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 : پایان نامه ارشد مهندسی برق


در حال بارگذاری
مقطع پایان نامه
کارشناسی ارشد
نوع فایل
doc
حجم فایل
4.2Mb
تعداد صفحات
140
دسته بندی
توضیحات تکمیلی
همراه با فهرست و منابع
۴۵,۰۰۰ تومان

پایان نامه ای که به شما همراهان عزیز مسترداک معرفی میگردد از سری پایان نامه های رشته برق 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  در 140 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

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

پیشرفت فن آوری‌های مرتبط با شبکه‌های ارتباطی در ده‌های اخیر و گسترش آن‌ها در لایه‌های بالایی صنعت نظیر لایه‌های مانیتورینگ و مدیریتی ایجاب نموده تا روش‌هایی برای بکارگیری 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 بکارگیری 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 استفاده 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.

مقدمه 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

هنگامی که در دهه شصت تکنولوژی‌های اتوماسیون دیجیتال در دسترس قرار گرفت، از آن‌ها 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 دستگاههای 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 فرآیند 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 فرآیند 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 شبکه اترنت در کاربرد‌های اداری نیز آنقدر معروف و مرسوم شده که بسیاری از کاربران غیر متخصص نیز با تجهیزات آن مانند هاب، سوئیچ، کابل وآشنا هستند. در هر صورت در کاربرد HMI اگر چه ممکن است در مواردی و بدلایلی ارتباط فوق را بصورت‌های دیگر و توسط شبکه‌های صنعتی دیگر نیز بتوان مشاهده کرد، ولی در سیستم‌های مدرن امروزه کمتر اتفاق می‌افتد که در سطحHMI  شبکه ای به جز اترنت صنعتی بکار گرفته شود.

فهرست 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

1-  مقدمه 2

1-1-     کلیات.. 2

1-2- جایگاه اترنت در هرم اتوماسیون.

1-3- جایگاه فیلدباس در هرم اتوماسیون. 7

2-  معرفی شبکه‌های صنعتی. 11

2-1مقدمه 11

2-2- معرفی 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 حقیقی. 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 پروفیباس.. 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- لایه فیزیکی. 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 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- لایه شبکه در اترنت.. 39

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

2-5-4-1-1- آدرس IP-v4. 40

2-5-4-1-2- آدرس IP-v6. 40

2-5-5- لایه انتقال در اترنت.. 41

2-6- تکنولوژی ارتباطات در پروفیباس.. 43

2-6-1- لایه فیزیکی. 44

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 استفاده از ریپیتر 50

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

2-6-3- لایه پیوند 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- پروفیباس FMS. 56

2-6-5- پروفیباس 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- ارتباطاتSend / Receive   در شبکه اترنت..68

3-4-2- کارکردهای 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 اتوماسیون[2] 4

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 ‏2‑1روند 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 ‏2‑8: لایه شبکه. 39

شکل ‏2‑9: لایه انتقال. 42

شکل ‏2‑10: کابل مسی شیلددار. 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 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 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: 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 ‏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 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 ‏4‑10: فریم IEEE [5] 92

شکل ‏4‑11: فریم پروفینت [66] 92

شکل ‏4‑12: Network Utilization. 93

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

شکل ‏4‑14: تصادم در هاب 94

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  وCPU2 با اترنت در حالت زمان حقیقی.. 97

شکل ‏4‑20: نمودار زمان مبادله اطلاعات بین CPU2و 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 ‏5‑3: 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: 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

پایان نامه 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 با فرمت ورد (doc) به تعداد 140 صفحه تایپ شده است  که  کاملا قابلیت ویرایش دارد و اگر درون یک فایل فایل فشرده (zip) است باید توسط برنامه هایی از قبیل winrar  آن را از حالت فشرده(extract)خارج سازید و توسط برنامه ی MICROSOFT WORD فایل را باز کنید.

  راهنمای خرید:
  • لینک دانلود فایل بلافاصله بعد از پرداخت وجه به نمایش در خواهد آمد.
  • همچنین لینک دانلود به ایمیل شما ارسال خواهد شد به همین دلیل ایمیل خود را به دقت وارد نمایید.
  • بهتر است ابتدا در سایت ثبت نام کنید و بعد اقدام به خرید فایل مورد نظر کنید.
  • ممکن است ایمیل ارسالی به پوشه اسپم یا Bulk ایمیل شما ارسال شده باشد.
  • در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.