Lehti 8-2000 (Kenttäväylät)

Pääteemana kenttäväylät

Onko Suomen automaatio jäämässä junasta

Kyllä on automaatiomaailma muuttunut sitten 1970-luvun opiskeluaikojen, jolloin koodia väännettiin Basicilla ja Assemblerilla ja ohjelmat ladattiin keskikokoisen yksiön kokoiseen Nova-tietokoneeseen reikänauhan kautta. Tuon “superkoneen” laskentateho vastasi suunnilleen nykypäivän pesukoneessa olevaa tiedonkäsittelykapasiteettia eikä silloin käyttöliittymänä ollut sähkömekaaninen ja paperille pelkkää tekstiä tulostava Teletype-päätekään ollut erityisen käyttäjäystävällinen. Ei ollut värejä eikä grafiikkaa, peleistä puhumattakaan.
Tietojenkäsittelyyn tarvittavien prosessoreiden laskentatehon kasvaessa eksponentiaalisesti ja niiden vaatiman tilan- ja tehontarpeen kutistuessa mikroelektroniikan huiman kehityksen myötä muuttuu myös perinteisen instrumentoinnin rooli prosessiautomaatiossa. Yhä enemmän älyä ja tiedonkäsittelyyn liittyviä toimintoja siirtyy lähemmäs prosessia.
Tämän päivän kenttälaitteet eivät enää ole pelkkiä mittausarvoa lähettäviä tai ohjaussignaalin mukaan asentoaan muuttavia instrumentteja, vaan tietokoneita joissa on ohjelmakoodia, muistia ja laskentatehoa monin verroin enemmän kuin tuossa 1970-luvun Novassa. Kehittyneiden tietoliikenneominaisuksiensa ansiosta ne pystyvät toimimaan tehtaiden tietoverkoissa muiden tietokoneiden ja palvelimien rinnalla, ne on vain koteloitu vaativiin prosessi- ja ympäristöoloihin.
Prosessi-instrumenteilla on muihin tehtaan tietoverkkoon kytkettyihin tietokoneisiin verrattuna koteloinnin lisäksi se erikoisominaisuus, että ne on kytketty kiinni prosessiin. Tämän ominaisuutensa ansiosta ne pystyvät keräämään sekä prosessiin että omaan tilaansa liittyyvää dataa, käsittelemään ja analysoimaan sen ja tarjoamaan tämän informaation tehdasverkon kautta ylemmän tason järjestelmiin tai vaikkapa internetin kautta toiselle puolelle maapalloa tuotantoprosessien kehittämiseen tai kunnossapitoon tarvittavan päätöksenteon tueksi.
Näiden ominaisuuksien hyödyntäminen ja tätä kautta tarjoutuvien kilpailuetujen saavuttaminen vaatii kuitenkin siirtymistä tutusta ja turvallisesta analogisesta 4-20 mA:n arkkitehtuurista digitaaliseen aikaan ja kenttäväylätekniikkaan.
Alan ammattilaisten kenttäväyliä sivuavissa keskusteluissa paljastuu usein se virheellinen käsitys, että prosessiteollisuuden kenttäväylän ja perinteisen instrumentoinnin ainoa merkittävä ero olisi tapa, jolla prosessiarvo siirretään kentältä järjestelmään. Samoin kuulee myös oletettavan, että kaikkien tarjolla olevien väylätekniikoiden ominaisuudet olisivat samanlaiset ja että ne kaikki soveltuvat myös prosessiautomaation tarpeisiin. “Vaihdetaan vain automaatiojärjestelmään I/O-kortti ja prosessiin kenttälaite, jotka kommunikoivat digitaalisesti keskenään ja voilá, käytössämme on kenttäväylä kaikkine sen mukanaan tuomine mahdollisuuksineen, etuineen ja säästöineen.”
Valitettavasti asia ei ole näin yksinkertainen, vaan prosessiautomaation kenttäväylä on paljon enemmän kuin pelkkä automaatiojärjestelmässä oleva I/O-kortti, joka pystyy kommunikoimaan digitaalisesti jollain valitulla protokollalla siihen liitetyn kentällä olevan prosessi-instrumentin kanssa. Digitaalinen tiedonsiirto on luonnollisesti perusta kenttäväyläteknologian hyödyntämiselle, mutta kuitenkin vasta standardit käyttöliittymät ja konfigurointityökalut sekä laitteiden kunnossapitoa (tai pikemminkin laadussapitoa), laite- ja prosessidiagnostiikkaa, etävalvontaa jne. tukevat ohjelmistosovellukset tuovat todellisen lisäarvon ja mahdollistavat uudet kilpailuedut automaation käyttäjille.
Kenttäväylä- kuten kaiken muunkin uuden tekniikan hyödyntäminen vaatii aina perehtymistä ja opettelua. Moniko meistä ei olisi tuskaillut jonkin teknisen vempaimen, vaikkapa uuden videonauhurin kaukosäätimen kanssa ennenkuin olemme vaivautuneet lukemaan käyttöohjeen ja ehkäpä jopa harjoittelemaan laitteen käyttöä? Itselleni kävi juuri näin kun piti kiireellä nauhoittaa vaimolle Salatut Elämät tai jotain vastaavaa, eikä nauhoitus tietenkään onnistunut kun ei ollut aikaisemmin tarvetta perehtyä uuteen “säädintekniikkaan”. Ilmapiiri oli kotona hetken aikaa melko kolea, mutta nyt on ainakin kaukosäätimen käyttö hallussa ja “koti-ilmastokin” alkaa hiljalleen lämmetä.
Ei kenttäväylä tässä suhteessa juurikaan eroa kaukosäätimestä, vaan myös tämän uuden tekniikan kunnollinen hyödyntäminen ja käyttäminen vaativat ensin perehtymistä ja opettelua ennenkuin se voidaan ottaa laajemmin käyttöön.
Lieneekö syynä tiedon vai peräti kiinnostuksen puute, vai miksi kenttäväyläteknologiaa pidetään meillä edelleen joissain piireissä prototyyppiasteella olevana tulevaisuuden teknologiana, johon ei tarvitse vielä sen kummemmin perehtyä – samaan aikaan kilpaileva prosessiteollisuus ympäri maailmaa toteuttaa laajoja projekteja uuden teknologian mukanaan tuomia etuja hyödyntäen. Totuuden nimissä on myönnettävä, että poikkeuksia meiltäkin löytyy, lähinnä kansainvälisten yritysten piiristä ja myös useat alan oppilaitokset ja koulutusjärjestöt ovat lähteneet kiitettävän aktiivisesti perehtymään kenttäväylien haastavaan ja antoisaan maailmaan.
Erilaiset teollisuuden kenttäväylät ovat maailmalla päivittäin hyödynnettyä teknologiaa, käyttäjien suurena haasteena on ymmärtää mihin tarpeisiin kukin väyläteknologia on kehitetty ja mihin ne pystyvät. Nimenomaan prosessiautomaatioon tarpeisiin kehitetty Foundation-väyläteknologia on maailmanlajuisesti nopeimmin kasvava prosessiautomaation alue, johon on sitoutunut ja valmistaa laitteita liikevaihdolla mitattuna jo yli 90 % maailman merkittävistä alan laitevalmistajista.
Suomalaisella prosessiteollisuudella on pitkät perinteet osata hyödyntää automaation uusinta saatavissa olevaa tekniikkaa, jota suomalaisetkin automaatiolaitteiden valmistajat ovat pystyneet sille tarjoamaan, erityisesti 1980-luvulla ja vielä 1990-luvun alussa. Mistä siis johtuu tämä, toivottavasti hetkellinen, “uinahtaminen”? Onko tuudittauduttu siihen, että olemme jo riittävällä tasolla, joka ehkä pitikin paikkansa vielä joitakin vuosia sitten? Vai ovatko mukana perin inhimilliset asiat, Suomessa tapahtuneiden lukemattomien yritysjärjestelyjen vuoksi on vahdittu enemmän omaa jakkaraa kuin katseltu ikkunasta ulos ja seurattu teknologian kehitystrendejä meitä ympäröivässä maailmassa.
Joka tapauksessa olemme uhkaavasti jäämässä junasta ja meidän automaation ammattilaisten onkin varmistettava se, että palautamme suomalaisen prosessiteollisuuden automaation takaisin maailman kärkeen eli sille tasolle missä se oli vielä joitakin vuosia sitten kilpailijamaihimme verrattuna. Kenttäväyläteknologia tarjoaa ennennäkemättömät mahdollisuudet, ja se yhdistettyinä kehittyneisiin automaatiojärjestelmiin, jotka pystyvät ottamaan sen tarjoamista mahdollisuuksista kaiken irti, ovat kova sana tulevaisuuden automaation haasteisiin.
Kenttäväylätekniikka ei ole vaikeaa, mutta sekin pitää opetella – ajoissa.

Antti Heljo
Fisher-Rosemount Oy
antti.heljo@frco.com

Pentti Uuspää, VTT Energia
Kenttäväylästandardoinnin nykytila ja taustat
Kauan odotettu IEC:n kenttäväylästandardi näyttää nyt olevan loppusuoralla. Tulos ei kuitenkaan ole yksi kansainvälinen kenttäväylästandardi, vaan kahdeksan samassa dokumentissa kuvattua erilaista kenttäväylää. Tilanne on niin outo ja uusi, että monet kenttäväylästandardin tekijätkin saattavat olla yllättyneitä.
 
Jorma Hintikka ja Mika Puurunen, VTT Elektroniikka, Intelligent Systems
Kokemuksia FF-kenttäväylälaitteiden saatavuudesta
Uusien investointien automaatioratkaisuja arvioitaessa on tärkeää tietää, joko kenttäväylälaitteita on riittävän hyvin tarjolla. Tässä artikkelissa asiaa arvioidaan KEDI-projektissa (Kenttäväylä Diagnostiikka, [1 , 2]) saatujen kokemusten perusteella.
 
Ari Kukkonen, Akutek Oy
Kiinassa osataan paperin tekeminen
Väylätekniikan edut viimeisen päälle käytössä
Dagangin viime vuonna käyttöönotetun puuhiokkeetonta sellua käyttävän paperikoneen Valmetin toimittamassa jälkikäsittelylinjassa hyödynnetään tuloksellisesti IEC 61158/2 -standardin mukaista ControlNet-väylää. Tulosten perusteella sama tekniikka valittiin parhaillaan rakennettavaan uuteen paperikoneeseen.
 
NDr. Wolfgang Stripf ja Herbert Barthel, Siemens AG
Gerd Lausberg, K. A. Schmersal GmbH & Co
ProfiSafe – kaikenkattavaa turvallisuutta standardi-kenttäväylässä
Hajautettu standardi-kenttäväylätekniikka on todistanut luotettavuutensa. Yleistä hyväksyntää osoittavat Profibusin kasvuluvut. Yksi "kauneusvirhe" tällä uudentyyppisellä automatisoinnilla kuitenkin oli. Se tuli esiin silloin, kun piti ratkaista turvallisuusteknisiä tehtäviä. Nämä toiminnot oli vietävä konventionaalista tekniikkaa käyttävälle toiselle tasolle. Hajautettuja ratkaisuja voitiin tehdä silloinkin erikoisväylien avulla.
 
Esa Ranta, Pilz Scandinavien KS
SafetyBUS p – turvallinen, avoin kenttäväyläjärjestelmä
Pilz GmbH & Co. on saksalainen 800 työntekijän maailmanlaajuinen teollisuuselektroniikkayritys, jolla on toimistot 22 maassa. Pilz kehittää, valmistaa ja jakelee tuotteensa globaalisti. Tuoteohjelmaan kuuluvat koneautomaation turva- ja valvontakomponentit, teollisuusnäytöt ja teollisuustietokoneet. Yli 50 vuoden aikana kerätty taitotieto turva- ja automatisointitekniikassa hyödynnetään laajan, toisiinsa sovitetun ohjelman kaikissa tuotteissa.
 
Tuula Hämäläinen, Honeywell Oy
Tuovatko kenttäväylät lisäarvoa automaatioon?
Tulevatko kenttäväylät yleiseen käyttöön DCS-järjestelmien perinteisillä sovellusalueilla? Muodostuuko yksi ja ainoa kaiken kattava kenttäväylä ja kenttäväylästandardi? Miten kenttäväyläviidakkoa hallitaan ja mitkä ovat suurimmat haasteet kenttäväylien soveltamisessa DCS-järjestelmien perinteisillä sovellusalueilla?
 
HannuLehtinen, VTT Automaatio
Håkan Sundqvist, NovaCall Oy
Tilaisuus tekee matkustajan
Eläkeläiset ovatPietarsaaren alueen kahdeksan ajoneuvon Vippari-kutsujoukkoliikennekokeilussa suurin käyttäjäryhmä – ja lisänneet liikkumistaan. Matkustajat maksavat paikallisliikennetaksan ja kunnat tukevat, mutta myös säästävät taksikuluissa. Tilauskeskus optimoi reititja lähettää ajotehtävät lyhytsanomaviesteinäautoihin.
 
Martti Hakonen, Fisher-Rosemount
Monta väylää sulassa sovussa
Maalitehtaan prosessit tälle vuosituhannelle

Tikkurila Paints Oy on uusinut kuluttajamaalitehtaansa (MC-tehdas) automaation. Vanha, osin vuodelta 1975 peräisin oleva uusittiin kertaheitolla; uusi koostuu nykyaikaisesti useampaan, avoimeen kenttäväylään pohjautuvasta perusratkaisusta.
 
Lauri Lehtinen, Lehtipuu Oy
Mobiiliratkaisu ohjaa liiketoimintaa Fast-It Oy:ssä
Lyhytsanomatekniikkaa jaliiketoimintaprosesseja ohjaavia järjestelmiä yhdistämällä voidaan yrityksen tilaus-toimitus-laskutus-ketjua ohjata langattomasti.Näin yritys voi tarjota asiakkailleen ja kumppaneilleen entistänopeammin businesskriittistä tietoa. Edullisimmillaan tämätapahtuu ilman lisäinvestointeja päätelaitteisiin tai tietoverkkoihin– riittää, että asiakkaalla on käytössään GSM-puhelin.
 
Automaatiopäällikkö Asko Wirkkala, OMG Kokkola Chemicals Oy
Käyttäjän kokemuksia kenttäväylästä
Emme tiedä, miltä ympäröivä yhteiskunta näyttää esimerkiksi 15 vuoden kuluttua. Tilanne on sama teollisuudenkin osalta. Tulevaisuutta ei kannata kuitenkaan pelätä, vaan valmistautua sen tuomiin haasteisiin tekniikan uusimmin mahdollisuuksin. OMG Kokkola Chemicals Oy edustaa kemian teollisuutta, jossa kisa uusien tuotteiden kehityksessä on arkipäivää. Säilyäkseen elinkelpoisina yritysten on panostettava kiihtyvällä vauhdilla tuotekehitykseen ja prosessien hiomiseen huippuunsa. Merkittävän kilpailuedun tarjoaa uusimman tekniikan rohkea mutta hallittu hyödyntäminen joka alueella, myös automaatiossa.
 
Pasi Heikkinen, Control CAD
Martti Hakonen, Fisher-Rosemount
Prosessiautomaation kenttäväylät, osa 8
Nopeat Ethernet-sovellukset
Foundation Fieldbus kenttäväylän H1-taso, joka liittää keskenään kommunikoivat kenttälaitteen yhteen ja tarjoaa niille tehonsyötön, ei ole yksistään riittävä automaation tarpeisiin. H1-tason päälle tarvitaan nopea, avoin, luotettava ja edullinen väyläratkaisu, joka täyttää niin prosessi- kuin kappaletavara-automaation tarpeet. Tähän tarkoitukseen Fieldbus Foundation on määritellyt nopean Ethernet-ratkaisun (HSE, High Speed Ethernet).