Nazwa przedmiotu Sieci przemysłowe Kod Liczba punktów Nazwa angielska. Industrial networks. Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych (K-25)

Transkrypt

1 Nazwa przedmiotu Sieci przemysłowe Kod Liczba punktów Nazwa angielska Industrial networks Kierunek studiów Poziom studiów Elektronika i Telekomunikacja Magisterski Jednostka prowadząca Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych (K-25) Kierownik i realizatorzy mgr inŝ. Zbigniew Kulesza, dr inŝ. W. Tylman Formy zajęć i liczba godzin Semestr w ć l p s Liczba punktów zimowy 1e 2 Oczekiwane efekty kształcenia Student nabywa wiedzę z zakresu: budowa i działanie sieci przemysłowych w elektronicznych systemach sterowania i nadzoru procesów przemysłowych. Posiada takŝe wiedze na temat sposobu przekazywania informacji przez medium transmisyjne, protokołów komunikacyjnych, kodowania kanałowego oraz protekcyjnego. W trakcie laboratorium nabywa praktycznych umiejętności budowy własnej sieci oraz wykorzystania rozwiązań rozpowszechnionych w przemyśle (CAN, Profibus). Wymagania wstępne Systemy mikroprocesorowe (3230/1/2) Układy elektroniczne (3020/1/2) Układy logiczne (3205)

2 Program przedmiotu WYKŁAD I. Problematyka elektronicznego sterowania i nadzoru w warunkach przemysłowych 1. Klasyfikacja układów sterowania i nadzoru - praktyczne realizacje elektronicznych układów sterowania i nadzoru: sterowniki PLC, komputery przemysłowe, pakiety SCADA. Sieciowe systemy sterowania i nadzoru. 2. Sterowanie rozproszone i scentralizowane 3. Sieci czasu rzeczywistego II. Modele sieci 1. Siedmiowarstwowy model ISO-OSI RM 2. Czterowarstwowy model DAARPA RM 3. Uproszczony model sieci przemysłowej (warstwa fizyczna, łącza i aplikacji) III. Warstwa fizyczna sieci 1. Media transmisyjne (transmisja jedno- i wieloŝyłowa, kabel współosiowy, skrętka, światłowód, transmisja radiowa, wykorzystanie podczerwieni) 2. Transceiwery (nadajniki-odbiorniki) wykonania zwykłe i o podwyŝszonej odporności na zakłócenia i uszkodzenia 3. Tryby transmisji danych (simplex, half-duplex, duplex) 4. Modulacja kanałowa strumienia bitów (NRZ, Manchester / FM, PE, MFM, M2FM, HDM-1, HDM-2) 5. Topologia sieci IV. Warstwa łącza danych 1. Podstawowe typy transmisji: znakowa, bitowa; synchroniczna i asynchroniczna 2. Kodowanie kanałowe - złoŝone kody kanałowe: 4/5MNRZI, 3PM, 8/10M, EFM 3. Kodowanie i dekodowanie protekcyjne: kontrola błędów, kontrola parzystości, cykliczna kontrola nadmiarowa (CRC), przeplot, zaawansowane kody protekcyjne (CIC, ICIC, RSC, CRS, CIRC). 4. Budowa ramki protokołów synchronicznych i asynchronicznych, typy ramek 5. Zaawansowane protokoły komunikacyjne na przykładzie protokołu HDLC 6. Metody kontroli dostępu do medium transmisyjnego V. Przykładowe sieci przemysłowe - budowa, cechy charakterystyczne, obszar zastosowań 1. Standardowe łącza szeregowe, PPI, MPI (multipunkt) 2. Sieci lokalne - sieć Profibus, AS-I, CAN (Devicenet, SDS, CanOpen), Seriplex 3. Sieci specjalnego przeznaczenia - Sercos 4. Wymiana danych w sieci Ethernet VI. Metody wymiany danych w sieciach przemysłowych. Konfiguracja sieci. Oprogramowanie specjalistyczne. LABORATORIUM I. Praktyczna realizacja sieci z wykorzystaniem standardowych portów szeregowych i nadajników Samodzielna budowa ramki protokołu, obsługa podstawowych funkcji łącza danych (CRC) 2. Programowa realizacja niekolizyjnego dostępu do medium transmisyjnego 3. Wykonanie prostej odmiany "wojen tokenowych" II. Praktyczna realizacja systemu wymiany danych z wykorzystaniem sieci CAN III. Projekt układu sterowania z wykorzystaniem sterowników przemysłowych SIMATIC i PEP oraz sieci przemysłowej Profibus. Wizualizacja i sterowanie przykładowym procesem z uŝyciem pakietu SCADA

3 Forma zaliczenia zajęć Zaliczenie wykładu (60%) zaliczenie pisemne składające się z 4 pytań teoretycznych i 2 problemów do samodzielnego rozwiązania Zaliczenie laboratorium (40%) ocena końcowa jest wystawiana na podstawie wyników pracy, sprawozdania oraz kolokwium przeprowadzanego na koniec semestru Literatura podstawowa Solnik W., Znajda Z.: Komputerowe sieci przemysłowe Profibus DP i MPI. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2004 Kwiecień A.,: Analiza przepływu informacji w komputerowych sieciach przemysłowych. WPK J. Skalmierskiego, Gliwice 2000 Mielczarek W.: Szeregowe interfejsy cyfrowe. Helion 1993 Literatura uzupełniająca Jakuszewski R.: Programowanie systemów SCADA. WPK J. Skalmierskiego, Gliwice 2002

4 Course name Industrial networks Code Credit points Language of instruction Polish Program Type of studies Electronics and Telecommunication Master of Science Unit running the programme Department of Microelectronics and Computer Science (K-25) Course coordinator and academic teachers mgr inŝ. Zbigniew Kulesza, dr inŝ. W. Tylman Form of classes and number of hours Semester Lec. Tut. Lab. Proj. Sem. Credit points Winter 1e 2 Learning outcomes Student acquires knowledge about: construction and operation of industrial networks in electronic systems of control and supervision of industrial processes. Also has knowledge about ways of transmitting data through the transmission medium, communication protocols, channel and protection coding. In the laboratory learns how to construct the network and utilize the industry-standard solutions (CAN, Profibus) Prerequisites Systemy mikroprocesorowe (3230/1/2) Układy elektroniczne (3020/1/2) Układy logiczne (3205)

5 Course description I. Problems of electronic control and supervision in industrial environment 1. Classification of control and supervision systems practical applications of electronic systems: PLC controllers, industrial computers, SCADA systems. Network systems of control and supervision. 2. Distributed and centralized control 3. Real-time networks II. Network models 1. Seven-layer ISO-OSI RM model 2. Four-layer DAARPA RM model 3. Simplified model of industrial network (physical layer, link layer and application layer) III. Physical layer 1. Transmission media (single and multi-wire transmission, coaxial cable, twistedpair, optical transmission, radio transmission, infrared transmission) 2. Transceivers typical and resistant to disturbances and damage 3. Transmission modes (simplex, half-duplex, duplex) 4. Channel modulation of bitstream (NRZ, Manchester / FM, PE, MFM, M2FM, HDM-1, HDM-2) 5. Network topology IV. Data-link layer 1. Basic types of transmission: character, bit; synchronous and asynchronous 2. Channel coding complex channel codes: 4/5MNRZI, 3PM, 8/10M, EFM 3. Protection coding and decoding: error detection, parity control, cyclic redundancy check (CRC), interleaving, advanced protection codes (CIC, ICIC, RSC, CRS, CIRC). 4. Synchronous and asynchronous protocols frames, frame types 5. Advanced communication protocols (HDLC) 6. Transmission medium access control V. Sample industrial networks - construction, characteristic elements, area of application 1. Standard serial links, PPI, MPI (multipoint) 2. Local networks - Profibus, AS-I, CAN (Devicenet, SDS, CanOpen), Seriplex 3. Special purpose networks - Sercos 4. Data exchange in the Ethernet network VI. Data exchange methods in industrial networks. Network configuration. Specialized software. LABORATORY IV. Practical application of a network utilizing standard serial ports and 485 transmitters 1. Construction of protocol frame, support for basic functions of data link (CRC) 2. Software support for non-collision access to the transmission medium 3. Simple token wars V. Practical application of data exchange system using CAN network 1. Project of control system using SIMATIC and PEP industrial controllers and Profibus industrial network. Visualization and control of a sample process using SCADA system. Form of assessment Lecture assessment (60%) written examination with 4 theoretical questions and 2 problem questions Laboratory assessment (40%) based on report, work progress and written assessment at the end of semester

6 Basic reference materials Solnik W., Znajda Z.: Komputerowe sieci przemysłowe Profibus DP i MPI. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2004 Other reference materials Kwiecień A.,: Analiza przepływu informacji w komputerowych sieciach przemysłowych. WPK J. Skalmierskiego, Gliwice 2000 Mielczarek W.: Szeregowe interfejsy cyfrowe. Helion 1993 Jakuszewski R.: Programowanie systemów SCADA. WPK J. Skalmierskiego, Gliwice 2002