TURVAVÄYLÄSEMINAARI. Erilaiset kenttäväylät ja niiden kehitys Jukka Hiltunen

Transkriptio

1 TURVAVÄYLÄSEMINAARI Erilaiset kenttäväylät ja niiden kehitys Jukka Hiltunen

2 Miksi väylätekniikkaa? 1. luonnolliset perusteet: : kehittyneiden kenttälaitteiden ja ylemmän tason laitteiden välille on saatava moni- puolinen, kaksisuuntainen kommunikaatio (näkyvyys) laitteiden ominaisuuksien täysimittaisen hyödyntämisen vuoksi 2. teknologiset perusteet: digitalisointi on arkipäivää kaikilla sovellusalueilla 3. taloudelliset perusteet: väylätekniikka tuottaa sääs- töjä sekä investointi- että käyttökustannuksissa 4. automaation erityisperusteet: toimintojen hajautus, diagnostiikka, uudet tuotantofilosofiat

3 Kenttäväylien kehityshistoriaa varhaisia suunnitelmia jo 70-luvulla (mm. MAP) varsinainen historia alkoi 80-luvulla (lukemattomia erilaisia väyläratkaisuja, suljetut spesifikaatiot) kohti avointa spesifikaatiota ja kansainvälistä standardia 80- luvun puolivälistä alkaen (IEC TC65C, FIP ja Profibus) pyrkimys yleiseen, yhteiseen ja avoimeen spesifikaatioon 90- luvun alussa (WorldFIP ja ISP) standardointikehitys lukkiutuu 90-luvun puolivälissä (ISA ja FF, CENELEC) kompromissiratkaisu vuosituhannen lopussa (IEC 61158) standardin mukaisia tuotteita markkinoille, standardia laajennetaan (IEC 61784)

4 Kenttäväylien luokittelu Prosessiteollisuuden kenttäväylät, varsinaiset kenttäväylät (jatkuva säätö, prosessinohjaus) älykkäiden laitteiden välinen kommunikaatio, vaihtelevat pitkät sanomat Laiteväylät (logiikka, prosessinohjaus) tavanomaiset kenttälaitteet, lyhyemmät sanomat, nopeutta vaativat tehtävät kappaletavarateollisuudessa Anturiväylät yksinkertaiset (binääri)laitteet, lyhyet sanomat

5 Kenttäväylien luokittelu Type of control Process control FIELDBUS DEVICEBUS Logic control SENSORBUS Type of Devices Lenght of Data Simple Devices Bit Byte Block Intelligent Devices

6 Kenttäväyläjärjestelmän rakenne hajautettu automaation sovellusympäristö automaatiotoimintojen konfigurointi funktiolohkot ja niiden kytkentä (lohkokieli) laitekuvaukset ja kuvauskieli (ajurit) tietoliikennejärjestelmä OSI-mallin kerrokset (esim. fyysinen, siirtoyhteys- ja sovelluskerros) väylän hallinta (väylälle pääsy, reititys yms.)

7 Kenttäväyläjärjestelmän rakenne Distributed Automation Application Device 1 Device 2 Data Data Communication Communication System System

8 Mitä eroa eri väylissä? tietoliikennejärjestelmän erot toiminta keskitetty, hajautettu tai hybridi (central, decentral, hybrid) erilainen väylän käyttöoikeuden jako (polling, central mastership, bus arbitration, token passing, CSMA) erot muissa OSI-mallin kerroksissa (fyysinen tai sovelluskerros) erityispiirteet toiminta optimoitu johonkin erityissovellukseen tai -tarkoitukseen (kappaletavara-automaatio, automaatio, prosessiautomaatio, ajoneuvot, rakennusautomaatio, I/O:n hajautus laajalle alueelle yms.) muut erityispiirteet (esim. erot toimintojen hajautuksessa)

9 OSI ja kenttäväylä USER LAYER APPLICATION LAYER PRESENTATION LAYER SESSION LAYER TRANSPORT LAYER NETWORK LAYER DATA LINK LAYER PHYSICAL LAYER FIELDBUS MESSAGE SPECIFICATION FIELDBUS ACCESS SUBLAYER DATA LINK LAYER PHYSICAL LAYER esim. FF

10 Standardit - CENELEC kansalliset standardit eurooppalaisiksi sellaisenaan o EN 50170: : General Purpose field communication system (P-Net, PROFIBUS, WorldFIP, FF ja ControlNet) o EN 50254: : High efficiency communications subsystems for small data packages (INTERBUS, PROFIBUS ja WorldFIP) o EN 50325: : CAN-teknologiat (CANOpen, DeviceNet ja SDS) o EN 50295:anturiväylät (AS-Interface)

11 Standardit - IEC o alkuperäisenä tavoitteena yhtenäinen kansainvälinen standardi, tuloksena kompromissi ( Memorandum of Understanding ) o IEC (Fieldbus for industrial control systems) : yhtenäinen kerrosrakenneratkaisu, jossa kerroksen toiminnot on jaettu palveluihin ja protokolliiin, erilaiset spesifikaatiot esiintyvät standardissa tyyppeinä o IEC 61784: : määrittelee IEC 61158:n eri kerrosten tyypit profiileina ns. alemman tason väylät (AS-I I ja CAN) puuttuvat edellisistä ja ne on suunnitteilla julkaista standardina IEC 62026

12 Tulevaisuus? Ethernet näyttää yleistyvän, vaikka sitä (ainakin) alunperin haittasi reaali- aikaominaisuuksien puute nykyiset yhden ASIC-piirin kenttä- väyläliitynnät (vielä) Ethernet- ratkaisuja halvempia erilaisia mahdollisuuksia yhdistää nykyiset kenttäväylät ja teollisuus- Ethernet