Kenttäväylien soveltaminen hydrauliventtiilin konfigurointiin ja ohjaukseen

Abstract

Kenttäväylät mahdollistavat reaaliaikaisen ja kaksisuuntaisen tiedonsiirron automaatiojärjestelmän kahden laitteen välillä. Laitteiden kasvaneen laskentatehon ansiosta suurempi määrä tietoa voidaan käsitellä laitteissa, jolloin myös tiedonsiirron merkitys korostuu. Tässä työssä tarkastellaan automaatiojärjestelmien tiedonsiirtoa kenttäväylien välityksellä. Tämän jälkeen tutkitaan yleisimpien työkoneautomaatiossa ja hydrauliikassa käytettävien kenttäväylästandardien ominaispiirteitä, ja ohjausjärjestelmän laitteiden saatavuutta eri kenttäväylille. Lopuksi tarkastellaan esimerkkinä yhtä hajautetun automaatiojärjestelmän mahdollistavaa EtherCAT-kenttäväylää tukevaa hydrauliventtiiliä.

Työ koostuu kahdesta osasta, joista ensimmäisessä toteutetaan kirjallisuusselvitys eri kenttäväylistä. Tässä osassa esitetään taustatietoa tiedonsiirrosta automaatiojärjestelmissä, ja tutkitaan yleisimpiä hydrauliikassa käytettäviä kenttäväylästandardeja. Lisäksi tutkitaan laitteiden saatavuutta eri kenttäväylästandardeille, ja tiedonsiirron vaatimuksia ja luonnetta eri käytännön järjestelmissä. Käytäntöosassa tutkitaan hydraulisen servoventtiilin konfigurointia valmistajan tarjoaman konfigurointiohjelman avulla. Lisäksi työssä rakennetaan testijärjestelmä, jossa venttiilin avulla ohjataan hydraulisylinteriä. Tavoitteena on tutkia venttiilin ja sen konfigurointiohjelman tarjoamia eri käyttömahdollisuuksia, kun venttiili konfiguroidaan osaksi testijärjestelmää ja sillä ohjataan sylinteriä.

Kirjallisuusselvityksen perusteella havaittiin, että työssä esitellyt kenttäväylästandardit ovat ominaisuuksiltaan hyvin samankaltaisia. Eri standardit eroavat sisäiseltä toiminnallisuudeltaan hieman, mutta varsinkin Ethernet-pohjaiset kenttäväylästandardit näyttäytyvät käyttäjälle hyvin samanlaisina. Lisäksi eri laitevalmistajien laitteet tukevat osittain samoja, yleisimmin käytettäviä kenttäväylästandardeja, kuten EtherCAT ja Ethernet/IP. Eri valmistajien laitteista löytyy kuitenkin myös eroja, ja kun tiedonsiirron vaatimukset vaihtelevat järjestelmäkohtaisesti, on käytettävän kenttäväylästandardin valinta aina sovelluskohtaista. Valintaan vaikuttavia tekijöitä ovat mm. tiedonsiirron reaaliaikavaatimukset, tiedon rakenne, laitteiden määrä ja niiden sijainti. Käytäntöosassa havaittiin, että venttiilin konfiguroinnissa tärkeimmät vaiheet ovat oikean toimintatilan valinta ja antureiden mittaussignaalien konfigurointi. Konfiguroinnin jälkeen testijärjestelmää voidaan ohjata antamalla venttiilille asetusarvoja konfigurointiohjelmasta, josta voidaan myös seurata järjestelmän tilaa antureiden mittaustiedon avulla.