دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش کنترل
با عنوان :تحلیل زمانی مخابره سیگنال‌های کنترلی از طریق پیوندهای چند مرحله ای بر روی شبکه‌های صنعتی به منظور پیادهسازی حلقه‌های کنترل گسترده با انعطاف پذیری بالا
تحلیل زمانی مخابره سیگنال‌های کنترلی از طریق پیوندهای چند مرحله ای بر روی شبکه‌های صنعتی به منظور پیادهسازی حلقه‌های کنترل گسترده با انعطاف پذیری بالا
استاد راهنما
دکتر بابک توسلی
استاد مشاور
دکتر سیدعلی اکبر صفوی
شهریورماه 93
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
تحلیل زمانی مخابره سیگنال‌های کنترلی از طریق پیوندهای چند مرحله ای بر روی شبکه‌های صنعتی به منظور پیادهسازی حلقه‌های کنترل گسترده با انعطاف پذیری بالا
به کوشش
زینت صنیعی نیا
پیشرفت فن آوری‌های مرتبط با شبکه‌های ارتباطی در ده‌های اخیر و گسترش آن ها در لایه‌های بالایی صنعت نظیر لایه‌های مانیتورینگ و مدیریتی ایجاب نموده تا روش‌هایی برای به کارگیری این شبکه‌ها در سطوح پایین یعنی شبکه نمودن دستگاه‌ها و سنسورها ابداع و به کار گرفته شوند که هر یک نسبت به روش‌های سنتی دارای مزایا و معایبی می‌باشند.
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 ولی غیر زمان حقیقی مانند اترنت را در پروسه‌های نیازمند داده زمان حقیقی استفاده نماییم و در انتها با ترکیب شبکه‌های سطح بالا (اترنت) با شبکه‌های سطح پایین‌تر (مانند پروفیباس) به بررسی تحلیل زمانی مخابره سیگنال‌های کنترلی از طریق پیوندهای چند مرحله ای می‌پردازیم.
با توجه به به کارگیری گسترده شبکه پروفیباس و شبکه اترنت صنعتی، در این رساله به طور خاص بر استفاده همزمان از این دو نوع شبکه برای تبادل سیگنال‌های کنترلی متمرکز خواهیم شد و رفتار تأخیر متغیر با زمان، خطا در ارسال و سایر موارد را در مخابره سیگنالها از طریق هر دو شبکه و تأثیری که می‍توانند بر عملکرد سیستم کنترل داشته باشند را مورد مطالعه قرار خواهیم داد با این هدف که با بهره گرفتن از نتایج تحلیل بتوان به طور مشخص برآورده شدن قیود زمان حقیقی را به ازای هر سیستم کنترل تعیین نمود. همچنین به دنبال آن خواهیم بود که راهکارهائی را برای کمک به برآورده شدن این قیود ارائه نمائیم.
فهرست مطالب
1-2- جایگاه اترنت در هرم اتوماسیون. 3
1-3- جایگاه فیلدباس در هرم اتوماسیون. 7
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 حقیقی. 17
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
2-3-1- 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
2-5-1-5- 100 BASE یا Fast Ethernet. 30
2-5-1-6- 1000 BASE یا اترنت گیگابیت. 31
2-5-2- مقایسه کلی شبکه های اترنت مبتنی بر IEEE 802.3. 32
2-5-3- لایه پیوند داده ای در اترنت. 32
2-5-3-1- فریم بندی داده در اترنت…………………… 33
2-5-3-2- روش دسترسی به باس در اترنت. 36
2-5-4-1- IP Address در لایه Network.. 40
2-5-5- لایه انتقال در اترنت. 41
2-6- تکنولوژی ارتباطات در پروفیباس. 43
2-6-6-1- انتقال با کابل مسی. 44
2-6-1-2- انتقال با فیبر نوری. 48
2-6-2- توپولوژی‌های شبکه پروفیباس. 50
2-6-2-1- توپولوژی باس با بهره گرفتن از ریپیتر. 50
2-6-2-2- توپولوژی درختی با بهره گرفتن از ریپیتر. 51
2-6-3-1- فرمت انتقال دیتا و امنیت آن. 53
2-6-3-2- نحوه دسترسی به باس. 54
3- تبادل داده بین PLC ها با بهره گرفتن از شبکه‌های صنعتی 62
3-2-5- نگهداری و به روز رسانی. 66
3-3- تکنیک‌های دسترسی به شبکه. 67
3-4- شبکه کردن PLC ها با بهره گرفتن از اترنت. 67
3-4-1- ارتباطات Send / Receive در شبکه اترنت. 68
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 بهره گرفتن 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
3-5-3- برنامه نویسی تبادل دیتا در پروفیباس. 77
4- تحلیل تئوری و عملی شبکه‌های صنعتی. 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
4-5-2- حالت دوم LAN-DP-DP. 102
5- تاثیر شبکه‌های صنعتی بر روی حلقه کنترلی. 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
فهرست تصاویر
شکل 1‑2: سطوح شبکه‌های صنعتی [4] 5
شکل 1‑3: کاربرد اترنت در سطوح مختلف اتوماسیون [6] 6
شکل 1‑4: جایگاه پروفیباس در هرم اتوماسیون [2] 8
شکل 1‑5: معماری اصلی سیستم متشکل از لینک‌های اترنت و پروفیباس 9
شکل 1‑6: معماری شبیه سازی شده متشکل از لینک‌های اترنت و پروفیباس 9
شکل 2‑1: روند تحول اتوماسیون.. 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: ساختارهای ممکن برای اترنت زمان حقیقی [11] 19
شکل 2‑6: لایه فیزیکی.. 26
شکل 2‑7: تصادم دیتا در اترنت [30] 38
شکل 2‑10: کابل مسی شیلددار.. 44
شکل 2‑11: ساختار RS485 [32] 44
شکل 2‑14: کابل و کانکتور پروفیباس [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 بهره گرفتن از ریپیتر[39] 51
شکل 2‑18: موقعیت لایه‌های LLC و MAC در مدل OSI [2] 52
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: لایه های مورد استفاده در پروفیباس FMS [2] 57
شکل 2‑24: پروفیباس PA/DP [2] 58
شکل 2‑25: انتقال دیتا 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 پروفیباس.. 76
شکل 4‑1 : ساختار Bus Cycle. 82
شکل 4‑2: ساختار انتقال اطلاعات در پروفیباس.. 83
شکل 4‑4: فریم تغییر یافته پروفیباس [41] 85
شکل 4‑5: نمودار زمان مبادله اطلاعات بین یک Master و یک Slave. 87
شکل 4‑6: پراکندگی آماری زمان مبادله اطلاعات بین یک Master و یک Slave 87
شکل 4‑7: نمودار زمان بین دو ارسال متوالی اطلاعات یک Master و یک Slave. 88
شکل 4‑8: نمودار زمان مبادله اطلاعات بین یک Master و دو Slave. 90
شکل 4‑9: پراکندگی آماری زمان مبادله اطلاعات بین یک Master و دو Slave 90
شکل 4‑11: فریم پروفینت [66] 92
شکل 4‑12: Network Utilization. 93
شکل 4‑13: Network Utilization با دو کامپیوتر.. 93
شکل 4‑15: Connection Statistic [68] 94
شکل 4‑16: نمودار زمان مبادله اطلاعات بین دو CPU با اترنت.. 95
شکل 4‑17: پراکندگی آماری زمان مبادله اطلاعات بین دو CPU با اترنت 95
شکل 4‑18: پراکندگی آماری زمان مبادله اطلاعات بین دو CPU با یک CPU به صورت همزمان با اترنت.. 96
شکل 4‑19: نمودار زمان مبادله اطلاعات بین CPU1 و CPU2 با اترنت در حالت زمان حقیقی.. 97
شکل 4‑20: نمودار زمان مبادله اطلاعات بین CPU2 و CPU3 با اترنت در حالت زمان حقیقی.. 97
شکل 4‑21: نمودار زمان مبادله اطلاعات بین دو CPU با اترنت در حالت زمان حقیقی و با یک لینک معیوب. 98
شکل 4‑22: شبکه ترکیبی با نقطه شروع از CPU 1. 99
شکل 4‑23: نمودار زمانی مبادله اطلاعات در حالت DP-LAN-DP با شرایط بد.. 101
شکل 4‑24: نمودار زمانی مبادله اطلاعات در حالت DP-LAN-DP با شرایط خوب.. 101
شکل 4‑25: پراکندگی آماری 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 زمانی مبادله اطلاعات در حالت LAN-DP-DP با شرایط بد.. 103
شکل 4‑28: نمودار زمانی مبادله اطلاعات در حالت LAN-DP-DP با شرایط خوب.. 103
شکل 4‑29: پراکندگی آماری زمان مبادله اطلاعات در حالت LAN-DP-DP. 104
شکل 4‑30: نمودار زمان مبادله اطلاعات بین دو CPU با اترنت همراه با دو کامپیوتر.. 105
شکل 5‑1: مدل مورد بررسی.. 107
شکل 5‑2: بلوک دیاگرام مدل به همراه PID.. 108
شکل 5‑4: پارامترهای PID.. 109
شکل 5‑5: خروجی سیستم بدون 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: مقایسه اترنت معمولی و سریع…………………………………………… 24
جدول2-4: انواع اترنت گیگابیت…………………………………………………………….. 25
جدول2-5: مقایسه کلی شبکه‌های اترنت………………………………………………… 26
جدول2-6: مشخصات کابل پروفیباس………………………………………………………….. 40
جدول2-7: ماکزیمم طول سگمنت پروفیباس بر اساس سرعت انتقال دیتا………………………………………………………………………………………………………………………………….. 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
فصل اول
مقدمه
| 1 |
1- مقدمه
هنگامی که در دهه شصت تکنولوژی‌های اتوماسیون دیجیتال در دسترس قرار گرفت، از آن ها جهت بهبود و توسعه سیستمهای اتوماسیون صنعتی استفاده شد. مفاهیمی مانند صنایع خودکار[1] و سیستمهای کنترلی خودکار توزیعی[2]، در زمینه اتوماسیون صنعتی معرفی گردید و کاربرد شبکه‌های ارتباطی تقریبا رشد قابل توجهی نمود. با گسترش شبکه‌های ارتباطی در سیستمهای اتوماسیون صنعتی، جمع آوری اطلاعات و عملیات کنترلی در سطو ح پایین به این شبکه‌ها سپرده شد. این گسترش تا جایی پیشرفت نمود که امروزه در یک سیستم مدرن اتوماسیون، دستگاه‌های موجود در سطوح مختلف سیستم، از طریق این شبکه های ارتباطی به انتقال داده می‌پردازند. از این رو کوشش‌هایی جهت استاندارد سازی بین المللی در زمینه شبکه‌ها صورت گرفت که دستاورد مهم آن پروتکل اتوماسیون صنعتی MAP در راستای سازگاری سیستمهای ارتباطی بود. پروتکل MAP جهت غلبه بر مشکلات ارتباطی بین دستگاه های مختلف اتوماسیون گسترش پیدا کرد و به عنوان یک استاندارد صنعتی جهت ارتباطات داده ای در کارخانه‌ها پذیرفته شد. عملکرد و قابلیت اطمینان یک سیستم اتوماسیون صنعتی در حقیقت به شبکه ارتباطی آن بستگی دارد. در یک شبکه ارتباطی اتوماسیون صنعتی، بهبود عملکرد شبکه و قابلیت اطمینان آن و استاندارد بودن ارتباطات با توجه به اندازه سیستم و افزایش حجم اطلاعات تعیین می‍گردد [1].
امروزه یک کارخانه با اتوماسیون مدرن یا نسبتا مدرن، اتاق‌های فرمان و کنترل، از محل‌هایی هستند که نسبت به گذشته پیشرفت‌های بسیار جالب توجهی داشته اند. در چنین اتاق‌هایی از پانل‌های بزرگ قدیمی[3] که شکل فرایند روی آنها ترسیم شده بود و به چراغهای سیگنال زیادی مجهز بودند دیگر خبری نیست. همه چیز را بایستی در صفحات کامپیوتر یا اصطلاحاً HMI[4] جستجو کرد. اما افراد کاوشگر در پشت این صفحات به دنبال ارتباطات فیزیکی بین کامپیوتر و فرایند هستند و با مختصر جستجو به پانل‌هایی در همان نزدیکی برخورد می‌کنند که تجهیزات ارتباطی در آن نصب گردیده اند. و با نگاهی به تجهیزات ارتباطی سخت افزاری شبکه در یک نگاه متوجه می‌شوند که شبکه مورد استفاده همان شبکه معروف اترنت صنعتی[5] است [2].
امروزه شبكه اترنت در كاربرد‌های اداری نیز آنقدر معروف و مرسوم شده كه بسیاری از كاربران غیر متخصص نیز با تجهیزات آن مانند هاب، سوئیچ، كابل و … آشنا هستند. در هر صورت در كاربرد HMI اگر چه ممكن است در مواردی و بدلایلی ارتباط فوق را به صورت‌های دیگر و توسط شبكه‌های صنعتی دیگر نیز بتوان مشاهده كرد، ولی در سیستمهای مدرن امروزه كمتر اتفاق می‌افتد كه در سطحHMI شبكه ای به جز اترنت صنعتی بكار گرفته شود.
برای روشن شدن مبحث به جایگاه دو شبکه اترنت و پروفیباس در این هرم اتوماسیون می‌پردازیم:
ساختار یک سیستم اتوماسیون جامع، که دربرگیرنده تجهیزات مختلف کنترل و مانیتورینگ است، را به ساختاری هرمی شکل تشبیه می‌کنند. در این ساختار هر دسته از تجهیزات بسته به نوع و کاربرد جایگاه خاصی دارند. بر این اساس سطوح مختلفی را برای این هرم تعریف می‌کنند و در هر سطح تجهیزات مربوطه را همراه با شبکه‌های صنعتی قابل استفاده معرفی می‌نمایند. پایین ترین سطح حسگرها و عملگرها هستند. همانطور که از نامش پیداست سطحی است که در آن سنسورها و عملگرها قرار می‌گیرند. یکی از شبکه‌های صنعتی معروف که در این سطح استفاده می‌شود [6]ASI است. سطح بالاتر فیلد است. در این سطح تجهیزاتی مانند ورودی خروجی‌های ریموت و ثبات‌ها[7] و دیگر وسایل فیلد قرار می‌گیرند و شبکه مورد استفاده آنها
می تواند پروفیباس باشد. از سطح فیلد که بالاتر برویم به سطح کنترل می‌رسیم. در این سطح PLC[8]ها، سیستمهای [9]DCS و HMI ها قرار می‌گیرند، در برخی تقسیم بندی‌ها سطح کنترل را به دو سطح HMI و کنترل تقسیم بندی می‌کنند؛ و بالاخره بالاترین سطح مدیریت است که در آن سیستمهای اطلاعات مدیریت مانند سیستمهای تولید، نگهداری، تعمیرات، فروش و خرید قرار می‌گیرد. در برخی موارد اطلاعات موجود در سطح کنترل به صورت خام قابل استفاده برای سطح مدیریت نیستند و بایستی روی آنها پردازش صورت گیرد. از این رو سطح واسطی بین ایندو با عنوانMES[10] تعریف می‌شود. اما آنچه لازم است مورد توجه قرار گیرد آنست که در هرم فوق هرقدر از سطح پایین به سطح بالا نزدیک می‌شویم تمرکز اطلاعات بیشتر می‌شود. بنابراین برای جابجایی آنها، به شبکه‌هایی با سرعت بالاتر نیازمندیم [3].
[1] Computer Integrated Manufacturing
[2] Distributed computer Control System
[3] Mimic
[4] Human Machine Interface
[5] Industrial Ethernet
[6] Actuator Sensor Interface
[7] Recorder
[8] Process Logic Controller
[9] Distributed Control System
[10] Manufacturing Execution System
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
تعداد صفحه :136
قیمت : 14700 تومان
—-
پشتیبانی سایت : parsavahedi.t@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
*
14,700 تومانافزودن به سبد خرید