Kenttäväyläkommunikaatioratkaisut prosessiautomaation kenttäviestinnässä

Abstract

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää langattomien ja Ethernet-pohjaisten kenttäväyläkommunikointiprotokollien tekninen toteutus yleisluontoisesti ja pohtia niiden soveltuvuutta laajempaan käyttöön prosessiautomaatiossa. Tutkitut protokollat olivat HART-IP, PROFINET, Ethernet-APL, WirelessHART ja ISA100Wireless. Tutkimus toteutettiin kirjallisuuskatsauksena, jossa lähteinä käytettiin erityisesti protokollien määritysdokumentaatiota ja laitevalmistajien teknisiä raportteja. Teknologiaselvitys-osuudessa kuvataan protokollien teknistä toteutusta ja toimintaperiaatteita. Näiden kuvausten perusteella voidaan protokollia vertailla keskenään ja tarkastella niiden soveltuvuutta laajaan käyttöön prosessiautomaation näkökulmasta.

Selvitysten perusteella voidaan todeta, ettei yksikään tutkimuskohteena olleista protokollista ole nykytilassaan, tai lyhyellä aikavälillä, valmis syrjäyttämään perinteisiä kenttäväyliä instrumenttitason väyläkommunikaatiossa. Tutkimus antaa hyvän lähtökohdan instrumenttitason väyläkommunikaatiota koskeville jatkoselvityksille. Tällaisten selvitysten tarve tulee kasvamaan IIoT-sovellusten ja muiden älykkäiden järjestelmien yleistyessä prosessiteollisuudessa, mikä johtaa tiedonsiirron vaatimusten ja väyläarkkitehtuurin muutoksiin

The goal of the thesis was to research wireless and Ethernet-based fieldbus communication protocols and to provide technical overview of their implementation and evaluate their suitability for wider deployment in the process automation. Protocols researched in this thesis were: HART-IP, PROFINET, Ethernet-APL, WirelessHART, and ISA100Wireless. The research was carried out as literature review, which consisted of development specification documents, and device manufacturers’ whitepapers. Technology overviews depict protocols’ technical implementation and working principles. Based on the technical overviews, protocols’ suitability for process automation’s applications were assessed.

The researched showed that none of the researched protocols, in their current state or in near future, was ready to supersede traditional fieldbuses in the instrument-level bus communication. The thesis provides a good starting point for follow-up research of the fieldbus protocols, especially regarding the IIoT-applications becoming more common in the industrial setting.