analiza przepływu informacji w sieciach komp.pdf

STUDIA INFORMATICA

2002

Andrzej Kwiecień

Politechnika Śląska, Instytut Informatyki

Analiza przepływu informacji w komputerowych sieciach

przemysłowych

A. Kwiecień

Streszczenie Pracy

Praca niniejsza została ujęta w dwunastu rozdziałach.

We Wstępie zamieszczono oglne informacje dotyczące historycznego rozwoju

informatycznych systemw sterowania oraz kierunkw ich ewolucji. W podrozdziale 1.1

przedstawiono głwne cele pracy.

W Rozdziale 2 scharakteryzowano przemysłowe systemy rozproszone czasu

rzeczywistego. Zwrcono uwagę na ich cechy i wymagania. Określono pewien model, ktry

w dalszej części pracy będzie przedmiotem analizy. W Rozdziale 2.6 opisano rwnież cele,

ktre przyświecały realizacji pracy oraz odniesienia do istniejących w literaturze metod

analizy pracy sieci komputerowych.

Rozdział 3 to szczegłowy opis przyjętego modelu do analizy oraz budowa jego

poszczeglnych elementw.

Rozdziały: 4, 5 i 6 zawierają pełną analizę czasową deterministycznych protokołw

dostępu do łącza wraz z opisem ilościowym i jakościowym zjawisk zachodzących w węźle

systemu i podają zależności stanowiące podstawę do dokładnych obliczeń parametrw

czasowych systemu komunikacyjnego instalacji.

W Rozdziale 7 zaprezentowano metody poprawy parametrw czasowych sieci z

cyklicznymi wymianami informacji.

Rozdział 8 to prba nowego podejścia do metod klasyfikacji protokołw

wykorzystywanych w sieciach przemysłowych najniższego poziomu, służących ich

właściwemu doborowi w funkcji przeznaczenia i zastosowania.

W Rozdziale 9 omwiono metody integracji sieci przemysłowych najniższego

poziomu i jej wpływ na parametry czasowe systemu komunikacyjnego. Zaprezentowano w

nim rwnież przykład integracji dwch sieci i podano wyniki testw.

W Rozdziale 10 omwiono bardzo aktualny problem użycia protokołu TCP/IP w

zastosowaniach przemysłowych. Przedstawiono rwnież możliwości integracji sieci za

pomocą tego protokołu. Omwiono zasady konfiguracji sieci najniższego poziomu stosując

ten protokł z zachowaniem zasady deterministycznego dostępu do medium.

Rozdział 11 to krtki przegląd firmowych rozwiązań sieci przemysłowych,

wspłcześnie najczęściej stosowanych. Podano w nim parametry techniczne sieci i dokonano

wstępnej ich analizy czasowej oraz zaprezentowano sugestie dotyczące kierunkw dalszego

rozwoju sieci przemysłowych najniższego poziomu.

W Rozdziale 12 zamieszczono wnioski końcowe jak i spostrzeżenia wyniesione z

kilku praktycznych aplikacji rezultatw analizy czasowej przemysłowych rozproszonych

systemw czasu rzeczywistego.

Analiza przepływu informacji w komputerowych sieciach przemysłowych

Rozdział 13 stanowi skorowidz najczęściej używanych określeń i symboli.

Pracę zamyka spis literatury, w ktrym oprcz pozycji, do ktrych w treści pracy są

odwołania, znajdują się pozycje nie cytowane. Ma to na celu ułatwienie ewentualnemu

Czytelnikowi szybsze odnalezienie odpowiednich i interesujących pozycji literaturowych.

A. Kwiecień

Spis treści

1 . Wstęp .................................................................................................................................. 10

1.1. Cel pracy ..................................................................................................................... 15

2. Sieciowe, przemysłowe systemy rozproszone czasu rzeczywistego Î cechy i wymagania 16

2.1. Problemy projektowania rozproszonych systemw czasu rzeczywistego .................. 19

2.2. Przemysłowe rozproszone systemy czasu rzeczywistego ........................................... 20

2.3. Węzeł systemu............................................................................................................ 22

2.4. Protokł komunikacyjny ............................................................................................. 23

2.5. Stacja operatorska ....................................................................................................... 24

2.6. Podsumowanie ............................................................................................................ 25

3. Rozproszony system sterowania......................................................................................... 27

3.1. Sterownik swobodnie programowalny jako podstawowy element układu sterowania35

3.2. Koprocesor sieci .......................................................................................................... 37

3.3. Protokoły dostępu do łącza stosowane w sieciach przemysłowych............................ 41

4. Sieci o dostępie typu TOKEN ÎBUS.................................................................................. 42

4.1. Opis wymiany informacji............................................................................................ 43

4.2. Powstawanie ádziurÑ w sieci....................................................................................... 44

4.3. Kontrola czasu nadawania........................................................................................... 47

4.4. Cykl sieci a cykl wymiany informacji ........................................................................ 49

4.5. Określenie czasu trwania cyklu sieci .......................................................................... 50

4.6. Maksymalny czas wymiany żetonu............................................................................. 50

4.7. Przypadek sieci z ádziuramiÑ ...................................................................................... 53

4.8. Maksymalny czas trwania cyklu sieci z transmisją danych użytkowych.................... 54

4.9. Buforowanie transmisji ............................................................................................... 61

4.10. Sprawność sieci i jej przepustowość użyteczna ..................................................... 62

4.11. Poprawa parametrw czasowych wymian.............................................................. 64

5. Sieci o dostępie MASTERÎSLAVE ................................................................................... 67

5.1. Przygotowanie scenariusza wymian i opis wymiany informacji ................................ 68

5.2. Powstawanie ádziurÑ w sieci....................................................................................... 72

5.3. Parametryzacja wymian .............................................................................................. 72

5.4. Zjawiska zachodzące na styku ákoprocesor Î jednostka centralnaÑ ........................... 75

5.5. Określenie czasu trwania cyklu sieci .......................................................................... 79

5.6. Sprawność sieci i jej przepustowość użyteczna .......................................................... 86

5.7. Poprawa parametrw czasowych wymian .................................................................. 88

6. Sieci o dostępie Producent Î Dystrybutor Î Konsument .................................................... 90

6.1. Model typu PRODUCENT Î DYSTRYBUTOR Î KONSUMENT........................... 90

6.2. Zasada działania sieci wykorzystującej protokł PDK ............................................... 91

6.3. Struktura zmiennych ................................................................................................... 96

6.4. Transakcja wymiany periodycznej.............................................................................. 98

6.5. Żądanie aperiodycznej transakcji zmiennej ................................................................ 99

6.6. Żądanie transmisji komunikatw .............................................................................. 100

6.7. Analiza parametrw czasowych związanych z protokołem sieci FIP....................... 102

6.8. Analiza czasowa pracy protokołu ............................................................................. 104

6.8.1. Analiza statyczna............................................................................................... 105

6.8.2. Analiza dynamiczna .......................................................................................... 107

Analiza przepływu informacji w komputerowych sieciach przemysłowych

6.9. Analiza bitowa transakcji .......................................................................................... 116

6.9.1. Bitowa reprezentacja ramek .............................................................................. 116

6.9.2. Transakcja periodyczna..................................................................................... 116

6.9.3. Transakcja aperiodyczna ................................................................................... 117

6.10. Podsumowanie analizy i kontrola realizowalności wymian................................. 118

6.11. Poprawa parametrw czasowych wymian w sieci typu FIP ................................ 121

6.12. Ocenawydajności i sprawności sieci FIP............................................................. 126

6.13. Podsumowanie...................................................................................................... 132

7. Poprawa parametrw pracy sieci przemysłowych z cyklicznymi transakcjami wymiany

informacji .............................................................................................................................. 133

7.1. Makrocykl wymiany informacji................................................................................ 134

7.2. Dobr parametrw makrocyklu ................................................................................ 139

7.3. Metody budowy i optymalizacji makrocykli ............................................................ 140

7.3.1. Metody algorytmiczne....................................................................................... 141

7.3.2. Metoda oparta na sztucznej inteligencji ............................................................ 145

7.4. Realizacja praktyczna algorytmw i wnioski............................................................ 149

8. Metoda klasyfikacji protokołw komunikacyjnych w sieciach przemysłowych ............. 150

8.1. Klasyfikacja sieci ...................................................................................................... 156

8.2. Kryteria doboru ......................................................................................................... 157

8.3. Dobr rozwiązania .................................................................................................... 158

8.4. Podsumowanie .......................................................................................................... 159

9. Metody integracji sieci przemysłowych najniższego poziomu ........................................ 160

9.1. Integracja sieci na poziomie I.................................................................................... 161

9.2. Integracja sieci na poziomie II .................................................................................. 164

9.3. Integracja sieci na poziomie III................................................................................. 166

9.4. Przykład integracji..................................................................................................... 166

9.5. Podsumowanie .......................................................................................................... 171

10. Zastosowanie protokołu TCP/IP w sieciach przemysłowych najniższego poziomu .... 173

10.1. Protokł TCP/IP w sieciach przemysłowych ....................................................... 174

10.2. Wpływ architektury systemu na parametry sieci przemysłowych najniższego

poziomu ............................................................................................................................ 176

10.3. Podsumowanie...................................................................................................... 183

11. Przegląd rozwiązań sieci przemysłowych..................................................................... 185

11.1. Sieć Modbus ......................................................................................................... 186

11.2. Sieć Genius/N-80.................................................................................................. 187

11.3. Sieć LonWorks ..................................................................................................... 187

11.4. Sieć CAN (Controller Area Network) .................................................................. 188

11.5. Sieć SDS (Smart Distributed System) .................................................................. 188

11.6. Sieć DeviceNet ..................................................................................................... 189

11.7. Sieć HART ........................................................................................................... 189

11.8. Sieć FIP/ WorldFIP .............................................................................................. 189

11.9. Sieć Profibus-PD .................................................................................................. 191

11.10. Sieć Intrerbus-S .................................................................................................... 191

11.11. Sieć Fieldbus Foundation H1, H2......................................................................... 191

11.12. Sieć Fieldbus Foundation HSE - High Speed Ethernet ........................................ 192

11.13. Sieć ControlNet .................................................................................................... 192

11.14. Sieć AS-I .............................................................................................................. 192

11.15. Sieć P-Net ............................................................................................................. 193

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: