HIST)

EDD仕様の検証

デバイス記述の検証（デバイス）トーカナイザビューアー相互運用性試験装置

デバイス記述利用側の検証（ホスト）HISTの拡張で行う



Status of Enhanced EDDL Technology

√ Feb 2005 - Cooperative Team Completes Specification√ Oct 2005 - Fieldbus Foundation Completes DD Tokenizer and

DD Services 5.0 √ Dec 2005 - Fieldbus Foundation completes Interoperability Test

Kit 5.0 supporting enhancementsEDD Application Test Development in Progress

First Tested And Registered devices expected 1Q-2Q 2006 !

デバイス記述機能拡張の現状：

仕様、ツールは完成ホスト側の検証方法開発中2006年上半期に最初の機器が登録される事を期待



Fieldbus FoundationDD IDE and Viewer

フィールドバス協会EDDL開発ツール（ベータ版）



FF Host Interoperability Support Testwith EDD Application Test

FF-569HIST

DD ApplicationTest

Test CampaignWitnessed by FF

Test Report

CFFCFF

CFFCFF

CFF

DDDD

DDDD

DD

Standardize Test DD/CF File(s)

FF Host

StandardizedTest Device

FF-754Common TestRequirements

FF-980DDCF Host Test Requirements

EDDL機能テスト用標準デバイスを用意

HISTでの EDDL機能テスト



HIST Update Timeline

Q4Q3Q2Q1Q4Q3Q2Q1Q4Q3Q2Q1Q4Q3Q2Q1

2007200620052004

Host Profile Specification

FF Test EDDs

ECT Host Test Requirements

FF Host Test Requirements

Standard Test

Device HIST withEDD Test

HISTの改定計画


FOUNDATION™ FieldbusSafety Instrumented Systems Workshop

David GlanzerDirector of Technology DevelopmentFieldbus Foundation




End User Initiated Project – Approved October 2002Based on the IEC 61508 International StandardSupports SIL 1, SIL 2 and SIL 3 ApplicationsReduces Total Cost of Ownership for SIS

CAPEX - Hardware, Footprint, Commissioning, PowerOPEX - Advanced Diagnostics, Reduced Test Interval

Improves Asset Management Information for SIS and Non-SIS Devices Available

Safety Instrumented Systems (SIS)

TÜV Protocol Type Approval Granted December 2005

エンドユーザーの期待に応えて２００２年１０月に開発を開始

TÜVのタイプ認証を２００５年１２月に得た。

IEC61508に従ってSIL3までに対応

安全システムのＴｏＣ削減と機器管理



ABBBIFFI/Tyco/WestlockBPChevronDuPontEmerson Endress + Hauser ExxonMobilFieldbus DiagnosticsFlowserveHIMAHoneywell

International Development Team

R&M IndustrieserviceInvensys/TriconexMetso AutomationRockwell AutomationRotorkSaudi AramcoSmarShell Global SolutionsSoftingTÜVYokogawa

仕様開発チーム参加メンバー



SIS Extensions for IEC 61508

Communication Protocol Extensions

Additional Communication Diagnostics

User Application Extensions

Additional Function Block Diagnostics

Protection from Unauthorized Change

IEC61508の要求仕様を満たすために

通信の整合性確認

機能ブロック動作の整合性確認

不正な変更の防止



H1 Communication (Black Channel)is unchanged.

FF-SIS protocol detects network faults and appropriate action is taken.

Communication Extensions

FF-SIS Communication

DiagnosticsH1

これまでのフィールドバス機器との相互運用性を維持するため、通信仕様は変更せず、十分な不整合検出機能の無い通信路（ブラックチャンネル）として扱う。

ユーザー層で通信の不整合を検出し、対応する

通信の整合性確認対応



New SIS Function Blocks.

Function Block diagnostics detect application faults and appropriate action is taken.

Application Extensions

New SIS Function Blocks

&Function Block

Diagnostics

H1

安全システム向けの新機能ブロック機能ブロック動作の整合性確認と不整合時の対応

アプリケーションの整合性確認対応



Analog InputAnalog ComparatorDiscrete InputDiscrete OutputLogicLock

SIS Function Blocks安全システム向けの機能ブロック



Example SIS Application

Logic Solver DCS

PumpStart

Button

DO D I

Engineering Asset

Management

Manual Trip

HSEOperator

Level

Flow

Valve

FF-SISInterface

H1

Valve

H1Level

Flow

安全システム構成例

H1Interface



Basic Function BlocksAnalog InputAnalog Output Bias & GainControl SelectorDiscrete Input Discrete OutputManual LoaderPD ControlPID ControlRatio Control

Basic Process Control

Advanced Function BlocksAnalog AlarmArithmeticDeadtimeDevice ControlInput SelectorIntegratorLead/LagSetpoint Ramp GeneratorSignal CharacterizerSplitterTimer

Advanced Process Control

H1 + HSE

Function Blocks

Flexible Function Blocks - BasicMultiple Input/Output - 8 Channel I/O

♦ Discrete and Analog ♦ Remote I/O and Data Acquisition

Flexible Function Blocks -Application Specific♦ Batch/Discrete/Hybrid Control♦ Sequencing – Startup/Shutdown♦ Variable Speed Drive Control♦ Gateways to Other Protocols ♦ Supervisory Data Acquisition♦ Advanced I/O Interfacing♦ Multivariable Control and Optimization

Batch/Discrete/Hybrid Control

Application Coverage Extended by SISEDDL

SIS Function BlocksAnalog InputAnalog ComparatorDiscrete Input Discrete OutputLock

Safety Instrumented Systems

フィールドバスの適応範囲拡大

“Freedom to Choose. Power to Integrate”FIELDBUS FOUNDATION

© 2003 Fieldbus Foundation35

... the safe decision.

FF-SIS Top Level Test Sequence for a Field Device Safety Certification Process:安全用フィールドバスのフィールド機器の安全認証の手順

Concept 考え方

Note: Safety Certification can be provided by TÜV or other approved agency.

EnvironmentalTests

DesignSurvey

SafetySurvey

ProtocolSurvey

Product Requirements Specification Safety requirements IEC 61508

Safety Requirements Specification for Product

EMC

Shock

Vibration

Temperature

Hw

Sw

Changes Mng.

FMEA

MTBF

PFD, Λdu, Λdd, ...

Insertion Tests

+ + +

VerifyImplementation

ofTÜV

Type Approval for FF-SIS Protocol

Safety Certification

機器の要求仕様安全規格の要求仕様

環境試験設計の確認安全性能の確認通信規約の確認

安全認証

フィールド機器の安全要求仕様

ハード、ソフト変更管理

電磁、衝撃、振動、温度 FMEA, MTBF, PFDTÜV による

通信実装認証

PFD: average Probability Failure to performits design function on Demand



SIS Demonstration

Hosted by Shell Global Solutions – Amsterdam

Catalyze Development of Critical Mass of SIS Products

Development of Best Practices and GuidelinesCooperation with ISA SP84 WG1Quantify Reduction in Total Cost of Ownership

- CAPEX - Less Hardware, Less Power, Smaller Footprint, Faster Commissioning

- OPEX - Advanced Diagnostics, Reduced Test Interval, Improved Asset Optimization

ユーザーでのFF-SISデモ

Shell Global Solutions (アムステルダム）にて実施

対応機器開発の起爆剤：運用ガイドラインの作成、ISA SP84 WG1と共同

コスト削減の定量化

建設費：機材の削減、コミッショニングの期間短縮

運用費用：先進的診断、試験頻度の削減



SIS Demonstration - Target Application

Logic Solver

DO D I

Manual TripLevel

Flow

FF-SIS

ValvePresTemp

LCP*

H1BIFFIEmersonMetsoTopWorxWestlock/Tyco

HIMAHoneywellInvensys - TriconexYokogawaEmerson

ABBE+HEmersonHoneywellInvensysMagnetrolSmarYokogawa

Cooper Crouse-HindsMoore IndustriesMTLP+F

Discrete I/O

* Local Control Panel

Logic SolverEngineering Workstation

Asset Management BPCS

Demonstration SitesShell Global Solutions – AmsterdamSaudi Aramco - DhahranChevron – Richmond, CABP – Gelsenkirchen, Germany

OthersFieldbus DiagnosticsSoftingTÜV

ユーザーでのFF-SISデモ構成



Wireless Concept Study

(WCS)無線技術の位置づけ検討



Wireless Concept Study – Team CharterDevelop use cases and requirements for device wireless communication in monitoring, control and safety applications that is interoperable using function blocks and EDDL.

Develop an implementation plan which includes:

Solutions to the use cases and requirements using wireless communications stacks developed in accordance with ISA SP100.

Development of device interoperability test and registration procedures

2006Charter approved by TSC MayCall for Team Member Volunteers issued to FF Membership MayKick-off Meeting hosted by Westlock in Saddle Brook NJ Aug

2007Use Cases and Requirements Completed MarImplementation Plan Completed AprReport Issued May

無線技術チームの目的

機能ブロックとＥＤＤＬの使用を前提として無線技術の各分野の応用例と要求仕様を提案する

スケジュール

• ISA SP100に準拠した形で要求を満たす無線通信仕様

• 相互運用性試験・登録方法の開発



ありがとうございました

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