Industrial Communication Evaluation and Implementation - Investigation and Comparison of Commonly Available Fieldbus and Industrial Ethernet Technology and Set-Up of a CC-Link IE Field Test Bench for a Process Industry

Abstract

This study aims to implement a functional test environment for CC-Link IE Field and to investigate and compare commonly used fieldbus technologies in the process industry. Key aspects of network communication across different technologies were analysed, along with additional non-comparative features evaluated against a set of organizational needs and desirable characteristics. Research data were collected from literature, online sources, practical experiences, and laboratory testing.

Despite the emergence of new industrial communication technologies, traditional fieldbus protocols maintain a strong market presence due to their reliability and established infrastructure. An important aspect when selecting data communication technology for the industry is how to combine different technologies to achieve as good performance, flexibility and future-proofing as possible and to integrate newer technology with older technology that is already deployed.

The findings indicate that industrial data communication will remain critical, with data volumes in industrial environments continuing to increase. Modern Ethernet-based technologies, such as CC-Link IE Field, are rapidly gaining adoption, while older protocols persist primarily for maintenance and expansion of existing systems. CC-Link IE Field proved to be a reliable and high-performance protocol, capable of gigabit-speed operation and compatibility with other Ethernet-based solutions. However, some unexpected behaviour was observed in specific setups, highlighting potential challenges related to configuration or hardware compatibility.

Overall, an optimized industrial network is likely to use multiple fieldbus types, tailored to the application and existing infrastructure. A practical setup guide for CC-Link IE Field was also developed to support users new to the protocol. Additionally, the test environment will contribute as a beginner friendly platform for implementing new systems using CC-Link IE Field. These results support improved reliability, process efficiency, and the adoption of modern industrial communication technologies while acknowledging the continued presence of legacy systems.

Målet med studien är att implementera en fungerande testmiljö för CC-Link IE Field och att undersöka och jämföra vanligt förekommande fältbusstekniker i processindustrin. Viktiga aspekter för kommunikationsnätverksteknik har analyserats, parallellt med andra icke jämförbara egenskaper i enlighet med organisationens (Stockholm Vatten och Avfall) behov och önskade egenskaper. Information har hämtats från litteratur, källor på internet och genom praktisk erfarenhet.

Trots att nya tekniker för industriell datakommunikation har lanserats så utgör traditionell fältbussteknik fortfarande en stor andel av marknaden tack vare pålitligheten i tekniken och genom att många befintliga system fortfarande använder tekniken. En viktig aspekt för val av kommunikationsteknik är hur man ska kombinera olika protokoll för att uppnå så god prestanda, flexibilitet och framtidssäkring som möjligt och att integrera nyare system med befintliga system.

Undersökningen pekar på att industriell datakommunikation kommer att förbli viktig, genom att mängden data i industriell miljö fortsätter att öka. Modern Ethernet-baserad teknik så som CC-Link IE Field implementeras i allt ökande takt. Äldre protokoll kvarstår huvudsakligen av underhållsskäl och vid utbyggnad av befintliga system. CC-Link IE Field är ett protokoll baserat på 1000BASE-T Gigabit Ethernet standard. Ethernet-baserade protokoll är den snabbast ökande sektionen för industriella kommunikationstillämpningar på marknaden. Störningar har också uppdagats i samband med implementeringen av system med CC-Link IE vilket belyser potentiella utmaningar kopplade till konfiguration och hårdvarukompatibilitet.

Överlag är ett optimerat industriellt kommunikationsnätverk byggt på ett flertal fältbusstyper enligt olika behov av tillämpning och befintlig infrastruktur. En praktisk uppstartsinstruktion för CC-Link IE Field har också tagits fram för att stödja nya användare av protokollet. Resultaten av studien visar på ökad tillförlitlighet, processeffektivisering och tillämpning av modern industriell kommunikationsteknik, medan den också belyser den traditionella fältbussteknikens fortsatta förekomst i befintliga styrsystem.

Tutkimuksen tavoitteena on toteuttaa toiminnallinen testiympäristö CC-Link IE Field -järjestelmälle sekä tutkia ja vertailla prosessiteollisuudessa yleisesti käytettyjä kenttäväylätekniikoita. Eri tietoliikennetekniikoiden kannalta keskeisiä verkon ominaisuuksia on analysoitu ja arvioitu sekä teknologiavertailun että organisaation (Stockholm Vatten och Avfall) tarpeiden ja toivottujen ominaisuuksien näkökulmasta. Tutkimusaineistoa on kerätty kirjallisuudesta, verkkomateriaaleista, käytännön kokemuksista sekä laboratoriotesteistä.

Vaikka uusia teollisia tiedonsiirtotekniikoita on tullut saataville, perinteiset kenttäväyläprotokollat pysyvät vahvoina markkinoilla niiden luotettavuuden ja vakiintuneen infrastruktuurin ansiosta. Tärkeä kysymys on, kuinka valitaan tai yhdistetään erilaisia tekniikoita niin että olemassa olevat järjestelmät ja uudet järjestelmät toimivat hyvin yhdessä ja saadaan hyvä toimituskyky, joustavuus nyt ja tulevaisuudessa.

Tutkimuksen tulokset osoittavat, että teollinen tietoliikenne säilyy kriittisenä ja datamäärät teollisuusympäristöissä jatkavat kasvuaan. Nykyaikaisia Ethernet-pohjaisia teknologioita, kuten CCLink IE Fieldiä, otetaan käyttöön nopeasti, kun taas vanhempia protokollia käytetään edelleen pääasiassa olemassa olevien järjestelmien ylläpitoon ja laajentamiseen. 1000BASE-T Gigabit Ethernet -standardiin perustuva protokolli. Ethernet-pohjaiset teollisuusratkaisut ovat tällä hetkellä nopeimmin kasvava tietoliikennesegmentti. Joissakin CC-Link IE -järjestelmien toteutuksissa havaittiin kuitenkin odottamattomia ilmiöitä, mikä korostaa mahdollisia haasteita konfiguroinnin tai laitteistoyhteensopivuuden osalta.

Hyvin optimoitu teollinen tietoliikenneverkko hyödyntää useita eri kenttäväylätyyppejä sovellustarpeiden ja olemassa olevan infrastruktuurin mukaan. CC-Link IE Fieldille on laadittu käytännönläheinen käyttöönotto-opas käyttäjille, joilla ei ole aiempaa kokemusta protokollasta. Tutkimuksen tulokset tukevat modernien teollisen tietoliikenneteknologioiden kasvavaa luotettavuutta, prosessitehokkuutta ja käyttöönoton edistämistä samalla kun perinteisten järjestelmien jatkuva rooli tunnustetaan.