Lehti 7-1996 (Kenttäväylät)

Pääteemana kenttäväylät

Kenttäväylätunnelin päässä häämöttää valoa
Automaatioalan vahvuutena pidetään usein sen joustavuutta ja soveltuvuutta muiden tieteiden – taiteidenkin – apulaiseksi. Useiden tieteenalojen huippusovellusten toteuttaminen ei olisi mahdollista ilman automaation myötävaikutusta. Tänä syksynä tehtiin erään tehtaan konelinjan tarjouskyselyissä pyyntö myös väyläliitynnäisistä venttiileistä ja virtausmittareista. Kyseessä oli prosessi joka sisälsi useita samankaltaisia virtaussäätöjä pienellä alueella. Tavoitteena oli sijoittaa back-up -säätimet kenttälaitteisiin ilman erillisiä yksikkösäätimiä. Samalla haluttiin saada hyvä on-line -diagnostiikka virtausmittareilta ja erityisesti venttiileiltä. Väyläpohjainen ratkaisu jäi saavuttamatta, koska kyseisillä laitetoimittajilla ei ollut vielä valmista tai riittävästi testattua kenttäväyläliityntää.

Tämä tapaus – useiden vastaavien rinnalla – osoittaa sen, että kenttäväylätekniikka parantaa suomalaisten prosessiteollisuusyritysten kilpailukykyä välittömästi kun se on riittävän kypsä käytettäväksi. Soveltaminen ei ole kiinni loppukäyttäjistä. Ehkä suurempaa sopeutumista kysytään laitetoimittajien tuotekehitykseltä ja koko tuotestrategialta.

Automaatiojärjestelmien rooli kenttäväyläratkaisua käytettäessä puhuttaa paljon. Eräässä ISA 96 -näyttelyn luennossa kuulin positiivisen näkökulman DCS-järjestelmien kohtalosta: suuren järjestelmätoimittajan väyläspesialisti näki kenttäväylätekniikan vapauttavan automaatiojärjestelmien resurssit täyteen potentiaaliinsa. Samanlaisia viitteitä saattoi saada näyttelyn DCS-järjestelmiin integroiduista kenttäväylälaitteiden konfigurointi-, monitorointi- ja diagnostiikkasovelluksista.

Jos tekniikka ei tuo mitään lisäriskejä pelkkä I/O-hajautuskin tuo suuria säästöjä instrumentoinnin elinkaarikustannuksissa. Näin asiaa arvioi erään suomalaisen paperitehtaan kunnossapitopäällikkö kertoessaan alkavan talven automaation uudistussuunnitelmastaan kun äskettäin keskustelimme. Hän tosin sisällytti kustannuslaskelmaansa sen, että dokumentointi ja suunnittelu toteutetaan myös uudella tavalla.

Eräissä väyläratkaisuissa on diagnostiikka väylän osalta varsin kehittynyt ja tiedonsiirron onnistumista voidaan trendimäisesti seurata. Tämä viittaisi siihen että uusi tekniikka ei lisää riskejä vaan joiltakin osin vähentää niitä. Digitaalisen viestin oikeellisuus pystytään myös varmistamaan, mikä ei analogiatekniikalla ole mahdollista.

I/O-hajautus -ratkaisumallista jää puuttumaan digitaalinen kommunikointi perille kenttälaitteelle asti: siis kenttälaitteen prosessorin mahdollisuudet (esim. toimilohkot ja monimuuttujaisuus) tulevat vajaasti hyödynnettyä ja etäkäyttö sekä diagnostiikka jäävät kokonaan hyödyntämättä. Myös D/A ja A D muunnokset ovat mukana piireissä.

Samoin jää saavuttamatta yhteinen standardi käyttöliittymä, joka helpottaa kenttälaitteiden parametrointia ja viritystä. Suurin kenttäväylän tuoma etu lienee kuitenkin standardinomainen digitaalinen liityntärajapinta joka aikaa myöten korvaa tällä hetkellä yleisesti käytetyn 4-20 mA virtaviestin.

Jorma Hintikka
kehityspäällikkö
POHTO
 
Kenttäväyläteknologian kehitys
Kenttäväyläteknologian kehitys, tutkimus  ja seuranta Suomen Automaatioseuran piirissä alkoi keväällä 1993 Suomen koekenttäväyläprojektin myötä. Projektin tavoitteena oli kenttäväylästandardin mukaisen 31.25 kbit/s kenttäväylän toteuttaminen. Väyläratkaisuksi valittiin Interoperable Systems Project (ISP) ja tätä ratkaisua tukevia laitteita saatiin mm. Fisheriltä ja Siemensiltä.

Projektin loppuvaihetta vaikeutti huomattavasti kahden eri väyläratkaisun WorldFIP (Factory Information Protocol) North American ja ISP:n yhdistyminen syyskuussa 1994, jolloin laitetoimittajien tuki säätöpiirin rakentamiselle käytännössä loppui. Yhdistyminen sinällään oli positiivinen tapahtuma kenttäväyläkehityksen kannalta, sillä muodostunut Fieldbus Foundation (FF) on tällä hetkellä laajimmin tuettu prosessiautomaation kenttäväyläratkaisu sekä laitetoimittajien että loppukäyttäjien keskuudessa.

Nykyisistä kenttäväylistä alemman tason väylät (ns. devicebus) kuten Profibus DP ja Interbus S ovat jo täysin valmiita sovelluksia. Teollisuusinstallaatioita on toteutettu näillä jo Suomessakin.

Ensimmäinen toimiva kenttäväyläsäätöpiiri nähtiin Suomessa tammikuussa 1996 Norrkama -messuilla Oulussa. Tämäkin ratkaisu perustui ISP-specifikaatioon, mutta uudempaan sukupolveen (ISP 3.0). Ensimmäisiä teollisuusmittakaavaisia rinnakkaisasennuksia saatanee kuitenkin odottaa vielä ensi vuoden puoleen väliin ja ensimmäistä täysin kenttäväylätekniikalla toteutettua tehdasta vielä muutamia vuosia. Maailmalta löytyy kuitenkin referenssejä varsin laajoistakin prosessiautomaation kenttäväyläsovelluksista. Esimerkiksi Brasiliassa toimii tehdas, joka on kokonaan kenttäväylän avulla automatisoitu ja jossa on yli tuhat älykästä kenttälaitetta.

Kenttäväylästandardin syntyminen Euroopassa on varma signaali siitä kehityksestä, joka prosessiautomaatiossa on tapahtumassa ja tuskin kukaan enää epäilee kenttäväylän mahdollisuuksia ja tulemista, vain ajankohdasta ollaan eri mieltä. 

Urpo Kortela
Suomen Automaatioseura ry:n
Kenttäväylätoimikunnan puheenjohtaja
 
Mitä kenttäväylältä odotetaan ja halutaan?
Teollisuusautomaation kenttäväylästä on lehdessämme kirjoitettu vuodesta 1992 lähtien. 'Väylän varrelta' -palstalla ja muuallakin. Tässä numerossa kenttäväylät ovat teemana. Päästäänkö siihen ja halutaanko ylipäätään yhtä hyvää yhteensopivuutta, minkä 4…20 rnA -analogiviesti on tarjonnut? Mitkä ovat edut ja mahdolliset haitat? Automaatioväylä esitti kysymyksiä suomalaisille automaatioalan yritysten edustajille. Tässä ovat kysymykset ja kooste saaduista vastauksista. Toimittaja on melko vapaasti yhdistänyt vastaajien riittävän samanmielisiä vastauksia.

Jorma Hintikka, POHTO, kehittämispäällikkö
Kenttäväyläkilpailu ratkeamassa
Ennen kuin mikään laaja prosessi instrumentoidaan analogiamittausten ja venttiilien osalta – kenttäväylää käyttäen täytyy valittuun ratkaisuun olla riittävä valikoima täysin yhdessä toimivia tuotteita tarjolla. Lisäksi on ratkaisu tietysti testattava ja osoitettava täysin riskittömäksi. Ensi kerran nämä ehdot täyttävä kenttäväylä näyttäisi olevan käytettävissä syksyllä 1997.

Mika Rytky, Oulun yliopisto, POHTO Jukka Hiltunen, Oulun yliopisto
Suomalaiset kenttäväylähankkeet osana EU-projekteja
Suomi, varsin uutena jäsenenä Euroopan unionissa, on vasta ottamassa omaa paikkaansa yhteisön tutkimus- ja kehitysprojekteissa. Jo valmiiseen projektiin pääseminen tai ensimmäisten partnereiden löytäminen omaan hankkeeseen voi tuntua aluksi vaikealta. Kuitenkin suomalainen täsmällisyys ja tapa tehdä tutkimusta tuo yleensä helposti jatkomahdollisuuksia ja uusia yhteistyökumppaneita.

Jarmo Alanen, VTT Automaatio, Lars-Berno Fredriksson, Kvaser AB
CAN -standardit mobilehydrauliikan sovelluksissa
Hajautettujen sulautettujen ohjausjärjestelmien kehitys alkoi 80- luvun alussa. Hydraulinen robotti, jossa oli täysin hajautettu ohjausjärjestelmä, esiteltiin vuonna 1984. Samaan aikaan Vickers esitteli EXPert-järjestelmänsä, joka oli hajautettu. Markkinat eivät kuitenkaan vielä tuolloin olleet valmiit vastaanottamaan hajautettuja ohjausjärjestelmiä, joten kehitys oli hidasta. Esteenä oli sopivan reaaliaikaisen ja standardoidun väyläprotokollan puuttuminen.

Hans-Joachim Roesler, Siemens AG
Kenttäväylä kasvaa järjestelmäväyläksi
Uusimman sukupolven automaatiolaitteiden, avoimien ja modulaaristen automaatiotietokoneiden ja kompaktijärjestelmien avulla voidaan hajautetut toteutukset ratkaista uudella tavalla. Profibus-DP-väylä antaa järjestelmälle suorituskyvyn, jollaiseen ei ole ennen päästy automaatiotekniikassa.

Jari Alatalo, Phoenix Contact Oy
InterBus – kenttäväylä vuodesta 1987
Avoin jo syntyessään
InterBus eroaa muista maailman merkittävistä kenttäväylistä kahdella oleellisella tavalla. Ensiksi järjestelmä on alusta alkaen suunniteltu avoimeksi, jolloin eri valmistajien osat ovat täydellisen yhteensopivia. Toiseksi tiedonsiirto perustuu tehokkaaseen yhteiskehysprotokollaan.

Tuomo Mutikainen, Festo Oy
Komponettitoimittajan näkemys
Avoimet väylät valmistajakohtaisten tilalle

Timo Kuusisto, Valmet Automation Oy
Kenttäväylien standardisointikatsaus
Tässä katsauksessa tarkastellaan etupäässä prosessiautomaation tarpeisiin suuntautuvia kenttäväyliä. Kenttäväylät ovat kenttäinstrumentoinnin digitaalisia sarjamuotoisia tietoliikennejärjestelmiä. Siirtotienä on tavallisesti parijohto, mutta myös valokuitu ja radioverkko ovat mahdollisia.