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

Lapin ammattikorkeakoulussa Kemissä prosessiautomaation oppimisympäristö on uusittu täysin nykypäivän prosessiautomaation opetuksen tarpeisiin. Oppimisympäristö mahdollistaa oppimisen prosessiautomaation laboratorioympäristössä sekä etänä valvomosta tai vaikkapa kotoa. Oppimisympäristöä on mahdollista hyödyntää automaatio-, sähkövoima- ja konetekniikan opinnoissa. Se tarjoaa myös monipuoliset mahdollisuudet vianhakujen ja kunnossapidon opiskeluun. Työpisteet on toteutettu tyypillisillä teollisuudessa käytössä olevilla laitteistoilla, pumpuilla, sähkökäytöillä, kenttäinstrumentoinnilla, kenttäväylillä, HMI-paneeleilla ja automaatiojärjestelmillä.

Oppimisympäristö mahdollistaa prosessiautomaation opiskelun lisäksi käytännön prosessiin sijoitettujen sähkökäyttöjen opiskelun ja erityisesti kunnossapidon eri työtehtävät, kuten työalueen erottaminen, linjauksen, värähtelymittauksen, lämpökameran, äänikameran ja liikkeenvahvistuskameran opiskelun ja testauksen käytännön laitteilla.

Millainen on prosessiautomaation laboratorio

Tavoitteena on ollut luoda oppimisympäristöt, joissa opiskelijat voivat laboratoriossa ja etänä ohjelmoida automaatiojärjestelmiä, HMI käyttöliittymiä ja valvomoita sekä ohjata ja valvoa opetusprosesseja. Oppimisympäristön sähkökeskukset, kaapeloinnit ja käyttöönotot ovat toteutettu pääosin valvottuina oppilasprojekteina. Automaatiojärjestelminä vesiprosessissa ovat kaikkien järjestelmien valmistuessa Siemens PCSneo, Siemens TIA ja Valmet DNA. Opiskelu järjestetään pääosin etäopiskeluna, tapahtunut oppiminen ja osaaminen osoitetaan todellisissa oppimisympäristöissä Lapin ammattikorkeakoulun Kemin kampuksen prosessiautomaation laboratoriotiloissa ja valvomossa. (Etto, Isometsä 2023)

Uudessa laboratorion toimintamallissa on pyritty useamman opiskelijaryhmän samanaikaiseen opiskeluun ja käytännön tekemiseen riippumatta toisten ryhmien projektien tilanteista. Laboratorion teollisuusprosessina toimii monisoluinen eli 12- soluinen prosessi, kuviot 1 ja 2. Prosessin solut ovat toiminnaltaan samankaltaisia, mutta ne ovat toteutettu toisistaan poikkeavilla eri valmistajien pumppauskäytöillä ja kenttäinstrumentoinnilla.

Prosessin kenttäinstrumentaatiossa on peruskenttäinstrumentaation lisäksi paljon myös älykkäitä kenttäinstrumentteja. Perussignaaleista käytössä on mA-viestit ja HART-teknologia (Highway Addressable Remote Transducer). Näiden teollisuuden yleisimpien signaalien lisäksi käytetään Bluetooth-tekniikkaa, Profinet-kenttäväylää, WLAN-tekniikkaa ja rakenteilla on myös APL-tekniikkaa (Advanced Physical Layer) käyttävä prosessisolu. (Etto, Isometsä 2025)

Kuvio 1. Lapin ammattikorkeakoulun prosessiautomaation laboratoriotila Kemissä 3/2026. (valokuva Jaakko Etto)

Kuvio 2. Vesiprosessi Matterport-kuva. (valokuva Heikki Isometsä)

Prosessiautomaation oppimisen toteutus

Uutta laboratoriota voidaan hyödyntää jokaisella automaatioinsinööriopiskelijan vuosikurssilla. Osa opiskelijoista ei ole opintojen alussa koskaan käynyt teollisessa prosessiympäristössä ja nähnyt oikeita prosessin laitteita, prosessivalvomoa, keskuksia, kaapelointeja, pumppuja, kenttäinstrumentointia, putkistoja ja säiliöitä (kuvio 3).

Kuvio 3. Osaprosessi ja ohjauskeskus. (valokuva Pia Kuha)

Automaation perusteiden opiskelussa voidaan tutustua laitteisiin paikan päällä hakien tietoa tyyppikilpien ja QR-koodien kautta sekä sovelluksilla. Prosessin laitteiden ja rakenteiden tunnistamista voidaan harjoitella esimerkiksi piirikaavioilla, laitelistauksilla ja PI-kaavioilla.

Automaatio-opiskelun syventävissä opinnoissa opiskelijat perehtyvät suunnitteluun, ohjelmointiin, tarkastuksiin, testauksiin, kalibrointiin sekä mittaus- ja ohjaussignaaleihin. Prosessiautomaatiossa on laajasti laitteistoa ja paljon opittavaa, joten oppimisympäristö tarjoaa opiskelijoille paljon tutkimista. Turvallisuusasiat ovat kuitenkin tämän päivän teollisuudessa keskeisessä roolissa ja näin ollen opiskelijat oppivat tämän prosessin avulla myös prosessiteollisuuden turvallisuusnäkökulmia sekä esimiehen ja automaatioinsinöörin vastuuta.

Ensimmäisenä laboratoriotyönä automaatio-opiskelijat perehtyvät sähkö- ja automaatioon liittyviin turvallisuus standardeihin. Riskin- ja vaaranarviointi laboratoriotehtävissä perehdytään turvallisuus standardeihin mm. SFS-EN ISO 12100 (Koneturvallisuus. Yleiset suunnitteluperiaatteet, riskin arviointi ja riskin pienentäminen) ja SFS-EN ISO 13849-1 (Koneturvallisuus. Turvallisuuteen liittyvät ohjausjärjestelmien osat. Osa 1: Yleiset suunnitteluperiaatteet).

Monipuolinen prosessi tarjoaa mahdollisuuden tehdä oppimistehtäviä yksin tai ryhmätöinä. Laajat opintokokonaisuudet tehdään projekteissa, joissa opiskelijat ovat 3–4 hengen projektiryhminä. Prosessiautomaation laboratorion opetussoluja voidaan hyödyntää suunnittelusta ja ohjelmoinnista lähtien asennusten ja koestuksen ja tarkastusten kautta käyttöönottoon ja prosessin ohjaamiseen ja säätämiseen.

Prosessiautomaatioympäristön suunnittelu ja kehittäminen yhdessä opiskelijaryhmien ja yhteistyökumppaneiden kanssa etenee vaiheittain (kuvio 4). Tähän mennessä kehitystyö on edennyt seuraavasti:

  • 2019 Auditointi
  • 2020 Suunnittelu ja hankinnat alkoivat (Korona alkoi)
  • 2021 Purkaminen ja suunnittelu (OPS muutokset) ja infran rakentaminen
  • 2022 Prosessin rakentaminen alkoi, (Rauhaton maailman tilanne)
  • 2023 Valvomo ja Ensimmäinen opiskelijaprojekti (Prosessi1)
  • 2024 Toinen opiskelijaprojekti (Prosessit 3, 4, 5, 6 ja 9)
  • 2025 Kolmas opiskelijaprojekti (Prosessit 2, 8, 10 ja 12)
  • 2026 Neljäs opiskelijaprojekti (Prosessit 4, 5, 7 (APL) ja 11)
  • 2026 Pääprosessi (Prosessit 0 ja 1) PCSneo

Kuvio 4. Lapin ammattikorkeakoulun prosessiautomaation laboratoriotila Kemissä a)1/2024, b)1/2025. (valokuvat Heikki Isometsä)

Automaatio, sähkökäytöt ja kenttäinstrumentointi

Prosessien automaatiojärjestelmän (kuvio 5) ohjaukset, lukitukset, suojaukset, säädöt ja hälytykset sekä HMI rajapinta kertovat toimiiko prosessi ohjausten mukaisesti, onko kaikki prosessin toiminnassa kunnossa. Tarkempaa prosessin laitteiden kuntotietoa saadaan eri laitteiden omista diagnostiikoista, jotka seuraavat ja testaavat esimerkiksi taajuusmuuttajan ja kenttäinstrumentoinnin ja venttiilien toimintakuntoa.

Näiden lisäksi käytössä on erilaisia kunnonvalvonnan mittauslaitteita eri vikaantumismekanismien havaitsemiseen ja vikojen analysointiin. Käytettävät tiedonsiirto- ja väylätekniikat mahdollistavat ajantasaisen diagnostiikkatiedon keräämisen ylempiin automaatiojärjestelmiin.

Kuvio 5. Prosessiautomaatiolaboratorion valvomo. (valokuva Heikki Isometsä)

Käyttöliittymät kunnossapidon mittauksiin

Teollisuuden prosessiautomaation laboratorion toteutus on onnistunut myös muiden koulutusten opintojaksojen, kuten kunnossapidon koulutuksen kannalta. Oppimisympäristö tarjoaa todellisia teollisuusympäristöjä vastaavia tuotantoprosesseja, sähkökäyttöjä, pumppuja, kenttäinstrumentointia ja automaatiototeutuksia.

Kunnossapidon opiskelijoista suurin osa on konetekniikan opiskelijoita, joille tuotantoprosessi antaa erinomaisen mahdollisuuden kunnossapidon käytännön tuotantoprosessien laitetuntemuksen, PI-kaavioiden ymmärtämisen, työnsuunnittelun, huoltotöiden, työkohteiden turvallisen erottamisen ja mittavaan kunnonvalvonnan menetelmien oppimiselle. Kunnossapidon mittauksia tehdään vesiprosessissa taajuusmuuttajakäyttöisillä vesipumpuilla eri pyörimisnopeuksilla ja kuormituksilla, esimerkki mittaustilanteissa käytettävästä käyttöliittymästä on esitetty kuviossa 6.

Kuvio 6. Esimerkki vesiprosessin ohjauksen käyttöliittymästä kunnonvalvonnan mittauksissa. (valokuva Jaakko Etto)

Kunnossapidon ja kunnonvalvonnan tehtävät/mittaukset

Prosessin tuntemus, dokumentaatio, turvallinen työskentely ja työskentelyalueiden erottaminen työtehtävän niin vaatiessa ovat sekä prosessiautomaation ja prosessien kunnossapidon kannalta keskeisiä osaamistavoitteita. Koulutukseen ja tutkimukseen on käytettävissä perusmittalaitteiden lisäksi kunnonvalvonnan mittauslaitteita ja niiden analysointiohjelmistoja, kuten värähtelymittauslaite, lämpökamerat, äänikamera ja liikkeenvahvistuskamera sekä sähkönlaadun- ja moottorianalysaattori.

Kuvio 7. a) Värähtelymittauksen toteutus pumpulle vesiprosessissa b) moottorin ja pumpun linjaus (Etto, Majuri, Sipola, 2023).

Kunnonvalvonnan värähtelymittaukset ovat perinteinen menetelmä pyörivien koneiden kunnonmittaukseen. Prosessiautomaation laboratoriossa voidaan toteuttaa pyörivien koneiden värähtelymittauksia eri pyörimisnopeuksilla ja kuormituksilla prosessiolosuhteissa, kuvio 8. Mittauksien tuloksien analysointi vaatii PSK standardien käytön lisäksi kokemusta. Asennusvirheiden korjausta varten on käytössä linjauslaitteisto.

Kuvio 8. Liikkeenvahvistuskameran kuvaustilanne prosessiautomaation laboratoriossa (Valokuva Marjo Ollila)

Liikkeenvahvistuskamera mittaa pienimmätkin liikkeet eli värähtelyt ja vahvistaa ne 10–500 kertaiseksi, jolloin videolla on selkeästi nähtävissä kuva-alan laitteiden ja rakenteiden liikkeet. Analysointiohjelmalla voidaan visualisoida ja analysoida liikettä ja värähtelyä, jolloin esimerkiksi asennuspedin, sähkömoottorin, pumpun, putkiston liikkeet ovat nähtävissä ja ongelman perussyy on paikallistettavissa, kuvaustilanne nähtävissä kuviossa 8.

Äänikamera helpottaa äänenlähteiden paikantamista esittämällä äänenlähteen visuaalisesti kuvassa. Äänikameralla voidaan havainnoida ja paikantaa esimerkiksi paineilma-, kaasu-, höyryjärjestelmien vuotoja. Mekaanisia äänenlähteitä voidaan paikantaa samoin suurjännitteisten sähkölaitteiden eristemateriaalien osittaispurkauksia.

Kuvio 9. Äänikameralla voidaan valita mittaustapa ja äänilähteet paikannetaan kuvaan. (Valokuva Marjo Ollila)

Lämpökamerat ovat pitkään olleet käytössä sähköteknisten laitteiden kunnonvalvonnassa. Lämpökameralla nähdään monipuolisesti erilaisia vikoja, kuten esimerkiksi ilmavuodot, eristeviat, laakeriviat ja liiallinen lämpeneminen. Sähkölaitteesta tulee tuntea toiminta ja mitata virta eri vaiheissa lämpökuvan lisäksi, jotta tuloksia voisi tarkasti analysoida. Sähköteknisten laitteiden lämpökuvauksen tukena toimii sähköinfon kortti ST 53.62 (Sähköinfo, 2026) ja promaint-yhdistyksen kunnossapitokoulu nro 105 (Hietanen, 2018).

Kuvio 10. Esimerkkejä lämpökamerakuvista.

KUNNIA-hankkeen tavoitteita

Kunnossapidon uudet näköalat nykyaikaisilla innovatiivisilla analyyttisillä mittausteknologioilla – KUNNIA-hanke tuo teolliseen kunnossapitoon uudenlaisen toimintamallin, jossa useita mittausteknologioita hyödynnetään rinnakkain. Hankkeessa yhdistetään mm. liikkeenvahvistuskamera, äänikameran, värähtelymittauksen ja moottorianalysaattorin mittausdataa keskenään. Tämä monimenetelmäinen lähestymistapa poikkeaa perinteisestä yksittäisiin mittauksiin perustuvasta vianhausta ja tuottaa uutta tietoa siitä, miten eri teknologiat täydentävät toisiaan kunnossapidossa.

Hankkeen toteuttaa Lapin ammattikorkeakoulu ja hanketta rahoittaa Lapin Liitto. Hanke on alkanut 1.1.2026 ja kestää 31.12.2028 saakka. Kokonaisbudjetti on n. 480 000 euroa. Lisätietoja hankkeesta antaa Jani Sipola ja prosessiautomaation oppimisympäristöistä Heikki Isometsä.

Lähteet

Etto Jaakko, Isometsä Heikki, 2023. Etälaboraatiot automaation oppimisen keskiössä. Viitattu 9.3.2026. https://www.automaatioseura.fi/site/assets/files/3870/etalaboraatiot_automaation_oppimisen_keskiossa.pdf

Etto Jaakko, Isometsä Heikki, 2025. Kehittyvä ja muuttuva teollisuuden prosessiautomaation laboratorio. Viitattu 9.3 2026.  https://www.automaatioseura.fi/site/assets/files/5104/apad_2025_abstract_3681.pdf

Etto Jaakko, Majuri Mika, Sipola Jani, Kunnossapidon opetusta uudistettiin Lapin AMK:ssa. Promaint lehti 2023/4.

Hietanen Mika, Lämpökamera kunnossapidon työkaluna. Kunnossapitokoulu nro 105, 2018 Viitattu 9.3.2026 https://promaint-intra.net/

Sähköinfo, ST 53.62 Sähkölaitteistojen lämpökuvaus. https://severi.sahkoinfo.fi/item/5439