Real-time condition monitoring of Ethernet based automation networks

Automaatiojärjestelmien nopeasti kasvava tiedonsiirtotarve luo yhä suurempia haasteita automaation tietoverkoille sekä niiden ylläpidolle. Näiden haasteiden vähentämiseksi verkkoa tulee valvoa sekä hallita verkkoympäristön vaatimalla laajuudella. Tämän tutkimuksen painopiste on verkonvalvonnassa ja sen soveltamisessa automaatiojärjestelmien Ethernet-pohjaisiin tietoliikenneverkkoihin. Verkonvalvonnan tulee olla jokapäiväinen työkalu yrityksen verkkoympäristön toiminnan tukena. Valvontajärjestelmän avulla varmistetaan verkon oikea toiminta sekä vähennetään suunnittelemattomia tuotantoa häiritseviä katkoksia. Tässä diplomityössä tutkittiin kirjallisuusselvityksen avulla verkonvalvonnan menetelmiä ja käytäntöjä perinteisen informaatioteknologian näkökulmasta. Työssä pohdittiin näiden menetelmien ja käytäntöjen soveltuvuutta Ethernet-pohjaisiin automaatioverkkoihin. Aluksi perehdyttiin automaatioverkkoihin ja näiden verkkojen vaatimuksiin. Vaatimusten pohjalta ymmärrettiin verkon toimintaan vaikuttavat tekijät sekä toiminnan varmistamisen kriittisyys. Tiedonsiirtoprotokollien standardiviitemallien avulla luotiin teoriapohja automaatioverkon profiileille sekä verkonvalvontaan soveltuville protokollille. Tutkimuksessa perehdyttiin myös virtausteknologioihin sekä näiden teknologioiden hyödyntämiseen automaation verkonvalvonnan tarkoituksissa. Verkonhallinnan viitemallit tarjoavat ohjeistuksen verkonhallinnan ja -valvonnan osa-alueiden toteuttamiseksi sekä liittämiseksi osaksi yrityksen jokapäiväistä liiketoimintaa. Tämän diplomityön tavoitteena oli toteuttaa teoriapohjan perusteella verkonvalvontakokokonaisuus, joka soveltuu työn tilaajan tarpeisiin. Verkonvalvontakokonaisuus toteutettiin avoimen lähdekoodin sovelluksilla. Näiden sovellusten avulla vastattiin vikojenvalvonnan sekä suorituskyvynvalvonnan osa-alueiden vaatimuksiin. Verkonvalvontajärjestelmän avulla voidaan vähentää verkon vikaantumista ja lyhentää vianselvityksen kestoa. Valvontajärjestelmän avulla toteutettiin verkon rakenteen visualisointi sekä lisättiin verkon läpinäkyvyyttä verkonylläpitäjälle

Real-time condition monitoring of Ethernet based automation networks

Automaatiojärjestelmien nopeasti kasvava tiedonsiirtotarve luo yhä suurempia haasteita automaation tietoverkoille sekä niiden ylläpidolle. Näiden haasteiden vähentämiseksi verkkoa tulee valvoa sekä hallita verkkoympäristön vaatimalla laajuudella. Tämän tutkimuksen painopiste on verkonvalvonnassa ja sen soveltamisessa automaatiojärjestelmien Ethernet-pohjaisiin tietoliikenneverkkoihin. Verkonvalvonnan tulee olla jokapäiväinen työkalu yrityksen verkkoympäristön toiminnan tukena. Valvontajärjestelmän avulla varmistetaan verkon oikea toiminta sekä vähennetään suunnittelemattomia tuotantoa häiritseviä katkoksia. Tässä diplomityössä tutkittiin kirjallisuusselvityksen avulla verkonvalvonnan menetelmiä ja käytäntöjä perinteisen informaatioteknologian näkökulmasta. Työssä pohdittiin näiden menetelmien ja käytäntöjen soveltuvuutta Ethernet-pohjaisiin automaatioverkkoihin. Aluksi perehdyttiin automaatioverkkoihin ja näiden verkkojen vaatimuksiin. Vaatimusten pohjalta ymmärrettiin verkon toimintaan vaikuttavat tekijät sekä toiminnan varmistamisen kriittisyys. Tiedonsiirtoprotokollien standardiviitemallien avulla luotiin teoriapohja automaatioverkon profiileille sekä verkonvalvontaan soveltuville protokollille. Tutkimuksessa perehdyttiin myös virtausteknologioihin sekä näiden teknologioiden hyödyntämiseen automaation verkonvalvonnan tarkoituksissa. Verkonhallinnan viitemallit tarjoavat ohjeistuksen verkonhallinnan ja -valvonnan osa-alueiden toteuttamiseksi sekä liittämiseksi osaksi yrityksen jokapäiväistä liiketoimintaa. Tämän diplomityön tavoitteena oli toteuttaa teoriapohjan perusteella verkonvalvontakokokonaisuus, joka soveltuu työn tilaajan tarpeisiin. Verkonvalvontakokonaisuus toteutettiin avoimen lähdekoodin sovelluksilla. Näiden sovellusten avulla vastattiin vikojenvalvonnan sekä suorituskyvynvalvonnan osa-alueiden vaatimuksiin. Verkonvalvontajärjestelmän avulla voidaan vähentää verkon vikaantumista ja lyhentää vianselvityksen kestoa. Valvontajärjestelmän avulla toteutettiin verkon rakenteen visualisointi sekä lisättiin verkon läpinäkyvyyttä verkonylläpitäjälle

Subsea Communication - Implementing and Evaluating Protocols

This thesis compares the performance, features, and practical implementation experience for subsea relevant protocols. Modbus TCP and Ethernet/IP are examples on mature communication protocols that can be used to exchange process data between topside and subsea. OPC UA is added as a suggestion to perform prospective data exchange between topside and subsea. The theoretical evaluation is performed for Modbus TCP, Ethernet/IP, and OPC UA. The evaluation reveals that Ethernet/IP is the only protocol that quantifies achievable performance indicators, Modbus TCP and OPC UA are not supposed to have performance indicators due its wide range of application. Also, the direct comparison of Modbus TCP and Ethernet/IP concludes that Ethernet/IP has better real-time properties, better multicast performance, and better support for features like time synchronization and safety protocol. CAN bus (SIIS level II) and IWIS are used for data exchange at sensor level, an introduction and evaluation of these two principles are performed. However, a direct comparison of the two were not considered relevant as they are engineered for two different purposes. The practical part of the thesis has consisted of implementing two different communication protocols that can be used for the same purpose. The first task was reading and interpreting the official Modbus TCP specification and implementing this for message exchange between two microcontrollers. The second task involved implementation of OPC UA on a microcomputer by use of a software development kit