0000Z9_SP

Nazwa przedmiotu
Sieci przemysłowe
Kierunek studiów
Elektronika i Telekomunikacja
Jednostka prowadząca
Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych (K-25)
Kierownik i realizatorzy
mgr inŜ. Zbigniew Kulesza, dr inŜ. W. Tylman
Nazwa angielska
Poziom studiów
Formy zajęć
i liczba godzin
Kod
Industrial networks
Liczba punktów
Magisterski
Semestr
w
ć
l
p
s
zimowy
1e
—
2
—
—
Liczba
punktów
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)
Program przedmiotu
WYKŁAD
I.
1.
II.
III.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
4.
IV.
V.
VI.
5.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
Problematyka elektronicznego sterowania i nadzoru w warunkach
przemysłowych
Klasyfikacja układów sterowania i nadzoru - praktyczne realizacje
elektronicznych układów sterowania i nadzoru: sterowniki PLC, komputery
przemysłowe, pakiety SCADA. Sieciowe systemy sterowania i nadzoru.
Sterowanie rozproszone i scentralizowane
Sieci czasu rzeczywistego
Modele sieci
Siedmiowarstwowy model ISO-OSI RM
Czterowarstwowy model DAARPA RM
Uproszczony model sieci przemysłowej (warstwa fizyczna, łącza i aplikacji)
Warstwa fizyczna sieci
Media transmisyjne (transmisja jedno- i wieloŜyłowa, kabel współosiowy,
skrętka, światłowód, transmisja radiowa, wykorzystanie podczerwieni)
Transceiwery (nadajniki-odbiorniki) wykonania zwykłe i o podwyŜszonej
odporności na zakłócenia i uszkodzenia
Tryby transmisji danych (simplex, half-duplex, duplex)
Modulacja kanałowa strumienia bitów (NRZ, Manchester / FM, PE, MFM,
M2FM, HDM-1, HDM-2)
Topologia sieci
Warstwa łącza danych
Podstawowe typy transmisji: znakowa, bitowa; synchroniczna i asynchroniczna
Kodowanie kanałowe - złoŜone kody kanałowe: 4/5MNRZI, 3PM, 8/10M, EFM
Kodowanie i dekodowanie protekcyjne: kontrola błędów, kontrola parzystości,
cykliczna kontrola nadmiarowa (CRC), przeplot, zaawansowane kody
protekcyjne (CIC, ICIC, RSC, CRS, CIRC).
Budowa ramki protokołów synchronicznych i asynchronicznych, typy ramek
Zaawansowane protokoły komunikacyjne na przykładzie protokołu HDLC
Metody kontroli dostępu do medium transmisyjnego
Przykładowe sieci przemysłowe - budowa, cechy charakterystyczne, obszar
zastosowań
Standardowe łącza szeregowe, PPI, MPI (multipunkt)
Sieci lokalne - sieć Profibus, AS-I, CAN (Devicenet, SDS, CanOpen), Seriplex
Sieci specjalnego przeznaczenia - Sercos
Wymiana danych w sieci Ethernet
Metody wymiany danych w sieciach przemysłowych. Konfiguracja sieci.
Oprogramowanie specjalistyczne.
LABORATORIUM
I.
1.
II.
III.
2.
3.
Praktyczna realizacja sieci z wykorzystaniem standardowych portów
szeregowych i nadajników 485
Samodzielna budowa ramki protokołu, obsługa podstawowych funkcji łącza
danych (CRC)
Programowa realizacja niekolizyjnego dostępu do medium transmisyjnego
Wykonanie prostej odmiany "wojen tokenowych"
Praktyczna realizacja systemu wymiany danych z wykorzystaniem sieci CAN
Projekt układu sterowania z wykorzystaniem sterowników przemysłowych
SIMATIC i PEP oraz sieci przemysłowej Profibus. Wizualizacja i sterowanie
przykładowym procesem z uŜyciem pakietu SCADA
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
Course name
Credit points
Code
Industrial networks
Language of instruction
Polish
Program
Electronics and Telecommunication
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
Type of studies
Form of classes and
number of hours
Master of Science
Semester
Lec.
Tut.
Lab.
Proj.
Sem.
Winter
1e
—
2
—
—
Credit
points
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)
Course description
I.
II.
III.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
4.
IV.
V.
VI.
5.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
1.
2.
3.
4.
Problems of electronic control and supervision in industrial environment
Classification of control and supervision systems – practical applications of
electronic systems: PLC controllers, industrial computers, SCADA systems.
Network systems of control and supervision.
Distributed and centralized control
Real-time networks
Network models
Seven-layer ISO-OSI RM model
Four-layer DAARPA RM model
Simplified model of industrial network (physical layer, link layer and application
layer)
Physical layer
Transmission media (single and multi-wire transmission, coaxial cable, twistedpair, optical transmission, radio transmission, infrared transmission)
Transceivers – typical and resistant to disturbances and damage
Transmission modes (simplex, half-duplex, duplex)
Channel modulation of bitstream (NRZ, Manchester / FM, PE, MFM, M2FM,
HDM-1, HDM-2)
Network topology
Data-link layer
Basic types of transmission: character, bit; synchronous and asynchronous
Channel coding – complex channel codes: 4/5MNRZI, 3PM, 8/10M, EFM
Protection coding and decoding: error detection, parity control, cyclic
redundancy check (CRC), interleaving, advanced protection codes (CIC, ICIC,
RSC, CRS, CIRC).
Synchronous and asynchronous protocols frames, frame types
Advanced communication protocols (HDLC)
Transmission medium access control
Sample industrial networks - construction, characteristic elements, area of
application
Standard serial links, PPI, MPI (multipoint)
Local networks - Profibus, AS-I, CAN (Devicenet, SDS, CanOpen), Seriplex
Special purpose networks - Sercos
Data exchange in the Ethernet network
Data exchange methods in industrial networks. Network configuration.
Specialized software.
LABORATORY
IV.
V.
Form of assessment
1.
2.
3.
1.
Practical application of a network utilizing standard serial ports and 485
transmitters
Construction of protocol frame, support for basic functions of data link (CRC)
Software support for non-collision access to the transmission medium
Simple „token wars”
Practical application of data exchange system using CAN network
Project of control system using SIMATIC and PEP industrial controllers and
Profibus industrial network. Visualization and control of a sample process using
SCADA system.
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
Basic reference materials 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
Other reference
materials
Mielczarek W.: Szeregowe interfejsy cyfrowe. Helion 1993
Jakuszewski R.: Programowanie systemów SCADA. WPK J. Skalmierskiego, Gliwice
2002