RETI PER L'AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

Obiettivo del corso è fornire agli studenti la comprensione delle problematiche di comunicazione nei sistemi di automazione e la conoscenza delle tecnologie e degli strumenti per la realizzazione di soluzioni di comunicazione in vari ambiti applicativi. In particolare, verranno affrontate le problematiche relative alla progettazione e valutazione di sistemi di comunicazione con vincoli real-time e di sistemi basati su reti wired e wireless, in vari ambiti applicativi (es. industrial, automotive).

Gli studenti saranno in grado sia di realizzare modelli di simulazione per la valutazione delle prestazioni di reti wired e wireless usate in automazione sia di implementare nodi di reti di sensori wireless per automazione su dispositivi hardware.

Lezioni frontali. Esercitazioni.

Conoscenza dei principi della comunicazione elettrica. Conoscenza dei concetti base delle computer network e del modello di riferimento ISO-OSI e TCP/IP.

Conoscenza delle problematiche di base dei sistemi di controllo automatico.

La frequenza non è obbligatoria, ma è fortemente consigliata.

1. Caratteristiche real-time dei sistemi di automazione industriale. Vincoli temporali dei vari processi e scelte progettuali. Obiettivi prestazionali, metriche di valutazione. Modelli time-driven ed event-driven. Caratterizzazione dei vincoli di comunicazione.Confronto delle principali tipologie.(*)
2. Schedulazione delle trasmissioni nelle reti real-time. Non adeguatezza delle soluzioni FIFO, Shortest Job First, Round Robin. Vincoli di precedenza e sulle risorse.(*)
3. Algoritmi di schedulazione del traffico per flussi real-time aperiodici e periodici: Timeline scheduling, Rate Monotonic, Deadline monotonic, Earliest Deadline First. Test di schedulabilità.(*)
4. Il data link layer delle reti per automazione industriale. Indirizzamento. Panoramica sugli aspetti distintivi dei MAC protocol Master/Slave,Token passing,TDMA,CSMA,CSMA/CD, CSMA/BA.(*)
5. Reti per applicazioni automotive. Domini funzionali e loro caratterizzazione. Tecnologie in uso: LIN, CAN/CAN FD, FlexRAY, MOST, IEEE Audio Video Bridging. (*)
6. Time-Sensitive Networking. (*)
7. Principali Fieldbus: PROFIBUS, HART.(*)
8. Industrial Ethernet: lo Standard IEC 61784. (*) Esempi di Communication Profile: MODBUS, POWERLINK, PROFINET (*). ETHERCAT.
9. Sistemi wireless per applicazioni di automazione. (*)
10. Supporto al traffico real-time offerto dallo standard IEEE 802.15.4. Le estensioni TSCH, DSME.
11. Tecnologie abilitanti per l'Industrial IoT: Bluetooth Low Energy nelle applicazione di automazione industriale, LoRa.
12. Smart factory e Industria 4.0. Visione d'insieme e tecnologie di comunicazione abilitanti.

Gli asterischi indicano le competenze minime.

La parte applicativa del corso sarà dedicata alla valutazione di protocolli mediante l’ambiente di simulazione OMNeT++ ed alla realizzazione di nodi per reti di sensori wireless per automazione utilizzando componenti hardware messi a disposizione dalla Docente.

Testo di riferimento per eventuali approfondimenti

Industrial Communication Technology Handbook, 2^nd Edition, CRC Press LLC, USA, ISBN : 978-1-4822-0733-0, 2014.

L'esame consiste nella realizzazione di due elaborati di corso leggeri e assistiti dalla Docente e in una prova orale. Il primo elaborato è basato sulla valutazione di prestazioni di un protocollo di comunicazione per applicazioni industriali in ambiente OMNeT++. Il secondo elaborato è l'implementazione di un nodo di una wireless sensor network con hardware fornito dal Docente. La prova orale è una serie di domande sugli argomenti trattati durante il corso.

- Caratterizzazione del traffico nelle reti industriali.

- Caratteristiche di uno specifico protocollo di rete (es. Profibus, CAN, FlexRAY,…) ed ambiti applicativi.

- Vantaggi e svantaggi delle reti wireless nell'ambito dell'automazione industriale.

- Confronti tra le caratteristiche real-time dei vari protocolli trattati nei domini industriale ed automotive.