DI Jaakko Etto ja insinööri (YAMK) Heikki Isometsä työskentelevät lehtoreina Lapin ammattikorkeakoulun Uudistuva Teollisuus -osaamisryhmässä.

Johdanto

Teollisuuden tuotantoprosessien ja automaatiojärjestelmien elinkaaret eroavat toisistaan erityisesti teknisten järjestelmien ikääntymisen ja päivitystarpeiden suhteen. Tuotantoprosesseja kehitetään yhä tiheämmin valmistettavan tuotteen ominaisuuksien muuttuessa, mikä synnyttää tarpeen automaatiojärjestelmien, kenttäinstrumentoinnin ja kenttäväylien päivitykseen ja modernisointiin.

Sama elinkaaren dynamiikka näkyy myös ammattikorkeakoulujen oppimisympäristöissä: opetusympäristöjen teknologiaa ja ratkaisuja uudistetaan säännöllisesti, jotta ne vastaavat nykyaikaisen teollisuuden vaatimuksia. Erona opetuksen ja opetusympäristöjen uudistamisessa on se, että tuotannollista riskiä ei ole painolastina. Tällöin oppimisympäristöissä innovaatiot ja kokeilut voivat olla merkittävässä osassa kokonaistoteutusta.

Modernisoinnin tarpeet

Viime vuosina Lapin ammattikorkeakoulun Kemin yksikössä on toteutettu historian laajimmat automaatiotekniikan oppimisympäristöjen modernisoinnit. Modernisointien kohteina ovat olleet muun muassa vesiprosessi laboratoriotiloineen sekä SMC-yhtiön yli 25 vuotta sitten toimittama kokoonpanolinja, joka toimii blogin esimerkkinä. Kokoonpanolaitteisto sisältää kuusi osaprosessia, joita ohjattiin alun perin Omron-logiikalla ja painonapeilla.

Palettien kuljetuslinjan ohjaus oli toteutettu omalla logiikalla ja asemien välinen kommunikaatio ASi-väylällä. Laitteisto hankittiin alun perin Kemi-Tornion ammattikorkeakoulun ja ammattiopisto Lappian yhteiskäyttöön, ja sen toimivuutta arvioitiin Hannoverin teollisuusmessuilla laitetoimittajan demonstraatiolaitteena. Laitteisto oli Lappialla siirtymässä tarpeettomana kierrätykseen ja pelastettiin takaisin ammattikorkeakoululle vuonna 2021 ja sijoitettiin projektioppimistilaan.

Lapin ammattikorkeakoulussa automaation modernisointien oppiminen on nostettu osaksi sähkö- ja automaatiotekniikan opetussuunnitelmaa. Opiskelijat pääsevät käytännössä suunnittelemaan ja toteuttamaan modernisointiprojekteja oppimisympäristöissä – aivan kuten työelämässäkin. Tämä vahvistaa heidän osaamistaan ja valmiuksiaan toimia monipuolisissa automaation kehitystehtävissä, joissa vaaditaan sekä teknistä asiantuntemusta että projektinhallintataitoja.

Uudistetuissa opinnoissa opiskelijoille tarjotaan mahdollisuudet osallistua automaation modernisointien suunnitteluun ja toteuttamiseen, mikä tukee heidän ammatillista kasvuaan ja työelämävalmiuksiaan. Lapin ammattikorkeakoulun automaation opetusympäristöjen kehityksessä elinkaariajattelu on keskeistä. Oppimisympäristöjen modernisointi ja päivitys eivät ole yksittäisiä projekteja, vaan jatkuvaa kehitystyötä, jossa huomioidaan sekä teknologian nopea muutos että työelämän vaatimukset. Opiskelijat osallistuvat modernisointiin suunnittelusta käyttöönottoon, mikä vahvistaa heidän osaamistaan ja valmiuksiaan toimia monipuolisissa automaation kehitystehtävissä.

Modernisoinnin toteutus – Käytännön projektit ja opiskelijalähtöinen kehitys

Nykyisten opetustarpeiden kannalta laitteiston automaatiojärjestelmien elinkaari oli tullut tiensä päähän. Modernisointiprojektien tavoitteena oli päivittää vanhat logiikat Siemens S7-1200- ja S7-1500-logiikoihin, toteuttaa ohjaus rinnakkain HMI-paneeleilla ja painonapeilla sekä ottaa käyttöön Profinet-väyläratkaisu. Opintojen piiriin kuuluu myös OPC-rajapinta ja ylempien järjestelmien tiedonsiirto. Näin oppimisympäristö vastaa nykyaikaisen teollisuuden vaatimuksia ja tarjoaa opiskelijoille mahdollisuuden tutustua nykypäivän teknologioihin.

Modernisointiprojektit toteutettiin opiskelijalähtöisesti: automaatiotekniikan opiskelijat työskentelivät kolmen lehtorin ohjauksessa hyödyntäen useita simulaattoriympäristöjä (pneumatiikka, PLC, HMI-simulointi). Modernisoinnin eri vaiheet – dokumentointi, automaation suunnittelu, purkutyöt, asennukset, ohjelmointi, testaus, käyttöönotto ja loppudokumentointi – toteutettiin ryhmätyönä sekä teoriaopetuksen harjoitustehtävinä että laajassa automaatioprojektissa. Useat opiskelijaryhmät eri opintojaksoilta ja vuosikursseilta, sekä päivä- että monimuoto-opetuksesta, osallistuivat modernisointiprojektin eri vaiheisiin. Tämä mahdollisti monipuolisen osaamisen kehittymisen ja työelämäläheisen oppimisen.

Teollinen viestintätekniikka

Teollisessa viestintätekniikassa Profinet on tärkeä osa automaatio-opintojen modernisointiprojekteja ja toimii teollisuusviestinnän runkona. Se tarjoaa nopean, deterministisen ja luotettavan kommunikoinnin PLC:n, käyttöjen ja kenttälaitteiden välillä. Profinetin käyttö (Kuvio 1) tekee verkon skaalauksesta, diagnostiikasta ja laitehallinnasta huomattavasti aiempaa suoraviivaisempaa, mikä näkyy suoraan opiskelijaprojektien laadussa ja selkeydessä.

Käytännössä opiskelijat ovat päässeet luomaan kokonaisia Profinet-verkkoja TIA Portal -ympäristössä lisäämällä ohjainlaitteita, moduuleita ja taajuusmuuttajia sekä määrittämällä oikeat GSDML-tiedostot. Tämä on vahvistanut ymmärrystä siitä, miten laitteet identifioidaan ja integroidaan osaksi laajempaa automaatioarkkitehtuuria. Lisäksi diagnostiikkatyökalut, kuten Proneta mahdollistavat reaaliaikaisen vikatilanteiden tunnistamisen ja lokituksen, mikä on arvokas taito modernin teollisuuden kunnossapitotehtävissä.

Kuvio 1. Siemens Profinet integroitu laitteisiin (Siemens 2026)

Valvomot ja paikalliset käyttöliittymät

Käyttöliittymien kehitys on harpannut eteenpäin viime vuosina ja on keskeinen osa automaatiojärjestelmää ja sen käytettävyyttä. Uusimmat teknologiat, kuten modernit HMI- ja SCADA-järjestelmät, mahdollistavat koko laitoksen valvonnan ja ohjauksen mistä tahansa kannettavan tietokoneen ja/tai mobiililaitteen avulla. Painikkeilla, merkkivaloilla, säätimillä jne. varustetut valvomot on nyt korvattu paljon visuaalisemmilla käyttöliittymillä (Kuvio 2).

Lapin ammattikorkeakoulun projekteissa opiskelijat ovat suunnitelleet HMI-paneeleja Siemensin Unified- ja Comfort-sarjoihin hyödyntäen TIA Portal -ohjelmistoa. He ovat oppineet suunnittelemaan prosessikuvaa, animaatioita, hälytyksiä ja käyttöoikeuksien hallintaa, mitkä ovat kriittisiä tuotannon turvallisuuden ja selkeyden varmistamisessa. Käyttöliittymien suunnittelussa korostuvat visuaalinen ergonomia, looginen käyttöpolku sekä käyttäjän toimintojen minimointi.

Lisäksi NodeREDin hyödyntäminen ylätason web-käyttöliittymänä tarjoaa opiskelijoille mahdollisuuden rakentaa selainpohjaista dashboardia, joka voi lukea kenttätason mittaustietoa OPC UA -rajapinnan kautta. Näin opiskelijat oppivat ymmärtämään, miten OT- ja IT-maailmat linkittyvät toisiinsa.

Kuvio 2. Ennen ja nyt (Excelpro 2026)

Automaation ohjelmointi- ja simulointiympäristöt

Modernisoinnissa ohjelmistotyökalut ovat merkittävässä roolissa. TIA Portal toimii PLC-, HMI- ja verkkoasetusten keskitettynä suunnitteluympäristönä. Opiskelijat ovat käyttäneet PLCSIM- ja PLCSIM Advanced -simulaattoreita testatakseen ohjelmiston toiminnallisuutta ilman fyysistä logiikkaa. Tämä mahdollistaa kotona tehtävän suunnittelun ja ohjelmoinnin turvallisen testauksen ja virheiden korjaamisen ennen varsinaista laboratoriototeutusta.

FluidSIM puolestaan tarjoaa tehokkaan tavan mallintaa ja simuloida pneumatiikkaa, mikä tukee opiskelijoiden ymmärrystä prosessin fyysisestä käyttäytymisestä ennen varsinaista laitteiston käyttöönottoa. Simulaattorit tarjoavat opiskelijoille autenttisen oppimisympäristön (Kuvio 3), jossa virheet ovat sallittuja ja niistä opitaan tehokkaasti.

Kuvio 3. Projektityöt ovat käytännönläheisiä (Kuvat Heikki Isometsä)

OPC UA -rajapinta

OPC UA -rajapinta toimii siltana automaatiopyramidin eri tasojen välillä mahdollistaen luotettavan tiedonvaihdon PLC:n, HMI:n, NodeREDin ja mahdollisten MES/ERP-järjestelmien välillä, kuvio 4. Lapin ammattikorkeakoulun projekteissa OPC UA:n rooli näkyy esimerkiksi tilausten siirrossa ylätasolta PLC-tasolle, jossa tuotannonohjaus toteutuu.

OPC UA:n etu on sen laite- ja valmistajariippumattomuus sekä tietoturvallinen kommunikointi, joka perustuu sertifikaatteihin ja salaukseen. Opiskelijat ovat harjoitelleet OPC UA:n ja PLC:n konfigurointia sekä tiedon vaihdon rakentamista (Kuvio 4), mikä tukee teollisuuden kasvavaa tarvetta rajapinta ohjelmoinnin osaajien tarpeeseen.

Kuvio 4. Teollisen viestinnän perusteet (Siemens 2026)

NodeRED

NodeRED toimii modernina selainpohjaisena käyttöliittymä- ja integraatioalustana, jonka avulla voidaan rakentaa visuaalisia datavirtoja sekä dashboard-näkymiä teollisuuden datan seurantaan. Lapin AMK:n projekteissa NodeREDiä käytetään erityisesti ylätason käyttöliittymänä OPC UA:lla kerättävän datan visualisointiin sekä tilausten lähettämiseen alemmille järjestelmille, kuvio 5.

Opiskelijat ovat luoneet reaaliaikaisia näkymiä prosessin tilasta, tilausten etenemisestä ja hälytyksistä. NodeRED tukee myös MQTT-, REST- ja WebSocket-yhteyksiä, mikä tarjoaa laajat mahdollisuudet integraatioon esimerkiksi pilvipalveluiden tai analytiikkatyökalujen kanssa. Tämä tukee teollisuuden suuntausta kohti dataohjautuvaa päätöksentekoa.

Kuvio 5. Käyttöliittymät OT ja IT rajapinnan molemmilta puolilta (Kuvat Heikki Isometsä)

Automaatiopyramidi

Automaatiopyramidi kuvaa selkeästi teollisuuden prosessinohjauksen hierarkkisen rakenteen kenttälaitteista yrityksen johtotason järjestelmiin. Lapin ammattikorkeakoulun modernisointiprojekteissa opiskelijat oppivat käytännössä, miten tilaukset tulevat ylemmistä automaatiotasoista, miten kenttälaitteet kommunikoivat PLC-tasolle, josta tieto etenee edelleen HMI-järjestelmään, OPC UA:n kautta ylätason järjestelmiin ja NodeREDin kautta visuaaliseksi dataksi.

Kuvio 6. Automaatiopyramidi. Tämä pyramidi esittää ANSI/ISA-95-standardissa määritellyt automaation eri tasot. (Excelpro 2026)

Automaatio Pyramidi auttaa ymmärtämään kokonaisuutta ja sen merkitystä prosessin tehokkuuteen, laatuun ja tiedolla johtamiseen. Opiskelijat näkevät selkeästi, miten jokainen taso vaikuttaa tuotannonohjaukseen, datan keruuseen ja analytiikkaan.

Lähteet

Siemens AG. 2016. PROFINET with STEP 7 V14. Nürnberg: Division Digital Factory. Viitattu 13.2.2026. https://support.industry.siemens.com/cs/document/49948856/profinet-with-step-7?dti=0&lc=en-US

Excelpro 2026, The Automation Pyramid (ISA-95): Levels, Functions and Benefits. Viitattu14.2.2026. https://excelpro.ca/en/news/the-automation-pyramid-isa-95

Siemens 2026, Siemens koulutusmateriaali.