Profinet- ja Modbus-kommunikointiprotokollien käyttö EtherCAT-opetuslaitteistossa
Kaunisto, Juho (2025)
2025
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025121536175
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025121536175
Tiivistelmä
Opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia, miten Profinet- ja Modbus-protokollat voidaan integroida Kaakkois-Suomen Ammattikorkeakoulun EtherCAT-opetuslaitteistoon sekä miten tiedonsiirrosta voidaan tehdä toimintavarmaa ja opetuskäyttöön soveltuvaa. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös EtherCAT-väylän ja TwinCAT-sovellusympäristön roolia järjestelmäintegraation mahdollistajina. Työ toteutettiin soveltavana tapaustutkimuksena, jossa analysoitiin laitteiston käytännön kokoonpanoa ja kommunikaation toteutusta opetuslaitteiston asettamissa teknisissä rajoissa.
Ensimmäisessä tutkimuskysymyksessä tarkasteltiin Profinetin ja Modbusin yhteensovittamista Beckhoffin automaatioympäristössä ja selvitettiin, millaisia teknisiä ratkaisuja voidaan hyödyntää protokollien välisessä tiedonsiirrossa. Toisessa tutkimuskysymyksessä arvioitiin TwinCATin ja EtherCAT-laitteistojen tarjoamia mahdollisuuksia eri protokollien rinnakkaiseen käyttöön sekä sitä, millaisia konfiguraatio- ja arkkitehtuuriratkaisuja integraatio edellyttää.
Tulosten perusteella Modbus TCP -kommunikaation periaatteet TwinCATissa ymmärrettiin, ja toteutettu ohjelmallinen ratkaisu osoittautui toimivaksi ja helposti laajennettavaksi. Modbus-liikenne saatiin toimintavarmaksi, kun ajastus, nousevan reunan käyttö ja prosessikuvan kartoitus määritettiin oikein. Profinet-puolella havaittiin, että väyläliikenne toimi vakaasti ilman käyttäjän toteuttamaa kommunikaatiolohkojen ohjelmointia, sillä prosessidata päivittyi suoraan TwinCATin prosessikuvaan ja oli välittömästi hyödynnettävissä PLC-ohjelmassa.
Johtopäätöksenä todetaan, että Profinet soveltuu parhaiten tiiviisti integroituihin automaatiojärjestelmiin, joissa prosessidatan tulee olla saatavilla suoraan ohjaimen prosessikuvasta ilman erillistä kyselylogiikkaa. Modbus TCP puolestaan vaatii enemmän ohjelmallista ohjausta, mutta tarjoaa laajan yhteensopivuuden ja joustavuuden erityisesti IP-pohjaisissa järjestelmissä. Protokollat täydentävät siten toisiaan: Profinet on vahva valinta integroituihin reaaliaikaisiin sovelluksiin, kun taas Modbus TCP sopii yleiseksi liityntärajapinnaksi eri valmistajien laitteiden väliseen tiedonsiirtoon.
Ensimmäisessä tutkimuskysymyksessä tarkasteltiin Profinetin ja Modbusin yhteensovittamista Beckhoffin automaatioympäristössä ja selvitettiin, millaisia teknisiä ratkaisuja voidaan hyödyntää protokollien välisessä tiedonsiirrossa. Toisessa tutkimuskysymyksessä arvioitiin TwinCATin ja EtherCAT-laitteistojen tarjoamia mahdollisuuksia eri protokollien rinnakkaiseen käyttöön sekä sitä, millaisia konfiguraatio- ja arkkitehtuuriratkaisuja integraatio edellyttää.
Tulosten perusteella Modbus TCP -kommunikaation periaatteet TwinCATissa ymmärrettiin, ja toteutettu ohjelmallinen ratkaisu osoittautui toimivaksi ja helposti laajennettavaksi. Modbus-liikenne saatiin toimintavarmaksi, kun ajastus, nousevan reunan käyttö ja prosessikuvan kartoitus määritettiin oikein. Profinet-puolella havaittiin, että väyläliikenne toimi vakaasti ilman käyttäjän toteuttamaa kommunikaatiolohkojen ohjelmointia, sillä prosessidata päivittyi suoraan TwinCATin prosessikuvaan ja oli välittömästi hyödynnettävissä PLC-ohjelmassa.
Johtopäätöksenä todetaan, että Profinet soveltuu parhaiten tiiviisti integroituihin automaatiojärjestelmiin, joissa prosessidatan tulee olla saatavilla suoraan ohjaimen prosessikuvasta ilman erillistä kyselylogiikkaa. Modbus TCP puolestaan vaatii enemmän ohjelmallista ohjausta, mutta tarjoaa laajan yhteensopivuuden ja joustavuuden erityisesti IP-pohjaisissa järjestelmissä. Protokollat täydentävät siten toisiaan: Profinet on vahva valinta integroituihin reaaliaikaisiin sovelluksiin, kun taas Modbus TCP sopii yleiseksi liityntärajapinnaksi eri valmistajien laitteiden väliseen tiedonsiirtoon.