Przemysłowe standardy komunikacji czasu rzeczywistego

Nazwa przedmiotu:
Przemysłowe standardy komunikacji czasu rzeczywistego
Industrial real-time communication systems
Kierunek:
Kod przedmiotu:
C04
Mechatronika
Rodzaj przedmiotu:
dla specjalności Systemy Sterowania
w ramach kierunku Mechatronika
Rodzaj zajęd:
Wykład, laboratorium
Poziom przedmiotu:
II stopnia
Rok: II
Semestr: III
Liczba godzin/tydzieo:
Liczba punktów:
1W, 1L
2 ECTS
PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE
I KARTA PRZEDMIOTU
CEL PRZEDMIOTU
C1. Uzyskanie wiedzy na temat podstaw działania i najważniejszych parametrów przemysłowych
systemów komunikacji czasu rzeczywistego.
C2. Uzyskanie umiejętności właściwego oszacowania potrzeb aplikacji czasu rzeczywistego w
zakresie komunikacji.
C3. Uzyskanie umiejętności oszacowania podstawowych parametrów sieci Ethernet czasu
rzeczywistego RTE.
C4. Poznanie podstaw projektowania dedykowanych systemów komunikacji w sieci RTE.
C5. Uzyskanie umiejętności realizacji prostych aplikacji systemu komunikacji czasu rzeczywistego.
WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI
1. Student potrafi wyjaśnid podstawowe zagadnienia z zakresu techniki cyfrowej,
mikroprocesorowej i programowania systemów wbudowanych.
2. Student potrafi wyjaśnid podstawowe zagadnienia z zakresu systemów sterowania oraz
systemów czasu rzeczywistego.
3. Student potrafi wykonywad działania matematyczne do rozwiązywania postawionych zadao.
4. Student potrafi korzystad z różnych źródeł informacji w tym z instrukcji i dokumentacji
technicznej.
5. Student potrafi pracowad samodzielnie i w grupie.
6. Student potrafi prawidłowo interpretowad i prezentowad własne działania.
EFEKTY KSZTAŁCENIA
EK 1 – student identyfikuje oraz opisuje zagadnienia teoretyczne z zakresu przemysłowych
systemów komunikacji czasu rzeczywistego,
EK 2 – właściwie szacuje wymagania aplikacji czasu rzeczywistego w zakresie komunikacji
EK 3 - właściwie szacuje i analizuje podstawowe parametry sieci czasu rzeczywistego.
EK 4 – wyjaśnia zagadnienia dotyczące projektowania dedykowanych systemów komunikacji w
sieci RTE.
EK 5 - realizuje proste aplikacje systemu komunikacji czasu rzeczywistego.
TREŚCI PROGRAMOWE
Forma zajęd – WYKŁADY
W 1 – Podstawowe pojęcia. Systemy czasu rzeczywistego a komunikacja czasu
rzeczywistego. Determinizm i klasy systemów komunikacji czasu rzeczywistego.
Komunikacja half- i full-duplex. Podstawowe parametry sieci: przepustowość,
czas opóźnienia (latency time), drżenie (latency jitter). Sieci typu fieldbus i
Ethernet czasu rzeczywistego.
W 2,3 – Pojęcie domeny kolizyjnej. Sieci o współdzielonym medium oraz metody kontroli
dostępu do medium: CSMA/CA/CD, token-ring, TDMA, master-slave pooling.
W 4,5 – Podstawy standardu Ethernet 802.3 i struktura danych w ramce MAC.
Warstwowy opis sieci, adresowanie IP oraz protokoły ARP, ICMP, TCP, UDP.
W 6 – Specjalistyczne narzędzia serwisowe: sprzętowe analizatory sieci i
oprogramowanie do analizy.
W 7,8 – Urządzenia sieciowe typu regenerator, koncentrator i przełącznik. Mechanizmy
działania przełączników sieciowych: Store and Forward, Cut Through, Fragment
Free. Sieci oparte na przełącznikach. Prioryretyzacja i pojęcie Quality of Service.
W 9 – Modele wymiany danych (struktura sieci): client-server, master-slave, peer-to-peer,
producer-consumer i publisher-subscriber.
W 10,11 – Metody synchronizacji czasu w sieci: NTP, PTP IEEE1585 i rozwiązania
firmowe.
W 12 – Topologie sieci czasu rzeczywistego: liniowa, drzewiasta, pierścieniowa.
W 13,14 – Przegląd istniejących rozwiązań Ethernetu czasu rzeczywistego: Ethernet
Powerlink, EtherCAT, Sercos III, Varan, SynqNET i pozostałe.
W 15 – Zastosowanie układów programowalnych FPGA oraz specjalizowanych ASIC.
Rozwój sieci czasu rzeczywistego i próby standaryzacji.
Razem godzin
Forma zajęd – LABORATORIUM
L 1,2 – Zaznajomienie się ze strukturą laboratoryjnej sieci lokalnej oraz dedykowanym
Liczba
godzin
1
2
2
1
2
1
2
1
2
1
15
Liczba
godzin
2
oprogramowaniem. Analiza przepływu informacji w sieci.
L3
L4
L 5,6
L 7,8
– Analiza opóźnień w sieci peer-to-peer opartej na przełączniku sieciowym.
– Analiza opóźnień w sieci peer-to-peer z koncentratorem.
– Projektowanie komunikacji opartej na protokole UDP oraz TCP/IP.
– Analiza ruchu oraz wyznaczanie podstawowych parametrów w laboratoryjnej sieci
za pomocą specjalistycznego oprogramowania. Rozpoznawanie i analiza
podstawowych protokołów niskich warstw sieci 802.3.
L 9 – Analiza przykładowych systemów komunikacji czasu rzeczywistego za pomocą
specjalistycznego analizatora sieciowego.
L 10 – Wyznaczanie podstawowych parametrów systemu komunikacji czasu
rzeczywistego.
L 11 – Projekt własnej sieci czasu rzeczywistego odpowiedni do podanych założeń: 1 –
model wymiany danych.
L 12 – Projekt własnej sieci czasu rzeczywistego odpowiedni do podanych założeń: 1 –
determinizm dostępu do medium, oraz dobór typu sieci.
L 13 – Projekt własnej sieci czasu rzeczywistego odpowiedni do podanych założeń: 1 synchronizacji czasu.
L 14,15 – Analiza podstawowych parametrów istniejących systemów komunikacji czasu
rzeczywistego. Dobór właściwej sieci, odpowiedniej do podanych założeń.
Razem godzin
1
1
2
2
1
1
1
1
1
2
15
2
NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE
1. – wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych
2. – dwiczenia laboratoryjne, opracowanie sprawozdao z realizacji przebiegu dwiczeo
3. – sprzęt komputerowy oraz specjalistyczne oprogramowanie komputerowe
SPOSOBY OCENY ( F – FORMUJĄCA, P – PODSUMOWUJĄCA)
F1. – ocena przygotowania do dwiczeo laboratoryjnych
F2. – ocena umiejętności stosowania zdobytej wiedzy podczas wykonywania dwiczeo
F3. – ocena sprawozdao z realizacji dwiczeo objętych programem nauczania
F4. – ocena aktywności podczas zajęd
P1. – ocena umiejętności rozwiązywania postawionych problemów oraz sposobu prezentacji
uzyskanych wyników – zaliczenie na ocenę*
P2. – ocena opanowania materiału nauczania będącego przedmiotem wykładu - zaliczenie wykładu
*) warunkiem uzyskania zaliczenia jest otrzymanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych,
OBCIĄŻENIE PRACĄ STUDENTA
Forma aktywności
Godziny kontaktowe z prowadzącym
Średnia liczba godzin na
zrealizowanie aktywności
15W 15L  30h
Zapoznanie się ze wskazaną literaturą
2.5 h
Przygotowanie do dwiczeo laboratoryjnych
5h
Konsultacje
5h
Wykonanie sprawozdao z realizacji dwiczeo laboratoryjnych
(czas poza zajęciami laboratoryjnymi)
5h
Przygotowanie do zadania sprawdzającego
2.5

Suma
SUMARYCZNA LICZBA PUNKTÓW ECTS
DLA PRZEDMIOTU
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje na zajęciach
wymagających bezpośredniego udziału prowadzącego
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęd o
charakterze praktycznym, w tym zajęd laboratoryjnych i
projektowych
50 h
2 ECTS
1.4 ECTS
1 ECTS
LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA
1. Sportack M., Sieci komputerowe. Księga eksperta, Helion, 1999
2. Krysiak K., Sieci komputerowe. Kompendium, Helion, 2005
3. Karanjit S. Siyan, Tim Parker , TCP/IP. Księga eksperta, Helion, 2002
4. Dokumentacje ze stron firmowych organizacji wspierających standardy: www.ethercat.org,
www.ethernet-powerlink.org, www.synqnet.org, www.varan-bus.net, www.sercos.org .
3
5. Materiały z polskojęzycznej branżowej strony internetowej Ethernetu przemysłowego,
www.ethernetprzemyslowy.pl .
6. Materiały z anglojęzycznej branżowej strony internetowej Ethernetu przemysłowego,
www.ethernet.industrial-networking.com .
7. Materiały z anglojęzycznej branżowej strony internetowej projektu europejskiego VAN Virtual
Automation Networks, www.van-eu.eu.
8. Wskazane przez wykładowcę materiały z czasopism poświęconych omawianej tematyce.
PROWADZĄCY PRZEDMIOT ( IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL)
1. dr inż. Andrzej Przybył, [email protected]
2. dr inż. Jacek Smoląg, [email protected]
MATRYCA REALIZACJI I WERYFIKACJI EFEKTÓW KSZTAŁCENIA
Odniesienie
danego efektu do
Efekt
efektów
Cele
Treści programowe
kształcenia
zdefiniowanych
przedmiotu
dla całego
programu (PEK)
EK1
EK2
K_W19_C_04
K_U19_C_04
C1
C2
EK3
K_U19_C_04
C3
EK4
K_W19_C_04
C4
EK5
K_U19_C_04
C5
W1-12, W15
W1-2
W1,W13-15, L3-4,
L7-10, L14-15
W10-14, L1-10,
L14-15
W1,W9,W10,W11,
L11-13
Narzędzia
dydaktyczne
Sposób
oceny
1-2
1-2
P2
P2
1-3
P1
1-3
P2
2-3
F3
4
II. FORMY OCENY - SZCZEGÓŁY
Efekty kształcenia
EK1, EK2, EK3
identyfikuje oraz
opisuje zagadnienia
teoretyczne z zakresu
przemysłowych
systemów
komunikacji czasu
rzeczywistego,
właściwie szacuje
wymagania aplikacji
czasu rzeczywistego
w zakresie
komunikacji,
właściwie szacuje i
analizuje
podstawowe
parametry sieci czasu
rzeczywistego
EK4, EK5
wyjaśnia zagadnienia
dotyczące
projektowania
dedykowanych
systemów
komunikacji w sieci
RTE; realizuje proste
aplikacje systemu
komunikacji czasu
rzeczywistego.
Na ocenę 2
Na ocenę 3
Na ocenę 4
Na ocenę 5
Student nie
identyfikuje, nie
opisuje zagadnieo
teoretycznych, nie
szacuje właściwie
wymagania aplikacji
czasu rzeczywistego,
nie szacuje właściwie
i nie analizuje
podstawowych
parametrów sieci
czasu rzeczywistego
Student w stopniu
dostatecznym
identyfikuje oraz
opisuje zagadnienia
teoretyczne z zakresu
przemysłowych
systemów
komunikacji czasu
rzeczywistego,
potrafi wskazad
metody ale nie
szacuje
podstawowych
wymagao i
parametrów takich
sieci
Student identyfikuje
oraz opisuje
zagadnienia
teoretyczne z zakresu
przemysłowych
systemów
komunikacji czasu
rzeczywistego,
właściwie szacuje
wymagania aplikacji
czasu rzeczywistego
w zakresie
komunikacji
Student szczegółowo
identyfikuje oraz
opisuje zagadnienia
teoretyczne z zakresu
przemysłowych
systemów
komunikacji czasu
rzeczywistego,
właściwie szacuje
wymagania aplikacji
czasu rzeczywistego
w zakresie
komunikacji,
właściwie szacuje i
analizuje
podstawowe
parametry sieci czasu
rzeczywistego,
samodzielnie
zdobywa i poszerza
wiedzę przy użyciu
różnych źródeł
nie opisuje, nie
wyjaśnia podstaw
projektowania
dedykowanych
systemów
komunikacji czasu
rzeczywistego
wyjaśnia zagadnienia
dotyczące
projektowania
dedykowanych
systemów
komunikacji w sieci
RTE, realizuje prostą
aplikację czasu z
wykorzystaniem
komunikacji
rzeczywistego,
rozwiązuje problemy
wynikające w trakcie
realizacji dwiczeo
korzystając z pomocy
prowadzącego
wyjaśnia zagadnienia
dotyczące
projektowania
dedykowanych
systemów
komunikacji,
realizuje prostą
aplikację czasu z
wykorzystaniem
komunikacji
rzeczywistego oraz
samodzielnie
rozwiązuje problemy
wynikające w trakcie
realizacji dwiczeo
szczegółowo
wyjaśnia zagadnienia
dotyczące
projektowania
dedykowanych
systemów
komunikacji,
realizuje prostą
aplikację czasu z
wykorzystaniem
komunikacji
rzeczywistego oraz
samodzielnie
rozwiązuje problemy
wynikające w trakcie
realizacji dwiczeo,
samodzielnie
poszerza zdobyta
wiedzę
Dopuszcza się wystawienie oceny połówkowej o ile student spełniający wszystkie efekty kształcenia wymagane
do oceny pełnej spełnia niektóre efekty kształcenia w stopniu odpowiadającym ocenie wyższej.
5
III. INNE PRZYDATNE INFORMACJE O PRZEDMIOCIE
1. Wszelkie informacje dla studentów kierunku Mechatronika wraz z:
-
programem studiów,
-
prezentacjami do zajęd,
-
instrukcjami do dwiczeo laboratoryjnych,
- harmonogramem odbywania zajęd
dostępne są na tablicy informacyjnej oraz stronie Internetowej Instytutu Inteligentnych
Systemów Informatycznych: www.iisi.pcz.pl
2. Informacja na temat konsultacji przekazywana jest studentom podczas pierwszych zajęd z danego
przedmiotu.
6