Inom processindustrin får fältbussar en allt viktigare funktion. Moderna distribuerade styrsystem kopplas ihop med avancerade ändnoder såsom smarta ställverk och frekvensomriktare, som i många fall har egna inbyggda styrsystem. Detta ställer höga krav på säker och tillförlitlig datakommunikation inom en processindustri. Idag används till största del två sorters fältbussteknologier: Seriell kommunikation via RS-485 samt paketbaserad kommunikation baserad på IEEE 802.3, även mer känt som Ethernet. Seriella fältbussar dominerar marknaden än idag trots att det är en föråldrad teknologi jämfört med Ethernet. Anledningarna till detta är flera: Då seriella fältbussar har varit i drift inom processindustrin i över 25 år så är det beprövat och kompetensen att underhålla och felsöka systemet finns ofta ute på industrierna. Driftsäkerhet prioriteras högt och tröskeln att gå över till ett nytt system är hög. En annan anledning är att processerna som styrs generellt sett är långsamma, oftast räcker cykeltider på 1s, samt att datamängden som överförs är relativt liten, så den långsammare transmissionshastigheten i en seriell fältbuss har inte utgjort någon begränsning. Ethernetbaserade fältbussar besitter dock intressanta fördelar över seriella men har även begränsningar som måste beaktas. I början på denna uppsatsundersöks en processindustris generella krav på en fältbuss. Därefter studeras för- och nackdelar med ethernetbaserade fältbussar samt det undersöktes om ett av de protokoll som används för fältbusskommunikation över ethernet, Profinet IO, levt upp till de krav som ställts. En fördel som framkommit med ethernetbaserade fältbussar är att det går att upprätta väldigt robusta nätverk med de protokoll som finns att tillgå. En nackdel är svårbestämd fördröjningstid på grund av best effortprincipen i paketförmedlade nätverk. Profinet IO löser detta genom synkron dataöverföring direkt ut på länklagret.Avslutningsvis så genomfördes ett praktiskt upprättande av en ethernetbaserad fältbuss där ett styrsystem kommunicerar med en frekvensomriktare över ett redundant ringnätverk. / Fieldbuses plays an increasingly more important function in the process industry. Modern distributed control systems coupled with advanced end nodes such as "smart" substations and frequency converters which in many cases have their own internal control systems. This places high demands on secure and reliable data communication within a process industry. Today mainly two types of fieldbus technologies are used: Serial communication via RS-485 and packet based communication based on IEEE 802.3, also known as Ethernet. Serial field buses dominate the market today, even though it is an obsolete technology compared to Ethernet. There are several reasons for this: Serial field buses have been in operation in the process industries for over 25 years, it a proven technology and the skills to maintain and troubleshoot the system are often found out on the floor. Process industries prioritize reliability and the threshold to move to a new system is high. Another reason is that the processes that are controlled are generally slow, usually a cycle time of 1s is sufficient, and that the amount of data transferred is relatively small so the slower transmission rate in a serial field bus has not been a limitation. Ethernet-based field buses, however, possess interesting advantages over serial buses but also has limitations that must be considered. At the beginning of this paper the process industry's general requirements on a fieldbus is examined. Then the pros and cons of Ethernet-basedfield buses are studied. After that it was investigated if one of the protocols used for fieldbus communication over Ethernet, Profinet IO, lived up to the requirements. One advantage that emerged with Ethernet-based field buses is that very robust networks can be established with the protocols that are available. A disadvantage is that it’s difficult to determine the delay due to the best effort principlein packet switched networks. Profinet IO solves this by synchronous data transfer directly out the link layer. Lastly there’s a practical implementation of an Ethernet-based fieldbus, where a control system communicates with a frequency converter over a redundant ring network.

Industrial Ethernet Communication protocols for Real-Time communication is the focus of research in a variety of different industrial Applications. The subject of thesis study is a comprehensive analysis of Industrial Ethernet protocols used in safety-critical real-time environment, comparing these based on performance, safety, diagnostics and error detection features, topology preference, cost incurred and openness of the protocol. The protocols chosen for this comparisons are ModbusTCP, EtherNet/IP, Ethernet Powerlink, Profinet IO, EtherCAT®, Sercos III, and CC-LINK IE, because they are most relevant for real-time applications and they have a widespread global presence in a lot of industrial applications. The industry in focus here is the spacecraft industry, which is a perfect example of a real-time safety-critical environment, where the protocols need to perform under harsh conditions, such as vibrations, exposure to radiation , extreme temperatures and low atmospheric pressure, and have strict timing requirements. The communication protocols for this environment are held to very high standards of performance and communication accuracy. The challenge here is to implement a protocol that can provide deterministic, real-time communication in such extreme conditions. The protocol in focus here is the ModbusTCP protocol , that is implemented on the ESBO-DS Stratospheric Balloon project to establish a communication link with the pointing system on board. ModbusTCP is chosen for this application because it is reliable, has a large support base, it is easy to implement, transparent and extremely interoperable. All these benefits along with providing real-time communication on a space-based application gives us a good reason to continuing the use of ModbusTCP here. The conclusion of the comparison of the selected real-time communication Industrial Ethernet protocols is that there is no “best ” protocol, and the choice of protocol depends on the application in focus. EtherCAT, SERCOS III and PROFINET IRT are all powerful hard real-time protocols, but require dedicated and expensive hardware for implementation. CC-Link IE is also a popular hard real-time protocol that uses special hardware and is well-established in the East Asian countries. Ethernet/IP and ModbusTCP control a large market share in the Industrial Communication domain in addition to providing good performance easily available tools. Ethernet Powerlink is open and provides both implementation and specification royalty free on its organisations website. / Industriella Ethernet-kommunikationsprotokoll för realtidskommunikation är fokus för forskning inom en mängd olika industriella tillämpningar. Ämnet för avhandlingsstudien är en omfattande analys av industriella Ethernet-protokoll som används i säkerhetskritiska realtidsmiljöer, som jämför dessa baserat på prestanda, säkerhet, diagnostik och feldetekteringsfunktioner, topologipreferenser, uppkomna kostnader och protokollets öppenhet. De valda protokollen för dessa jämförelser är ModbusTCP, EtherNet/IP, Ethernet Powerlink, Profinet IO, EtherCAT®, Sercos III och CC-LINK IE, eftersom de är mest relevanta för realtidsapplikationer och de har en utbredd global närvaro i många industriella tillämpningar. Branschen i fokus här är rymdfarkostindustrin, som är ett perfekt exempel på en realtidssäkerhetskritisk miljö, där protokollen måste fungera under tuffa förhållanden, såsom vibrationer, exponering för strålning, extrema temperaturer och lågt atmosfärstryck, och har strikta tidskrav. Kommunikationsprotokollen för denna miljö håller mycket höga standarder för prestanda och kommunikationsnoggrannhet. Utmaningen här är att implementera ett protokoll som kan tillhandahålla deterministisk kommunikation i realtid under sådana extrema förhållanden. Protokollet i fokus här är ModbusTCP-protokollet, som är implementerat i ESBO-DS Stratospheric Balloon-projektet för att upprätta en kommunikationslänk med peksystemet ombord. ModbusTCP är vald för denna applikation eftersom den är pålitlig, har en stor supportbas, den är lätt att implementera, transparent och extremt driftskompatibel. Alla dessa fördelar tillsammans med att tillhandahålla realtidskommunikation på en rymdbaserad applikation ger oss en god anledning att fortsätta använda ModbusTCP här. Slutsatsen av jämförelsen av de valda realtidskommunikationens Industrial Ethernet-protokoll är att det inte finns något bästaprotokoll, och valet av protokoll beror på applikationen i fokus. EtherCAT, SERCOS III och PROFINET IRT är alla kraftfulla hårda realtidsprotokoll, men kräver dedikerad och dyr hårdvara för implementering. CC-Link IE är också ett populärt hårt realtidsprotokoll som använder speciell hårdvara och är väletablerat i de östasiatiska länderna. Ethernet/IP och ModbusTCP kontrollerar en stor marknadsandel inom industriell kommunikationsdomän förutom att de tillhandahåller bra prestanda lättillgängliga verktyg. Ethernet Powerlink är öppet och tillhandahåller både implementering och specifikation royaltyfritt på sin organisations webbplats.