wireless technology and sensors networks - endress+hauser

Jaap Westeneng

Slide 1

03/06/2010

Draadloze technologie

en sensor netwerken

Draadloze technologie en sensor netwerken

Jaap Westeneng

Slide 2

03/06/2010

Onderwerp

Een opkomende technologie in de industrie zijn de draadloze

sensor netwerken (WSN).

Draadloze netwerken zijn reeds aan de orde van de dag zoals

WiFi, Bluetooth en GSM en hebben zich op hun gebied al

reeds bewezen. Ze blijken echter over onvoldoende

betrouwbaarheid te beschikken om gebruikt te worden voor

procesbewaking en in de toekomst voor procesbesturing.

Echter vanwege de strengere eisen aan de sensor netwerken in

de procesindustrie zijn nieuwe WSN standaarden ontwikkeld

om de betrouwbaarheid, robuustheid en redundantie sterk te

verbeteren.

WSN = Wireless Sensor Networks


Jaap Westeneng

Slide 3

03/06/2010

Verschillende draadloze toepassingen


Jaap Westeneng

Slide 4

03/06/2010

Global wireless networks (WAN)

• Wereldwijde draadloze data

acquisitie, transmissie en bewaking

• Laag vermogen

• Batterij voeding

• GSM

• GPRS 55,6 kBit/s

• UMTS 1,8 MBit/s

Verschillende draadloze technologieën

Wireless Local Area Networks

(WLAN)

• Verbind PLC, DCS, PC, etc.

• Hoge snelheid: 11 – 108 MBit/s

• Bereik: binnen tot 40 m, buiten tot

300 m

• Hoog vermogen

Wireless Sensor Networks (WSN)

• Lokale draadloze data acquisitie,

transmissie en bewaking

• 250 kBit/s

• Bereik: binnen 60 tot 100 m,

buiten tot 400 m

• Laag vermogen,

batterij ontwerp

Personal Area Networks (PAN)

• Lokaal draadloos mobiel gebruik,

b.v. Field Xpert met Bluetooth

• Bluetooth snelheid 723,2 kBit/s

• Bereik: binnen 10 m

• Hoog vermogen


Jaap Westeneng

Slide 5

03/06/2010

Wireless I/O

• Vaste of batterij apparaatvoeding

• Draadloze in - en uitgangen

• Primaire signaal overdracht

(Geen additionele informatie)

Verschillende draadloze concepten

Wired I/O (Referentie)

• Vaste apparaatvoeding

• Vaste in - en uitgangen

• Primaire signaal overdracht

(HART optioneel)

Wire– and Powerless SmartCom

• Batterij apparaatvoeding

• Draadloze in - en uitgangen

• Alleen HART signaal overdracht

Wireless SmartCom

• Vaste apparaatvoeding

• Vaste en draadloze in - en uitgangen

• Primair + HART signaal overdracht

4-20 mA

4-20 mA4-20 mA


Jaap Westeneng

Slide 6

03/06/2010

Focus van draadloze sensor netwerken

ISA(Comprehensive Concept Usage classes of wireless data networks.)

NAMUR

Class

Class 5: Logging, down- or uploading (no immediate operational

consequence)

Class 3: Open loop control (human in the loop)

Class 0: Emergency action (always critical)

Class 4: Alerting (Short-term operational

consequence)

C –

Monitoring

Class 2: Closed loop supervisory control (usually non-critical)

Class 1: Closed loop regulatory control (often critical)B –

Control

A –

Safety

Classificatie van draadloze sensor netwerken

Import

ance

of m

essa

ge

tim

elin

e in

crea

ses

Uit onderzoek blijkt dat 50% tot 75% van alle meetpunten niet kritisch zijn

en alleen gebruikt worden voor het monitoren van het proces


Jaap Westeneng

Slide 7

03/06/2010

Belangrijke criteria voor keuze van draadloos concept

Reikwijdte

Voeding

Obstakels

Uitleesfrequentie

Classificatie

Meetwaarden en of diagnostiek

Coëxistentie

Veiligheid

Topologie

Systeem integratie


Jaap Westeneng

Slide 8

03/06/2010

Een open standaard is essentieel voor acceptatie

WirelessHART Fieldgate

WirelessHART Adapter

WirelessHARTNetwork

Ieder HART of 4-20

mA apparaat

HTTP


Jaap Westeneng

Slide 9

03/06/2010

WirelessHART is ideaal voor proces automatisering

Geen expert kennis nodig voor het opzetten van het netwerk

Maas netwerk technologie: zelforganiserend

en herstelend eenvoudig op te zetten

Bereik: binnen tot 100 m,

buiten tot 400 m

Data encryptie en

authenticatie voor privacy

Hoogste energie-efficiëntie

met behulp van state-of-the-art

communicatietechnologie

Licentievrije 2,4 GHz met

frequentie hopping voor

coëxistentie met WLAN, enz.


Jaap Westeneng

Slide 10

03/06/2010

Praktische draadloze toepassingen

Additionele proces informatie

voor bewaking en optimalisatie

Toegang tot bewegende

en mobiele apparatuur

Kost effectief en flexibel toevoegen

van nieuwe meetpunten

Tijdelijke en verplaatsbare installaties

Kost efficiënte tank - en silo installaties

Toegang krijgen tot afgelegen gebieden

en overwinnen van hindernissen

Aanpassen van installaties voor beheer van productie middelen


Jaap Westeneng

Slide 11

03/06/2010

Praktische toepassingen voor Wireless Sensor Networks

Process

optimization

Inventory

management

Plant asset

management

Monitoring of …

Equip

ment

S

tock

Pro

cess


Jaap Westeneng

Slide 12

03/06/2010

Draadloze proces optimalisatie

Verbinding via Ethernet ofRS485 met OPC of Modbus

Verhoog het inzicht in uw proces…

1. Voor een verhoogde en efficiënte

afhandeling, meer output met minder

input, b.v. minder energie

2. Verhogen van doorzet of flexibiliteit

3. Verminderen van afval en emissies

SCADA softwareCost-efficient installation

Sub-optimal process

Add sensors easily

Monitor and optimize

Fast and flexible inst.

Proces waarden

Mobile installation


Jaap Westeneng

Slide 13

03/06/2010

Voordelen van draadloze proces bewaking

Voeg nieuwe meetpunten toe zonder

kost intensieve en jarenlange project

Toegang tot bewegende componenten en

mobiele apparatuur (b.v. draai

trommeloven, drogers, vulmachines,

bewegende meet opstellingen etc.)

Voeg eiland automatisering toe

tot plant historian of vervang

eenvoudige meters.

Tijdelijke en

verplaatsbare

installaties

Mobile installation

Cost-efficient installation

Sub-optimal process

Add sensors easily




Jaap Westeneng

Slide 14

03/06/2010

Draadloze tank en silo bewaking

Tweevoudige benadering…

1. Verlaag uw beheerskosten door betere

afstemming in uw leveringsketen

2. Versterk uw klantenbinding door het

ontsluiten van actuele voorraad

informatie uit tanks en silos ter

ondersteuning van het logistieke proces

Inventory Management software e.g. SupplyCare


Verbinding via Ethernetmet OPC

Mobile installation


Jaap Westeneng

Slide 15

03/06/2010

Voordelen van draadloze tank en silo bewaking

Schaalbaar, uitbreidbaar, kost effectief en

snel te monteren

Eenvoudige overbrugging van obstakels

zoals straten, rivieren of spoorwegen

Vervang handmatige metingen of

aflezingen van manometers om de

nauwkeurigheid te vergroten

Verbeteren van de

veiligheid en

arbeidsomstandigheden


Mobile installation


Jaap Westeneng

Slide 16

03/06/2010

Draadloos Plant Asset Management

Bewaken van kritische productie

middelen om…

1.Reduceren van directe onderhoudskosten en

ongeplande dure proces onderbrekingen

2.Zeer efficiënte integratie van sensoren en

actuatoren in diagnostische systemen

3.Beschermen van kritieke installatie onderdelen,

bijvoorbeeld een reactor


Connectie via Ethernet met DTM of DD technologie

Sub-optimal process

Add sensors easily



Retrofit of installed

field devices

Con

trol

4-20 mA only

Plant Asset Management software, FieldCare


Jaap Westeneng

Slide 17

03/06/2010

Voordelen van draadloos Plant Asset Management

Het integreren van kritische

installatie onderdelen, bijvoorbeeld

kleppen, pompen, filters, enz.

zonder kost intensieve en de

jarenlange projecten

Bewaken van proces variabelen die

een overzicht bieden van de

gezondheidstoestand

Tijdelijke en verplaatsbare

metingen

Bypass van niet-transparante

systemen of installaties

om toegang te krijgen

tot diagnose informatie

Sub-optimal process

Add sensors easily




Retrofit of installed

field devices

Con

trol

4-20 mA only


Jaap Westeneng

Slide 18

03/06/2010

Endress+Hauser’s portfolio bestaat uit 3 componenten

WirelessHART Fieldgate

WirelessHART Adapter

Alle componenten zijn gebaseerd op WirelessHARTom interoperabiliteit te waarborgen

+ +

DTM/DD


Jaap Westeneng

Slide 19

03/06/2010

Interface adapter communiceert HART en meet 4-20 mA.

Adapter is geschikt voor ALLE HART en 4-20 mA apparaten

Een adapter voor alle HART apparaten

dP / P TL

Router voor

draadloos

netwerkKlepstandstellers(alleen diagnose, omdat er

geen HART commando bestaat voor sturen van een positie)


Jaap Westeneng

Slide 20

03/06/2010

Alle installatie mogelijkheden zijn afgedekt:

Veelzijdige inzet van de adapter met batterij

3. Optie

Apparaat wordt extern

gevoed door voeding of

4-20 mA stroomkring

1. Optie

Apparaat

wordt gevoed

door batterij.

4-20 mA

2. Optie

Zonder apparaat

als Router.

wireless technology and sensors networks - endress+hauser

Documents