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Seno, Lucia (2011) Real-time networks and protocols for industrial automation. [Tesi di dottorato]

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Documento PDF (tesi di dottorato)
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Abstract (inglese)

Nowadays, networks are fundamental elements for developing factory automation systems. In this thesis, we focus industrial communication networks (ICNs) employed at the device level, for the fast data exchange between controller and sensors/actuators, that are required to satisfy tight reliability and real-time requirements. In this context, the scenario is rapidly evolving. Indeed on the one hand, high performance and low costs are required to cope with more and more demanding requirements, while, on the other hand, real-time characteristics are needed in an increasing number of industrial automation applications. In the last years, two new types of ICNs have been introduced for device-level industrial communication. Besides fieldbuses, traditionally employed, both real-time Ethernet (RTE) networks, based on IEEE 802.3 standard, and wireless networks have become available.

In this thesis we focus on Ethernet Powerlink, a popular RTE network. Firstly, we refer to the Ethernet Powerlink specifications and provide a description of the network and, in particular, of the data link layer protocol real-time features. We propose a modification to the protocol that allow the network to better manage real-time acyclic traffic and provide results of a relevant both theoretical and a simulative analysis.
Subsequently we investigate possible wireless extensions of Ethernet Powerlink based on the IEEE 802.11 wlan and present results of both a theoretical and a simulative analysis relevant to two specific solutions. Finally we practically realize one of the two solutions and provide results of extensive measurements on the real system. We particularly focus on the comparison between theoretical, simulative and experimental results and on the influence of real components behavior on the overall performance of the system.

Abstract (italiano)

Le reti di comunicazione sono diventate un elemento fondamentale dei sistemi di automazione industriale. In questa tesi si considerano, in particolare le reti di comunicazione impiegate per la comunicazione di livello dispositivo, per il veloce scambio di dati tra contollori e sensori/attuatori, e alle quali è solitamente richiesto un elevato grado di affidabilità e determinismo. Lo scenario della comunicazione industriale si sta rapidamente evolvendo. Infatti da una parte prestazioni sempre più elevate e costi contenuti devono sempre più conciliarsi con la soddisfazione di aspettative crescenti in termini di real-time, dall'altra sempre più applicazioni di automazione industriale richiedono uno scambio di dati preciso e veloce.
Negli ultimi anni, in particolare, due nuovi tipi di reti di comunicazione industriale sono apparse sul mercato e si sono iniziate ad utilizzare nei sistemi di automazione. Oltra alle reti di comunicazione di campo, tradizionalmente utilizzate, reti real-time Ethernet, che si basano sullo standard 802.3, e reti wireless si sono cominciate ad diffondere negli ambienti industriali.

In questa tesi ci focalizziamo su Ethernet Powerlink, una diffusa rete real-time Ethernet. Inizialmente descriviamo la rete e in particolare le caratteristiche di real-time del protocollo di livello data-link da essa definito. Proponiamo, quindi una modifica al protocollo che consentirebbe alla rete di gestire in modo più efficiente il traffico real-time aciclico e presentiamo alcuni risultati, ottenuti sia analiticamente che per mezzo di simulazioni. In seguito, analizziamo possibili estensioni wireless di Ethernet Powerlink mediante la rete 802.11 e presentiamo risultati ottenuti per via teorica e simulativa relativi a due particolari soluzioni. Infine implementiamo praticamente una delle due soluzioni e presentiamo i risultati di una serie di misure effettuate sul sistema reale. In particolare, mettiamo in evidenza differenze tra l'analisi teorica, simulativa e sperimentale e l'influenza del comportamento di componenti reali sulle prestazioni fornite dal sistema nel suo complesso.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Vitturi, Stefano
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 23 > Scuole per il 23simo ciclo > INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE > SCIENZA E TECNOLOGIA DELL'INFORMAZIONE
Data di deposito della tesi:NON SPECIFICATO
Anno di Pubblicazione:28 Gennaio 2011
Parole chiave (italiano / inglese):Industrial communication networks, real-time Ethernet networks, wireless networks, industrial automation
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-INF/04 Automatica
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione
Codice ID:3700
Depositato il:21 Lug 2011 12:55
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