Examensarbete - 30 hp: Analys av kommunikationsprotokoll

Examensarbete på Firefly AB - Analys av kommunikationsprotokoll för ultrasnabba skyddssystem.

Firefly AB utvecklar, producerar samt säljer preventiva skyddssystem för att minska risken för bränder och dammexplosioner, främst i tyngre processindustri. När torra brännbara material hanteras, och tillgång till syre finns, är risken stor för att en brand eller dammexplosion ska inträffa.

Bakgrund

De detektorer som bolaget idag utvecklar och säljer letar primärt efter potentiella tändkällor, det kan vara en het partikel, en gnista eller såklart en flamma. Vi letar ibland även efter en ”doft”. Denna doft består av de flertalet gaser som bildas i samband med förstadiet till något som skulle kunna utvecklas till en brand/glödbrand.

Detektorerna utvärderar löpande sensordata på egen hand, men genom en djupare centraliserad dataanalys skulle man kunna se/progenisera dessa förlopp och där genom informera mycket tidigare dvs. innan gnistorna eller de farliga heta partiklarna hinner skapas. Då skulle en incident inte ens vara i närheten av att inträffa utan kan förutses på ett tidigt stadium och en mycket tidig åtgärdsförebyggande handling kan sättas in. På så sätt skulle risken reduceras än mer för att en brand och/eller en dammexplosion ska inträffa.

Kunder efterfrågar samtidigt mer data från systemen, då kommuniktionsinterface mellan olika kontrollsystem utvecklas och mer och mer går över mot helt digitala interface. Mängden data som hämtas in från olika delsystem inom processindustrin ökar således, vilket ytterligare ställer krav på de system som vi levererar.

Problembeskrivning

Dagens system till vilket detektorerna ansluts till är primärt byggt och utvecklat för att mycket snabbt reagera på signal från detektorerna och sedan anbringa någon form av släckåtgärd. Det är av största vikt att denna reaktionstid garanterat hålls så kort möjligt. Vid en potentiell hotande dammexplosion har man bara någon millisekund till godo för processning av signal innan släckåtgärd måste anbringas för att minimera konsekvensen av att gnistan/den heta partikeln ska leda till en fullt utvecklad dammexplosion.

Detektorer ansluts till ett CPU-kort, där detektorerna har varsin datakanal till kortet (CAN-Buss), och CPU-korten kan i sin tur anslutas i ett nätverk med andra CPU-kort för att täcka in större maskiner/produktionslinjer. Även detta nätverk är CAN-Buss baserat. Mängden data som går mellan CPU-kort och detektorer samt mellan CPU-kort – CPU-kort är idag begränsad.

Risken för eventuella stillestånd som blir konsekvensen av en ”sen” detektering (normalfallet är ofta ett kortare produktionsavbrott) kanske helt kan undvikas genom en central signalutvärdering och en tidigare åtgärd. Detta är något som Fireflys kunder efterfrågar, då produktionsavbrott medför kostnader.

Med dagens AI-verktyg och multisensor/multidata analys – är inte denna tidiga detektering längre väldigt resurskrävande. Kunder ställer även krav på att digitalt få ut mer information från systemen i form av t.ex. OPC-server-interface och man vill ha möjlighet att hämta än mer data ur systemen, vilket ökar datamängden som ska skickas inom systemet.

Att löpande börja hämta hem mer data från detektorer för att centralt utvärdera insamlad mätdata är idag möjligt, men även med ganska modesta datamängder uppnår man snabbt taket för vad systemet klarar av på grund av den begränsade bandbredden.

I dagens system ställs det rätt höga krav på hur kunderna genomför elektriska installationer i form av partvinnade, skärmade kablage som måste installeras enligt Fireflys föreskrifter. Detta medför att de system Firefly tillhandahåller blir mer omfattande att installera.

Mål

Examensarbetets mål är att se över möjliga lösningar för att öka bandbredden i systemet, mellan detektor – CPU-kort samt mellan CPU-kort – CPU kort. Detta genom att utvärdera följande möjliga förslag till lösningar:

• Kapaciteten hos dagens CAN-buss nätverk undersöks, vad kan man göra med dagens CAN-bus nätverk, finns det flaskhalsar etc.

• Hur stabilt är det protokoll som idag används i systemet - vad kan göras för att förbättra detta?

• Kan man förenkla eventuella krav på t.ex. kablage och dess installation, så att ”totalkostnaden” minskar för hela systemet?

• Kan man öka baudraten i den kabel som Firefly idag producerar och levererar utan att man slår i taket med tanke på kabelns uppbyggnad och konstruktion? Kan man öka kapaciteten genom att även använda ett ytterligare kommunikationspar i dagens kabel för nätverkskommunikation istället för att endast använda ett av de två paren. Kabeln används idag både som kabel till/från detektorer (med DC-försörjning samt CAN-Buss kommunikation, ett par vardera) samt som nätverkskabel (ett par för CAN-Buss).

• Vilka andra typer av kommunikationsprotokoll används i industrin idag, för/nackdelar, vilka skulle kunna vara alternativ istället för CAN-Buss?

Vi ser detta arbete lämpligt för 1-2 kandidater, 20 veckors längd.
Att utföras under våren 2026 eller enligt överenskommelse.

Förslag till upplägg:

1. Ta fram projektplan över arbetet.
   
   
2. Gå igenom och dokumentera de krav som föreligger på dagens system.
   
   
3. Gör en studie och se över alternativa kommunikationsprotokoll. Gör ett dokumenterat urval mellan protokollen, och det protokoll som bedöms vara intressant för fortsatt djupare analys.
   Denna analys ska även täcka in områden som störningsimmunitet, hur pass säker kommuniktionsprotokollet är samt vilka väntetider som kan förväntas (ett larm om en potentiell tändkälla måste säkert fram inom någon millisekund).
   
   
4. Ta fram design på en kretslösning för detta kommunikationsprotokoll.
   
   
5. Beställ prover på kretslösningen/PCB.
   
   
6. Genomför och dokumentera en förenklad provning av de beställda prototyperna på det alternativa kommunikationsprotokollet, där minst de punkter som nämnts ovan är belysta.
   
   
7. Redovisning sker i skriftlig rapport, med rekommendation kring föreslaget kommuniktionsprotokoll.

Kontaktpersoner/handledare från Firefly AB är:

Andreas Norelius
Elektronikkonstruktör
andreas.norelius@firefly.se

Christoffer Romnäs
Teknikchef
070-786 74 80
christoffer.romnas@firefly.se

Adam Sandström
Produktchef
073-055 55 08
adam.sandstrom@firefly.se

Delar av arbetet genomförs på Fireflys huvudkontor i Hammarby Sjöstad, Stockholm.

Klicka här om du vill veta mer om Fireflys verksamhet.

Din ansökan
Skicka in ditt/era CVn via formuläret så tar vi kontakt med dig/er.

Varför ska man jobba hos er? Vad har ert företag att erbjuda framtida kollegor? Den här texten är jätteviktig för vilken typ av kandidater ni lockar. Lyft upp det typiska för er företagskultur och det ni är stolta över.