%34تخفیف

دانلود پروژه:تحلیل زماني  مخابره سيگنال‌هاي کنترلي  از طريق پیوندهای چند مرحله اي بر روي شبکه‌هاي صنعتي به منظور پياده‌سازي حلقه‌هاي کنترل گسترده با انعطاف پذيري بالا

دانشکده آموزشهای الکترونیکی

 

پایاننامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی برق (کنترل)

 

 

 

تعداد 138 صفحه فایل word قابل ویرایش

Site: www.filenaab.ir
فایل ناب

چکیده

تحلیل زماني  مخابره سيگنال‌هاي کنترلي  از طريق پیوندهای چند مرحله اي بر روي شبکه‌هاي صنعتي به منظور پياده‌سازي حلقه‌هاي کنترل گسترده با انعطاف پذيري بالا

پيشرفت فن آوري‌هاي مرتبط با شبکه‌هاي ارتباطي در ده‌هاي اخير و گسترش آن‌ها در لايه‌هاي بالايي صنعت نظير لايه‌هاي مانيتورينگ و مديريتي ايجاب نموده تا روش‌هايي براي بکارگيري اين شبکه‌ها در سطوح پايين يعني شبکه نمودن دستگاه‌ها و سنسورها ابداع و به کار گرفته شوند که هر يک نسبت به روش‌هاي سنتي داراي مزايا و معايبي مي‌باشند.

در این پایاننامه نگاهی اجمالی به اتوماسیون صنعتی و نقش شبکه‌های ارتباطی در توسعه صنعت خواهیم داشت و با بیان تاریخچه شبکه‌های صنعتی از جمله اترنت و پروفیباس به ذکر اطلاعات پایه و سطوح سلسله مراتبی اتوماسیون صنعتی و پروتکل‌های آن میپردازیم. در ادامه ملزومات اساسی طراحی و ارتباطات قسمتهای مختلف شبکه اترنت و پروفیباس شرح داده می‌شود و با ذکر محاسن و معایب هریک نشان خواهیم داد که چگونه می‌توانیم شبکه‌های با سرعت بالا ولي غير زمان حقيقي مانند اترنت را در پروسه‌هاي نيازمند داده زمان حقيقي استفاده نماييم و در انتها با ترکيب شبکه‌های سطح بالا (اترنت) با شبکه‌هاي سطح پایین‌تر (مانند پروفیباس) به بررسي تحلیل زماني  مخابره سيگنال‌هاي کنترلي از طريق پیوندهای چند مرحله اي مي‌پردازيم.

با توجه به بکارگيري گسترده شبکه پروفیباس و شبکه اترنت صنعتي، در اين رساله به طور خاص بر استفاده همزمان از اين دو نوع شبکه براي تبادل سيگنال‌هاي کنترلي متمرکز خواهيم شد و رفتار تأخير متغير با زمان، خطا در ارسال و ساير موارد را در مخابره سيگنالها از طريق هر دو شبکه و تأثيري که مي‍توانند بر عملکرد سيستم کنترل داشته باشند را مورد مطالعه قرار خواهيم داد با اين هدف که با استفاده از نتايج تحليل بتوان به طور مشخص برآورده شدن قيود زمان حقیقی را به ازاي هر سيستم کنترل تعيين نمود. همچنين به دنبال آن خواهيم بود که راهکارهائي را براي کمک به برآورده شدن اين قيود ارائه نمائيم.

فهرست مطالب

1-                  مقدمه 2

1-1-              کلیات.. 2

1-2-              جايگاه اترنت در هرم اتوماسيون. 3

1-3-              جايگاه فيلدباس در هرم اتوماسيون. 7

2-                  معرفی شبکه‌های صنعتی. 11

2-1-              مقدمه 11

2-2-              معرفي شبکه اترنت.. 12

2-2-1-          نگاهی به تاریخچه پیدایش اترنت.. 13

2-2-2-          نگاهی به روند تکاملی اترنت.. 15

2-2-3-          نگاهی به روند تکاملی اترنت زمان حقيقي. 17

2-2-3-1-      On Top of TCP/IP. 20

2-2-3-1-1-  Modbus/TCP. 20

2-2-3-3-2-  Ethernet/IP. 20

2-2-3-1-3-  P-NET. 20

2-2-3-1-4-  Vnet/IP. 20

2-2-3-2-      On Top of Ethernet. 21

2-2-3-2-1-  Ethernet Power Link (EPL) 21

2-2-3-2-2-  Time-Critical Control Network (TCNET) 21

2-2-3-2-3-  Ethernet for Plant Automation.. 21

2-2-3-2-4-  Profinet CBA.. 21

2-2-3-3-      Modified Ethernet. 21

2-2-3-3-1-  Serial Realtime Communication System …………………………….. 22

2-2-3-3-2-  Ethercat. 22

2-2-3-3-3-  Profinet IO.. 22

2-3-              شبکه پروفيباس.. 22

2-3-1-          نگاهی به تاریخچه پیدایش شبکه پروفیباس.. 23

2-4-              ارتباطات منطقی در شبکه‌های صنعتی (اترنت و پروفیباس) 24

2-5-              تکنولوژی ارتباطات در اترنت.. 25

2-5-1-          لايه فيزيکي. 26

2-5-1-1-      10BASE 5. 27

2-5-1-2-      10 BASE 2. 27

2-5-1-3-      10 BASE-T. 28

2-5-1-4-      10 BASE-FL. 29

2-5-1-5-      100 BASE يا Fast Ethernet. 30

2-5-1-6-      1000 BASE يا اترنت گيگابيت.. 31

2-5-2-          مقايسه کلي شبکه هاي اترنت مبتني بر IEEE 802.3. 32

2-5-3-          لایه پيوند داده اي در اترنت.. 32

2-5-3-1-     فريم بندي داده در اترنت…………………………………………………………………………… 33

2-5-3-2-     روش دسترسي به باس در اترنت.. 36

2-5-4-          لايه شبکه در اترنت.. 39

2-5-4-1-      IP Address در لايه Network.. 40

2-5-4-1-1-  آدرس IP-v4. 40

2-5-4-1-2-  آدرس IP-v6. 40

2-5-5-          لايه انتقال در اترنت.. 41

2-6-              تکنولوژی ارتباطات در پروفیباس.. 43

2-6-1-          لايه فيزيکي. 44

2-6-6-1-     انتقال با کابل مسي. 44

2-6-1-2-      انتقال با فيبر نوري. 48

2-6-2-          توپولوژی‌های شبکه پروفیباس.. 50

2-6-2-1-     توپولوژی باس با استفاده از ریپیتر 50

2-6-2-2-     توپولوژی درختی با استفاده از ریپیتر 51

2-6-3-          لايه پيوند داده: 52

2-6-3-1-     فرمت انتقال دیتا و امنیت آن. 53

2-6-3-2-     نحوه دسترسی به باس.. 54

2-6-3-3-      فریم Token.. 56

2-6-4-          پروفيباس FMS. 56

2-6-5-          پروفيباس PA.. 57

2-7-              جمع بندی. 60

3-                  تبادل داده بین PLC‌ ها با استفاده از شبکه‌های صنعتی. 62

3-1-              مقدمه 62

3-2-              طراحی شبکه 63

3-2-1-          امکان سنجی. 64

3-2-2-          تجزیه و تحلیل. 65

3-2-3-          طراحی. 65

3-2-4-          اجرا 66

3-2-5-          نگهداری و به روز رسانی. 66

3-3-              تکنیک‌های دسترسی به شبکه 67

3-4-              شبکه کردن PLC‌ ها با استفاده از اترنت.. 67

3-4-1-          ارتباطات Send / Receive   در شبکه اترنت.. 68

3-4-2-          کارکردهاي ارتباطی. 69

3-4-3-          پیکربندی و برنامه نویسی ارتباط S7 Connection.. 70

3-4-3-1-     پیکر بندی سخت افزار 70

3-4-3-2-      پیکربندی ارتباط در Netpro.. 71

3-4-3-3-     برنامه نویسی تبادل دیتا در اترنت.. 72

3-5-              شبکه کردن PLC‌ها با استفاده از پروفیباس.. 73

3-5-1-          تنظیمات شبکه پروفیباس.. 75

3-5-1-1-      پارامتر Highest Profibus Address. 76

3-5-1-2-      پارامتر Transmission.. 76

3-5-1-3-     پروفایل‌های پروفیباس.. 77

3-5-2-          IntelLigent Slave. 77

3-5-3-          برنامه نویسی تبادل دیتا در پروفیباس.. 77

3-6-              جمع بندی. 78

4-                  تحلیل تئوری و عملی شبکه‌های صنعتی. 80

4-1-              مقدمه 80

4-2-              محاسبه زمانی ارتباط پروفیباس.. 81

4-2-1-          محاسبه زمانی ارتباط یک Master و یک Slave به لحاظ تئوری. 82

4-2-2-          محاسبه زمانی ارتباط یک Master و یک Slave به لحاظ عملی. 85

4-2-3-          محاسبه زمانی ارتباط یک Master و دو Slave به لحاظ تئوری. 88

4-2-4-          محاسبه زمانی ارتباط یک Master و دو Slave به لحاظ عملی. 89

4-3-              محاسبه زمانی ارتباط اترنت.. 91

4-4-              زمان حقیقی نمودن اترنت.. 96

4-5-              سیستم‌های چند مرحله ای. 98

4-5-1-          حالت اول DP-LAN-DP. 99

4-5-2-          حالت دوم LAN-DP-DP. 102

4-5-3-          مقایسه دو سیستم. 104

4-6-              جمع بندی. 105

5-                  تاثیر شبکه‌های صنعتی بر روی حلقه کنترلی. 107

5-1-              مقدمه 107

5-2-              مدل مورد بررسی بدون تاخیر زمانی. 108

5-3-              وارد نمودن تاخیر به سیستم (تاخیر ناشی از شبکه) 110

5-4-              مدل سازی با شبکه ترکیبی. 113

5-5-              نتیجه گیری: 114

6-                  جمع بندی و پبشنهادات.. 116

6-1-              جمع بندی. 116

6-2-              پیشنهادات.. 119

                  

فهرست تصاویر

شکل ‏1‑1: هرم اتوماسيون[2] 4

شکل ‏1‑2: سطوح شبکه‌هاي صنعتي [4] 5

شکل ‏1‑3: کاربرد اترنت در سطوح مختلف اتوماسيون [6] 6

شکل ‏1‑4: جايگاه پروفيباس در هرم اتوماسيون [2] 8

شکل ‏1‑5: معماری اصلی سیستم متشکل از لينک‌هاي اترنت و پروفيباس… 9

شکل ‏1‑6: معماری شبیه سازی شده متشکل از لينک‌هاي اترنت و پروفيباس… 9

شکل ‏2‑1:  روند تحول اتوماسيون. 12

شکل ‏2‑2: برخورد در اترنت… 15

شکل ‏2‑3: اترنت مبتنی بر هاب [8] 16

شکل ‏2‑4: اترنت مبتنی بر سوییچ [9] 17

شکل ‏2‑5: ساختارهاي ممکن براي اترنت زمان حقيقي [11] 19

شکل ‏2‑6: لايه فيزيکي.. 26

شکل ‏2‑7: تصادم ديتا در اترنت [30] 38

شکل ‏2‑8: لايه شبکه. 39

شکل ‏2‑9: لايه انتقال. 42

شکل ‏2‑10: کابل مسي شيلددار. 44

شکل ‏2‑11: ساختار RS485 [32] 44

شکل ‏2‑12: ساختار Star 45

شکل ‏2‑13: ساختار Tree. 46

شکل ‏2‑14: کابل و کانکتور پروفيباس [34] 47

شکل ‏2‑15: نحوه اتصال OLM به پروفیباس [36] 49

شکل ‏2‑16: نحوه اتصال OLP به پروفیباس[37] 50

شکل ‏2‑17: توپولوژی باس با استفاده از ریپیتر[39] 51

شکل ‏2‑18: موقعیت لایه‌های LLC و MAC در مدل OSI [2] 52

شکل ‏2‑19: بسته UART [40] 53

شکل ‏2‑20: بسته اطلاعاتی پروفیباس[41] 53

شکل ‏2‑21: نحوه ارسال دیتا در پروفیباس[2] 55

شکل ‏2‑22: ساختار Token در پروفیباس[41] 56

شکل ‏2‑23: لايه هاي مورد استفاده در پروفيباس FMS [2] 57

شکل ‏2‑24: پروفيباس PA/DP [2] 58

شکل ‏2‑25: انتقال ديتا در پروتکل H1 [2] 58

شکل ‏3‑1: چرخه زندگی یک سیستم. 64

شکل ‏3‑6: شبکه کردن دو PLC 300 توسط اترنت… 71

شکل ‏3‑7: Connection Table. 71

شکل ‏3‑8: مشخصات ارتباط برقرار شده 72

شکل ‏3‑9: شبکه کردن دو PLC 300 توسط پروفيباس… 76

شکل ‏3‑10: SFC14 [61] 78

شکل ‏3‑11: SFC15 [62] 78

شکل ‏4‑1 : ساختار  Bus Cycle. 82

شکل ‏4‑2: ساختار  انتقال اطلاعات در پروفیباس… 83

شکل ‏4‑3: فریم پروفیباس… 84

شکل ‏4‑4: فریم تغییر یافته پروفیباس [41] 85

شکل ‏4‑5: نمودار زمان مبادله اطلاعات بين یک Master و یک Slave. 87

شکل ‏4‑6: پراکندگي آماري زمان مبادله اطلاعات بين یک Master و یک Slave. 87

شکل ‏4‑7: نمودار زمان بين دو ارسال متوالي اطلاعات یک Master و یک Slave. 88

شکل ‏4‑8: نمودار زمان مبادله اطلاعات بين یک Master و دو Slave. 90

شکل ‏4‑9: پراکندگي آماري زمان مبادله اطلاعات بين یک Master و دو Slave. 90

شکل ‏4‑10: فریم IEEE [5] 92

شکل ‏4‑11: فریم پروفینت [66] 92

شکل ‏4‑12: Network Utilization. 93

شکل ‏4‑13: Network Utilization با دو کامپيوتر. 93

شکل ‏4‑14: تصادم در هاب… 94

شکل ‏4‑15: Connection Statistic [68] 94

شکل ‏4‑16: نمودار زمان مبادله اطلاعات بين دو CPU با اترنت… 95

شکل ‏4‑17: پراکندگي آماري زمان مبادله اطلاعات بين دو CPU با اترنت… 95

شکل ‏4‑18: پراکندگي آماري زمان مبادله اطلاعات بين دو CPU با یک CPU به صورت همزمان با اترنت… 96

شکل ‏4‑19: نمودار زمان مبادله اطلاعات بين CPU1 و CPU2 با اترنت در حالت زمان حقيقي.. 97

شکل ‏4‑20: نمودار زمان مبادله اطلاعات بين CPU2 و CPU3 با اترنت در حالت زمان حقيقي.. 97

شکل ‏4‑21: نمودار زمان مبادله اطلاعات بين دو CPU با اترنت در حالت زمان حقيقي و با يک لينک معيوب.. 98

شکل ‏4‑22: شبکه ترکیبی با نقطه شروع از CPU 1. 99

شکل ‏4‑23: نمودار زماني مبادله اطلاعات در حالت DP-LAN-DP با شرايط بد. 101

شکل ‏4‑24: نمودار زماني مبادله اطلاعات در حالت DP-LAN-DP با شرايط خوب… 101

شکل ‏4‑25: پراکندگي آماري زمان مبادله اطلاعات در حالت DP-LAN-DP. 101

شکل ‏4‑26: شبکه ترکیبی با نقطه شروع از CPU 2. 102

شکل ‏4‑27: نمودار زماني مبادله اطلاعات در حالت LAN-DP-DP با شرايط بد. 103

شکل ‏4‑28: نمودار زماني مبادله اطلاعات در حالت LAN-DP-DP با شرايط خوب… 103

شکل ‏4‑29: پراکندگي آماري زمان مبادله اطلاعات در حالت LAN-DP-DP. 104

شکل ‏4‑30: نمودار زمان مبادله اطلاعات بين دو CPU با اترنت همراه با دو کامپيوتر. 105

شکل ‏5‑1: مدل مورد بررسی.. 107

شکل ‏5‑2: بلوک دیاگرام مدل به همراه PID.. 108

شکل ‏5‑3: سیگنال ورودی.. 108

شکل ‏5‑4: پارامترهای PID.. 109

شکل ‏5‑5: خروجی سیستم بدون تاخیر. 110

شکل ‏5‑6: بلوک تاخیر. 110

شکل ‏5‑7: بلوک دیاگرام مدل به همراه تاخیر 13ms. 111

شکل ‏5‑8: خروجی سیستم با تاخیر 13ms. 111

شکل ‏5‑9: پارامترهای PID با در نطر گرفتن تاخیر 13ms. 112

شکل ‏5‑10: خروجی سیستم با تاخیر 13ms و پایدارسازی مجدد. 112

شکل ‏5‑11: بلوک دیاگرام مدل شامل شبکه پروفیباس و اترنت… 113

شکل ‏5‑12: خروجی سیستم با تاخیر 26ms در شبکه اترنت… 114

فهرست جداول

جدول 2-1: زیرکمیته 802 و استانداردهای مربوط به آن……………………………………………………………… 13

جدول 2-2: سیر تحول اترنت………………………………………………………………………………………………. 14

جدول2-3: مقايسه اترنت معمولي و سريع………………………………………………………………………………. 24

جدول2-4: انواع اترنت گيگابيت…………………………………………………………………………………………… 25

جدول2-5: مقايسه کلي شبکه‌هاي اترنت…………………………………………………………………………………. 26

جدول2-6: مشخصات کابل پروفيباس……………………………………………………………………………………. 40

جدول2-7: ماکزيمم طول سگمنت پروفيباس بر اساس سرعت انتقال ديتا…………………………………………. 41

جدول3-1: سرویس‌های ارتباطی زیمنس………………………………………………………………………………… 64

جدول3-2: حجم دیتای قابل جابجایی مبنی بر سرویس‌های ارتباطی………………………………………………. 65

جدول3-3: فانکشن‌های مورد استفاده مبنی بر سرویس‌های ارتباطی………………………………………………… 66

جدول3-4: فانکشن‌های برنامه نویسی اترنت……………………………………………………………………………. 69

جدول3-5: Slaves…………………………………………………………………………………………………………… 71

جدول4-1: معرفی هر المان و وظیفه آن در پروفیباس…………………………………………………………………. 80

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo