8/19/2019 RIC_Curs1

1/18

Reţele Industriale de Calculatoare- Curs -

Sl. dr. ing.

Alexandru Dumitraşcu 

8/19/2019 RIC_Curs1

2/18

O reţea de calculatoare este:

un ansamblu de calculatoare autonome

interconectate prin diferite medii de comunicaţie  asigură folosirea în comun a resurselor fizice(hard), logice (soft) şi informaţionale (baze dedate) de care dispune ansamblul de calculatoare

interconectate.

 În plus, o reţea industrială de calculatoare este: 

un sistem de comunicaţie dezvoltat cu scopul

satisfacerii cerinţelor din mediul industrial.

8/19/2019 RIC_Curs1

3/18

Evoluţia reţelelor industriale: 

 ’80 - prima realizare - MAP (Manufacturing AutomationProtocol GM - pentru modernizarea liniilor de asamblare

a automobilelor 1990-1996 - marele „bum” - dezvoltarea unui numărfoarte mare de protocoale industriale de comunicaţie  1996-2000 - proces de unificare şi standardizare a

protocoalelor prin cercetări teoretice şi experimentalepentru analiza caracteristicilor critice de tip, timp,siguranţă şi securitate  2000-2009 - utilizarea tehnologiilor Internet pentrumonitorizare şi control (IE - Ethernet Industrial)

8/19/2019 RIC_Curs1

4/18

Situaţia actuală 

(eventuale) Probleme:• (prea) multe protocoale şi standarde 

• probleme de incompatibilitate• probleme de integrabilitate şi interoperabilitate 

Tendinţe pozitive: • promovarea protocolului Ethernet Industrial ca mediu comun

de comunicaţie pentru partea de control de proces şi parteade gestiune economică 

• tehnici wireless de comunicaţie pentru mediul indistrial • controlul calităţii serviciilor în Internet (QoS) ca mijloc de

garantare a cerinţelor specifice din sistemele de control 

8/19/2019 RIC_Curs1

5/18

Soluţii 

Reţele industriale Reţele dedicatede comunicaţii 

Mediul

industrial

 Adaptarea

reţelelor convenţionalede calculatoare

8/19/2019 RIC_Curs1

6/18

Un sistem modern de control implică

cerinţe specifice de comunicaţie: 

 Cablare şi instalare mai ieftine 

 Mai multe servicii implementate pe acelaşi mediu de comunicaţie 

 Conectarea mai multor dispozitive de automatizare

 Modificare, reconfigure şi dezvoltare mai simple 

 Transmiterea de date complexe în direcţii multiple 

 Timp determinat/predefinit pentru transmiterea mesajelor

 comunicaţie de timp real 

 Transmiterea şi achiziţia periodică a datelor  

 Tratarea uniformă a diferitelor dispozitive de automatizare(adresare, numire, configurare etc.)

8/19/2019 RIC_Curs1

7/18

Un sistem modern de control implică

cerinţe specifice de comunicaţie: 

 Mai multe nivele de priorităţi 

 Transmisie sigură şi fiabilă prin:- folosirea tehnicilor digitale de codare

- folosirea tehnicilor de detecţie şi corecţie a erorilor prin protocolul decomunicaţie

- asigurarea toleranţei la defecte 

8/19/2019 RIC_Curs1

8/18

Modele de comunicaţie 

Din punct de vedere fizic:

Conexiuni unu-la-unu (point-to-

point)

Conexiuni ierarhizate

- organizate pe nivele de control

Conexiuni de tip magistrală 

- mai multe conexiuni pe acelaşimediu de comunicaţie 

8/19/2019 RIC_Curs1

9/18

Ce informaţii se transmit? 

Informaţii de stare (închis/deschis,

pornit/oprit etc.) –  informaţii logice/binare/digitale 

Valori de marimi fizice de proces

 – informaţie analogică 

Informaţii de configurare şi reglare  – informaţie mixtă 

8/19/2019 RIC_Curs1

10/18

Transmisia informaţiilor (semnalelor)

 în sistemele de control

Echipamente în sistemele de comunicaţie: - mecanice

- hidraulice- pneumatice

- electrice (curent, tensiune)

Semnale:- semnale analogice standardizate

- semnale unificate în tensiune (0-10V, -5 - +5V)

- semnale unificate în curent (4-20 mA)

- semnale digitale- semnale de stare (0,1)

- impulsuri

8/19/2019 RIC_Curs1

11/18

Cum trebuie să se transmită

informaţiile ? 

Sigur- fără pierdere de informaţie 

- fără erori - fără intervenţia persoanelor neautorizate

Exact-  în concordanţă cu marimile de proces măsurate - fără zgomote 

La timp- fără întârzieri:

- datorate măsurării - datorate transmisiei

8/19/2019 RIC_Curs1

12/18

Sistemul de calcul

Un sistem de calcul este format din 3 unităti de bază,conectate între ele prin 3 magistrale:

Locaţii de memorie - instrucţiuni - date

Exec. instrucţiuni 

Control activ. pe mag

Conexiunea cu disp. de câmp

8/19/2019 RIC_Curs1

13/18

Controlul proceselor folosind calculatoare

Calcu latoarele de p roces  controlează procesele tehnologice sau diverse analize experimentale, prelucrând informaţii

numerice/analogice despre procesul studiat şi furnizând ieşirinumerice/analogice cu rol de reglare a procesului.

Converteşte informaţiileanalogice numerice

Funcţionare în timp real  

- timpul de răspuns al calculatorului estecompatibil cu constantele de timp ale

procesului

- modificarea defavorabilă a unui parametrutrebuie să fie rapid remarcată şi remediată

de către calculatorul de proces. 

8/19/2019 RIC_Curs1

14/18

Controlul proceselor folosind calculatoare

Un calculator de proces exercită funcţii de: 

control/reglare a parametrilor procesului

comandă asupra elementelor de execuţie aleprocesului

supraveghere/monitorizare a procesului prin

prelucrarea datelor culese din proces

transmiterea datelor de proces la distanţă, pentrugestionarea lor în baze de date

8/19/2019 RIC_Curs1

15/18

Controlul proceselor folosind calculatoare

Operator

Nivel superior de

control

Condiţii de mediu 

ComenziDate de intrare

Perturbaţii 

Vizualizare şi

configurare

Coordonare şi

configurare

Energie şi produse Energie şi mat. prime 

Sistem de control

Proces controlat

8/19/2019 RIC_Curs1

16/18

Standarde pentru reţele industriale 

Magistrale şi protocoale

Magistralele de câmp interconecteazăo gamă foarte mare de dispozitiveprecum: controlere, motoare, elemente

de execuţie, senzori etc.   Astfel, s-au dezvoltat magistrale decâmp precum:

PROFIBUS®

CANBUS

Ethernet Industrial

Wireless Net

DeviceNet™, ControlNet™InterBusFoundation Field Bus

Lonwork

Universal Serial Bus (USB)

P-Net

HART

 AS-i

De aceea, marii producătoriindustriali au creat protocoale dereţea de nivel înalt pentru a

gestiona datele pe magistrale.

Protocoale:

PROFINET®

CAN

EtherNet/IP™ XMeshTM  (Crossbow)

ETHERNET PowerlinkEtherCAT®

Modbus®-TCP

SERCOS III

8/19/2019 RIC_Curs1

17/18

Standarde pentru reţele industriale 

Fiecare standard de magistrală are av./dezav.:  Implementare hardware unică 

Protocol serial unic

Traductoare incompatibile (plug-and-play)

Familia de standarde IEEE 1451descrie un set de

interfeţe de comunicaţie deschise, generale,independente de reţea, pentru conectarea traductoarelor(senzori sau dispozitive de execuţie) la microprocesoare,sisteme de instrumentaţie şi reţele de câmp.

8/19/2019 RIC_Curs1

18/18

Standarde pentru reţele industriale 

Succesul acestor standarde constă în definirea datelorde catalog ale traductorului într-un format electronic -

TEDS (Transducer Electronic Data Sheets). TEDS-uleste un dispozitiv de memorie ataşat traductorului, încare sunt memorate o serie de date ca: identificareatipului, informaţii referitoare la constructor, calibrarea,date de corecţie, domeniul de măsurare etc. 

Scopul standardelor IEEE 1451 este de a asiguraaccesul datelor de la traductor, prin intermediul unui setcomun de comenzi de interfaţă, atunci când traductoarelesunt conectate la sisteme sau reţele, prin intermediulunor fire sau wireless.