Verkonvalvonta tehdasympäristössä

Automaatio on merkittävä osa modernia yhteiskuntaa, ja sen tarpeen lisääntyminen on saanut aikaan nopean automaatioverkkojen kehityksen muun muassa prosessiteollisuudessa. Kun automaatioverkot laajenevat ja kriittiset järjestelmät siirtyvät verkkoon, niiden ylläpito on entistä haastavampaa. Verkonvalvonnan päätehtävänä on tuottaa tietoa verkon tilasta, jotta verkon ylläpito on helpompaa ja resurssit voidaan hyödyntää tehokkaammin. Automaatioverkkojen toimintaperiaatteet ja ominaispiirteet luovat erilaisia vaatimuksia verkonvalvonnalle sekä verkonvalvontaohjelmistoille. Kandidaatintyön tavoitteena on esitellä automaatioverkkojen ja UPM Kymin sellutehtaan asettamia vaatimuksia verkonvalvonnalle, sekä selvittää avoimen lähdekoodin verkonvalvontaohjelmisto Zabbixin soveltuvuutta sellutehtaan automaatioverkon valvontaan. Kandidaatintyö on tehty toimeksiantona UPM Kymin sellutehtaalle. Työn teoriaosuudessa tutustutaan Ethernet-pohjaisten lähiverkkojen tekniikoihin ja rakenteisiin sekä automaatioverkkojen ominaispiirteisiin. Lisäksi teoriaosuudessa käsitellään verkonvalvonnan hyötyjä, pääelementtejä, nykypäivän tekniikoita ja protokollia sekä yleisiä vaatimuksia automaatioverkkojen näkökulmasta. Työn tutkimusosassa selvitetään UPM Kymin sellutehtaan verkonvalvonnan nykytilaa sekä millaisia vaatimuksia ja tavoitteita verkonvalvonnalle asetetaan. Verkonvalvontaohjelmisto Zabbixin arkkitehtuuria, toimintaperiaatteita ja ominaisuuksia verrataan asetettuihin vaatimuksiin. Työssä havaittiin, että automaatioverkkojen hierarkkinen ja heterogeeninen rakenne, tiukat luotettavuus- ja reaaliaikavaatimukset sekä tietoturva asettaa merkittävimmät yleiset vaatimukset verkonvalvonnalle. UPM Kymin sellutehdas painottaa vaatimuksissaan verkonvalvontaohjelmiston helppokäyttöisyyttä, saavutettavuutta, käyttöönoton helppoutta, yhteensopivuutta sekä ohjelmiston tietoturvallista käyttöä. Oleellisimpien toimintojen osalta vaatimuksiksi esitetään vikojen havainnointia ja selvitystä sekä kerätyn datan visualisointia. Zabbixin monipuoliset ominaisuudet vastaavat hyvin esitettyihin vaatimuksiin. Näitä ominaisuuksia ovat selainpohjainen käyttöliittymä, kattavat mahdollisuudet datan keräämiseen, laajennettavuus, ennakoiva vikojen havainnointi ja reaaliaikaiset topologiakartat. Zabbixin monipuoliset ominaisuudet ja UPM Kymin sellutehtaan automaatioverkon laajuus voivat kuitenkin vaikeuttaa ohjelmiston käyttöönottoa. UPM Kymin sellutehtaalla ei tällä hetkellä ole käytössä yhtenäistä toimintatapaa tai ohjelmistoa automaatioverkon valvontaan. Täten kandidaatintyön pohjalta Zabbixin käyttöönottoa UPM Kymin sellutehtaan automaatioverkon valvontaan voidaan suositella. Verkonvalvonnan avulla voidaan helpottaa verkon ylläpitoa sekä verkkosuunnittelua, jotka ovat avainasemassa automaatioverkon korkean palvelunlaadun saavuttamiseksi. Automaatioverkon korkea palvelunlaatu takaa sellutehtaan tuotantoprosessin tehokkaan hallinnan, jolloin lopputuotteen valmistus toteutuu turvallisesti ja kustannustehokkaasti

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