MaTyKo2025 WP3: High Speed ISOBUS, Timo Oksanen, Aalto-yliopisto. Teknologiapäivä – Arvo ja liiketoiminta digitaalisessa maataloudessa -webinaari, 13.1.2021.

1. MaTyKo2025 WP3:
High Speed ISOBUS
Prof. Timo Oksanen
Loppuseminaari 13.1.2021

2. Traktori-työkone tietoliikenne
Väylätekniikan
kehitys alkoi 1987
Saksassa (LBS)
ISO 11783 kehitys
alkoi 1991,
lanseeraus 2001
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
2

3. Traktori-työkone tietoliikenne
Suomessa ~2002 lähtien
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
3
Oksanen, 2004

4. Traktori-työkone tietoliikenne
Traktori-työkoneliitin:
- CAN-väylä
- 12V sähköä max. 55A
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
4
Oksanen, 2003
TU München 2004

5. Traktori-työkone tietoliikenne
• CAN väylän tiedonsiirtonopeus 250kbit/s rajoittaa sovelluksia
• ISO 11783:sta vastaava ISO työryhmä perusti alaryhmän 2012
• tavoite löytää nopeampi vaihtoehto nykyisen CAN väylän tilalle
• Työ siirtyi AEF:n sisälle 2014
• edistyminen hidasta 2014-2017
• Standardisoinnin ongelmia:
• Kymmeniä erilaisia yhteensopimattomia teknologiavaihtoehtoja
• Osalla toimijoista on joku teknologioista jo muualla käytössä
• Kaupalliset hyödyt edelleen rajallisia vrt. ISOBUS toimii
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
5

6. Mitä High Speed ISOBUS on?
• ISOBUS traktori-työkone yhdistelmien sisäinen tiedonsiirto
• Perinteisen CAN väylän rinnalle uusi huomattavasti nopeampi
tapa siirtää tietoa ECU:lta toiselle
• Valittu CAN väylä on 0.25 Mbps
• Nyt valittu 1000BASE-T1 on 1000 Mbps (40 m versio)
• Perusbittinopeus: 4000x
• Uudet liittimet, uudet kaapelit, uudet kytkimet, uusi
diagnostiikka
• Vanhojen toiminnallisuuksien (UT, TC, AUX, TECU..) päivitys
ja sovittaminen uuteen nopeusluokkaan
• Uusien toiminnallisuuksien tulo (kamerat jne)
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
6

7. Mitä High Speed ISOBUS ei ole?
• High Speed ISOBUS on työkoneen sisäinen väylä:
se ei ole Internet, vaikka onkin Ethernet
• High Speed ISOBUS ei lähitulevaisuudessa korvaa CAN:a
vaan tulee sen rinnalle
• uudet toiminnallisuudet tarvitsevat välttämättä High Speedin
• vanhat toiminallisuudet voivat käyttää kumpaa vain
• High Speed ISOBUS ei välttämättä ole yksinkertaisempi eikä
halvempi kuin CAN-pohjainen ISOBUS
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
7

8. Liitinajatuksia matkan varrella
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
8
Valmistaja A Valmistaja B

9. High Speed ISOBUS & OPC UA
• tutkittiin miten OPC UA teknologialla voidaan toteuttaa
periaatteellisella tasolla
• TC-GEO
• TC-SC
• kaksi oleellista tutkittavaa asiaa
• järjestelmän käynnistys ja automaattinen konfiguraatio
• suorituskyky työn aikana kun ”iso” kone
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
9

10. High Speed ISOBUS & OPC UA
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
10
”classic” TC server ”classic” TC client

11. OPC UA ISOBUS TC Informaatiomalli
Vaatimukset:
• Fiktiivisen työkoneen DDOP -> OPC UA Serverin AddressSpace
• Työkone = OPC UA Server ja TC server = OPC UA Client
• Pieniä parannusehdotuksia DDOP rakenteeseen
• DPD & DPT objektienryhmittely
• Many-to-many suhteiden mallinnnus DET objektien välillä
• Sivussa uusia ehdotuksia DDOP tyyppeihin
• Boom device element type
• Uusia cultural practices arvoja
• Tiukat mallinnussäännöt työkoneille
• Tietomallin pohjana OPC UA DI (for Devices)
• OPC UA:n tiedonsiirtoautomaation demottavuus
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
11

12. OPC UA TC Information Model
• TypeDefinitionNodes:
• DVC (ISOBUSdeviceType)
• DET (ISOBUSdeviceElementType)
DTC (ISOBUSdataContainerType)
RSC (ISOBUSresourceConnectorType)
• DPD (ISOBUSdataVariableType)
• DPT (PropertyType)
• Metodit
• Monet kielet
• 64-bit floating-point datatyyppi & SI yksiköt
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
12
ObjectType Nodes
VariableType Nodes
NEW
NEW

13. OPC UA TC Information Model
• Data container (DTC) objekteillä voidaan jäsennellä DPD/DPT
objektit ryhmiksi
• Jokaisella DTC objektilla on kolmiosainen tunniste
• Suure (e.g. Application Rate)
• Yksikkö (e.g. Volume per Area)
• Rooli (e.g. Actual Value, Setpoint Value)
• Nykyinen ISOBUS data dictionary -> DTC objekteiksi voidaan
automatisoida kaikille DDE:lle
• DVP objekteja ei enää tarvita
• Muunnokset SI-yksiköistä ei-SI yksiköiksi standardin ulkopuolella
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
13

14. OPC UA TC Information Model
Esimerkkejä: DDE -> Definition, Role and Unit
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
14
DDI DDEntity Name Definition Role Unit
1
Setpoint Volume Per Area Application Rate as
[mm³/m²]
0: Application Rate SetpointValue 16: m³/m²
2
Actual Volume Per Area Application Rate as
[mm³/m²]
0: Application Rate ActualValue 16: m³/m²
12 Actual Count Per Area Application Rate 0: Application Rate ActualValue 2: #/m²
53 Default Tillage Depth 1: Tillage Depth DefaultValue 10: m
89 Yield Total Volume 6: Yield Total 13: m³
117 Effective Total Distance 14: Distance EffectiveTotal 10: m
134 Device Element Offset X 27: Device Element Offset OffsetX 10: m
141 Actual Work State 29: Work State ReadableState 0: Undefined
289 Setpoint Work State 29: Work State SetpointState 0: Undefined

15. OPC UA Suorituskyky / Komennus
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
15

16. OPC UA / Kokonaisjärjestelmä
• Tutkittavaksi toiminnallisuudeksi alun perin ajateltiin vain TC
• GEO + SC
• Jatkettiin tutkimusta:
• TECU
• miten ISO 11783-7 taipuu samaan informaatiomalliin
• eri tyyppiset traktorit
• GNSS
• miten NMEA2000 taipuu samaan informaatiomalliin
• useamman GNSS vastaanottimen tunnistaminen / referencing
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
16

17. OPC UA / Kokonaisjärjestelmä
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
17
OPC UA sovellusten verkko. Nuolet: Client -> Server

18. OPC UA / Kokonaisjärjestelmä: TECU
• Uusia DTC määritelmiä
• Key Switch State
• Working Position
• PTO Engagement
• Draft
• Ground-based Speed
• Wheel-based Speed
• Ground-based Distance
• Wheel-based Distance
• Uusia metodeja
• Maintain ECU power
• Maintain actuator power
• Mallinnussäännöt erilaisille traktorityypeille
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
18

19. Tulevaisuus 2025
13.1.2021
Prof. Timo Oksanen / MaTyKo2025 loppuseminaari
19
Oksanen, 2004+2021
SW
CAM