RETI PER L'AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Anno accademico 2015/2016 - 1° annoCrediti: 9
SSD: ING-INF/05 - Sistemi di elaborazione delle informazioni
Modalità di erogazione: Tradizionale
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 176 di studio individuale, 49 di lezione frontale
Semestre: 2°
ENGLISH VERSION
Obiettivi formativi
Conoscere le metodologie per la progettazione di reti per Automazione Industriale e comprendere le tecniche che si applicano in maniera trasversale ad un gran numero di problematiche, tipicamente dei sistemi real-time e dei sistemi distribuiti; conoscere gli scenari e gli ambiti applicativi (in continua crescita) delle reti.
Sapere applicare le conoscenze teoriche alla progettazione di reti di automazione industriale, partendo dalle caratteristiche del processo in esame, per giungere alla definizione di una infrastruttura di comunicazione in grado di fornire i servizi richiesti.
Prerequisiti richiesti
Conoscenza dei principi della comunicazione elettrica. Conoscenza dei concetti base delle computer Networks e del modello di Riferimento ISO-OSI.
Conoscenza delle problematiche di base dei sistemi di controllo automatico.
Frequenza lezioni
La frequenza delle lezioni è un requisito essenziale. Durante il corso verranno svolti diversi seminari specialistici utili per lo svolgimento degli elaborati di corso.
Contenuti del corso
Generalità: I sistemi di automazione industriale e civile: organizzazione delle attività e vincoli temporali dei vari processi. Problematiche di comunicazione e caratterizzazione del traffico nei diversi tipi di sistemi di automazione: Manufacturing, Process control, Automotive, Home automation, Building automation.Architetture funzionali dei diversi sistemi di automazione: Modello Gerarchico e modello Integrato. Architetture di rete nelle applicazioni di automazione: caratterizzazione dei livelli di Impianto, Processo e Campo. L’evoluzione tecnologica delle architetture di rete: dal modello MAP alle reti attuali.Caratteristiche dell’Application Layer nei sistemi di Automazione Industriale: Il protocollo MMS e la sua evoluzione nei Fieldbus.
Generalità sui sistemi di comunicazione con vincoli real-time: Caratteristiche, obiettivi, misconceptions. Modelli time-driven ed event-driven. Caratterizzazione dei vincoli di comunicazione: hard, soft e firm real-time. Overview sulle principali tipologie di MAC protocol in uso nelle reti di automazione real-time.Principali tipi di Bus di Campo: Profibus, WorldFip, Fieldbus Foundation, Interbus-S. Schedulazione delle trasmissioni nei sistemi di comunicazione con vincoli real-time: Definizione delle problematiche e degli obiettivi prestazionali nei contesti di automazione. Algoritmi di schedulazione del traffico per flussi periodici: Timeline scheduling, Rate Monotonic, Earliest Deadline First, Deadline monotonic. Test di schedulabilità e Response Time Analysis. Schedulazione integrata flussi periodici e aperiodici: Server aperiodici statici e dinamici.
Reti per applicazioni automotive. Domini funzionali e loro caratterizzazione in termini di vincoli sul traffico. CAN, TTCAN; TTP/C, FLEXRAY. Cenni su LIN e MOST.Ethernet nelle applicazioni di automazione: Switched Ethernet. Industrial Ethernet. Lo standard IEC 61784. Communication profiles e performance indicators. Aspetti progettuali e attuali implementazioni di Industrial Ethernet: on top of TCP/UDP, on top of Ethernet e Modified Ethernet.
Uso dei sistemi wireless nelle applicazioni di automazione: Vantaggi e problemi aperti.Lo standard IEEE802.11x e le sue varianti: caratteristiche e differenti aree applicative.Bluetooth e ZigBee nelle applicazioni di automazione.
Problematiche di sincronizzazione dei clock: Il clock logico di Lamport. Metodi di sincronizzazione interna ed esterna. Algoritmi distribuiti e centralizzati. La sincronizzazione in Internet: algoritmo di Berkeley, Network time protocol. Protocollo IEEE 1588. Algoritmi di sincronizzazione per i sistemi wireless: Continuous clock Synchronization, Dynamic Continuous Clock Synchronization.
Testi di riferimento
The Industrial Communication Technology Handbook
Published: February 23, 2005 by CRC Press - 936 Pages
Author(s): Richard Zurawski
Dispense elaborate dal docente sono disponibili presso il sito:
http://netlab.diit.unict.it.
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Generalità: I sistemi di automazione industriale e civile: organizzazione delle attività e vincoli temporali dei vari processi. Problematiche di comunicazione e caratterizzazione del traffico nei diversi tipi di sistemi di automazione | Dispense elaborate dal docente sono disponibili presso il sito: http://netlab.diit.unict.it. |
| 2 | Architetture di rete nelle applicazioni di automazione: caratterizzazione dei livelli di Impianto, Processo e Campo. L’evoluzione tecnologica delle architetture di rete: dal modello MAP alle reti attuali. | Dispense elaborate dal docente sono disponibili presso il sito: http://netlab.diit.unict.it. |
| 3 | Generalità sui sistemi di comunicazione con vincoli real-time: Caratteristiche, obiettivi, misconceptions. Modelli time-driven ed event-driven. Caratterizzazione dei vincoli di comunicazione: hard, soft e firm real-time. | Dispense elaborate dal docente sono disponibili presso il sito: http://netlab.diit.unict.it. |
| 4 | Overview sulle principali tipologie di MAC protocol in uso nelle reti di automazione real-time.Principali tipi di Bus di Campo: Profibus, WorldFip, Fieldbus Foundation, Interbus-S. | The Industrial Communication Technology Handbook Published: February 23, 2005 by CRC Press - 936 Pages Author(s): Richard Zurawski |
| 5 | Schedulazione delle trasmissioni nei sistemi di comunicazione con vincoli real-time: Definizione delle problematiche e degli obiettivi prestazionali nei contesti di automazione. Algoritmi di schedulazione del traffico per flussi periodici: Timeline schedu | Dispense elaborate dal docente sono disponibili presso il sito: http://netlab.diit.unict.it. |
| 6 | Reti per applicazioni automotive. Domini funzionali e loro caratterizzazione in termini di vincoli sul traffico. CAN, FLEXRAY. Ethernet nelle applicazioni di automazione: Switched Ethernet. Industrial Ethernet. | Dispense elaborate dal docente sono disponibili presso il sito: http://netlab.diit.unict.it. |
| 7 | Uso dei sistemi wireless nelle applicazioni di automazione: Vantaggi e problemi aperti.Lo standard IEEE802.11x e le sue varianti: caratteristiche e differenti aree applicative. | Dispense elaborate dal docente sono disponibili presso il sito: http://netlab.diit.unict.it. |
| 8 | Problematiche di sincronizzazione dei clock. Metodi di sincronizzazione interna ed esterna. Algoritmo di Berkeley, Network time protocol. Protocollo IEEE 1588. | Dispense elaborate dal docente sono disponibili presso il sito: http://netlab.diit.unict.it. |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame consiste nella realizzazione di due elaborati di corso.
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.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
- Caratterizzazione del traffico nelle reti industriali.
- Caratteristiche di uno specifico protocollo di rete (es. Profibus, CAN) ed ambiti applicativi
- Vantaggi e svantaggi delle rete wireless nell'ambito dell'automazione industriale.
- Caratteristiche del Network Time Protocol