RETI PER L'AUTOMAZIONE INDUSTRIALE
Anno accademico 2017/2018 - 1° annoCrediti: 9
SSD: ING-INF/05 - Sistemi di elaborazione delle informazioni
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 146 di studio individuale, 49 di lezione frontale, 30 di esercitazione
Semestre: 2°
ENGLISH VERSION
Obiettivi formativi
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.
Prerequisiti richiesti
Conoscenza dei principi della comunicazione elettrica. Conoscenza dei concetti base delle computer network e del modello di riferimento ISO-OSI.
Conoscenza delle problematiche di base dei sistemi di controllo automatico.
Frequenza lezioni
La frequenza non è obbligatoria
Contenuti del corso
1. Problematiche di comunicazione e caratterizzazione del traffico nei diversi tipi di sistemi di automazione.
2. Architetture funzionali dei diversi sistemi di comunicazione in automazione.
3. Caratteristiche dell’Application Layer nei sistemi di comunicazione per automazione industriale.
4. Principali Fieldbus: PROFIBUS, WorldFIP, FOUNDATION Fieldbus, INTERBUS-S. CAN.
5. Generalità sulle reti con vincoli real-time e problematiche progettuali.
6. Schedulazione delle trasmissioni nelle reti real-time.
7. Reti per applicazioni automotive. Domini funzionali e loro caratterizzazione. Tecnologie in uso: LIN, CAN/CAN FD, FlexRAY, MOST, IEEE Audio Video Bridging. Cenni sul Time-Sensitive Networking.
8. Industrial Ethernet e lo Standard IEC 61784. Esempi di Communication Profile: MODBUS, POWERLINK, PROFINET, ETHERCAT.
9. Sistemi wireless per applicazioni di automazione.
10. Problematiche di sincronizzazione dei clock.
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 dai docenti.
Testi di riferimento
Testo di riferimento (per eventuali approfondimenti)
Industrial Communication Technology Handbook, 2nd Edition, CRC Press LLC, USA, ISBN : 978-1-4822-0733-0, 2014.
Programmazione del corso
| * | Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|---|
| 1 | * | I sistemi di automazione industriale e civile: organizzazione delle attività e vincoli temporali dei vari processi. | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 2 | * | Problematiche di comunicazione e caratterizzazione del traffico nei diversi tipi di sistemi di automazione: Manufacturing, Process control, Home automation, Building automation. | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 3 | * | Modello Gerarchico e modello Integrato | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 4 | 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 scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it | |
| 5 | * | Il protocollo MMS e la sua evoluzione nei Fieldbus. | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 6 | * | PROFIBUS | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 7 | * | WorldFIP | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 8 | FOUNDATION Fieldbus | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it | |
| 9 | * | Interbus-S | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 10 | * | CAN | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 11 | * | Generalità sulle reti con vincoli real-time e problematiche progettuali.Caratteristiche, obiettivi, metriche di valutazione. Modelli time-driven ed event-driven. Caratterizzazione dei vincoli di comunicazione. Confronto delle principali tipologie. | Dispense scaricabili dal sito: lobello.dieei.unict.it/reti_realtime_automazione1718 |
| 12 | * | Schedulazione delle trasmissioni nelle reti real-time. Problematiche progettuali, obiettivi prestazionali. | Dispense scaricabili dal sito: lobello.dieei.unict.it/reti_realtime_automazione1718 |
| 13 | * | Algoritmi di schedulazione del traffico per flussi real-time aperiodici e periodici: Timeline scheduling, Rate Monotonic, Deadline monotonic, Earliest Deadline First. Test di schedulabilità. | Dispense scaricabili dal sito: lobello.dieei.unict.it/reti_realtime_automazione1718 |
| 14 | * | Reti per applicazioni automotive. Domini funzionali e loro caratterizzazione in termini di vincoli sul traffico. CAN/CANFD. TTCAN. FLEXRAY. | Dispense scaricabili dal sito: lobello.dieei.unict.it/reti_realtime_automazione1718 |
| 15 | LIN e MOST. Ethernet in Automotive. IEEE Audio Video Bridging. Cenni su Time Sensitive Networking. | Dispense scaricabili dal sito: lobello.dieei.unict.it/reti_realtime_automazione1718 | |
| 16 | * | Industrial Ethernet e lo Standard IEC 61784. Communication Profile e relativi performance indicator. Implementazioni di Industrial Ethernet on top of TCP/UDP, on top of Ethernet e Modified Ethernet. | Dispense scaricabili dal sito: lobello.dieei.unict.it/reti_realtime_automazione1718 |
| 17 | Modbus, Powerlink, Profinet, EtherCAT. | Dispense scaricabili dal sito: lobello.dieei.unict.it/reti_realtime_automazione1718 | |
| 18 | * | Sistemi wireless per applicazioni di automazione. Vantaggi e problemi aperti. Lo standard IEEE802.11x e le sue varianti: caratteristiche e differenti aree applicative. Bluetooth nelle applicazioni di automazione. | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 19 | ZigBee nelle applicazioni di automazione. | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it | |
| 20 | Problematiche di sincronizzazione dei clock. Il clock logico di Lamport | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it | |
| 21 | * | Metodi di sincronizzazione interna ed esterna. | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 22 | * | La sincronizzazione in Internet: algoritmo di Berkeley, Network time protocol. Protocollo IEEE 1588 | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
| 23 | Algoritmi di sincronizzazione per i sistemi wireless: Continuous clock Synchronization, Dynamic Continuous Clock Synchronization. | Dispense elaborate dal docente scaricabili dal sito: http://netlab.diit.unict.it |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame consiste nella realizzazione di due elaborati di corso leggeri e assistiti dai docenti. 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 dai docenti.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
- 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.
- Caratteristiche del Network Time Protocol.
- Confronti tra le caratteristiche real-time dei vari protocolli trattati nei domini industriale ed automotive.