ZUT - Krajowe Ramy Kwalifikacji / Rok 2012/2013 / Wydział Elektryczny / Automatyka i robotyka (N2) / Systemy sterowania procesami przemysłowymi / Sylabus przedmiotu - Przemysłowe sieci komunikacyjne czasu rzeczywistego

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (N2)
specjalność: Systemy sterowania procesami przemysłowymi

Sylabus przedmiotu Przemysłowe sieci komunikacyjne czasu rzeczywistego:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów	Automatyka i robotyka
Forma studiów	studia niestacjonarne	Poziom	drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta	magister
Obszary studiów	nauk technicznych
Profil	ogólnoakademicki
Moduł	—
Przedmiot	Przemysłowe sieci komunikacyjne czasu rzeczywistego
Specjalność	Systemy sterowania procesami przemysłowymi
Jednostka prowadząca	Katedra Automatyki Przemysłowej i Robotyki
Nauczyciel odpowiedzialny	Krzysztof Pietrusewicz <Krzysztof.Pietrusewicz@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele
ECTS (planowane)	2,0	ECTS (formy)	2,0
Forma zaliczenia	zaliczenie	Język	polski
Blok obieralny	—	Grupa obieralna	—

Formy dydaktyczne

Forma dydaktyczna	KOD	Semestr	Godziny	ECTS	Waga	Zaliczenie
laboratoria	L	3	10	0,5	0,25	zaliczenie
projekty	P	3	5	0,5	0,33	zaliczenie
wykłady	W	3	10	1,0	0,42	zaliczenie

Wymagania wstępne

KOD	Wymaganie wstępne
W-1	Wiedza z: matematyki, informatyki, podstaw automatyki, techniki mikroprocesorowej, cyfrowego przetwarzania sygnałów, komunikacji w przemysłowych systemach sterowania.
W-2	Wiedza z matematyki, informatyki, podstaw automatyki, techniki mikroprocesorowej, cyfrowego przetwarzania sygnałów, narzędzi symulacji komputerowej układów dynamicznych.

Cele przedmiotu

KOD	Cel modułu/przedmiotu
C-1	Nauczenie studentów i zaznajomienie z zagadnieniami związanymi z praktyczną implementacją w przemysłowych systemach sterowania protokołów komunikacyjnych, wykorzystujących technologię przemysłowego Ethernetu w reżymie czasu rzeczywistego.
C-2	Nauczenie studentów i zaznajomienie z graficznym sposobem projektowania układów sterowania w środowisku LabVIEW. Celem uzupełniającym jest przygotowanie w zakresie merytorycznym studentów do certyfikatu CLAD (National Instruments)

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KOD	Treść programowa	Godziny
laboratoria
T-L-1	Architektura rozproszonego układu sterowania z wykorzystaniem protokołu Ethernet Powerlink (rozproszone stacje wejść/wyjść procesowych). Cykliczna komunikacja Ethernet Powerlink z procesorem serwonapędu silnika PMSM	2
T-L-2	iCN (Intelligent Controlled Node) w sieciach Ethernet Powerlink.	1
T-L-3	Konfiguracja systemu kontrolno-pomiarowego opartego o platformę cRIO w środowisku Measurement and Automation Explorer (National Instruments). Elementy VI (wirtualnego instrumentu) – opracowanego w środowisku inżynierskim LabVIEW. Przygotowanie pierwszego programu. Metody wyszukiwania i naprawiania błędów w plikach VI	1
T-L-4	Elementy sterujące przepływem obliczeń – pętle, warunki, maszyna stanów. Typy danych, metody grupowania danych w oprogramowaniu LabVIEW	2
T-L-5	Zapis/odczyt do/z pliku danych, funkcje wysokiego i niskiego poziomu w obsłudze plików. Obsługa urządzeń peryferyjnych, interfejsów komunikacji szeregowej. Tworzenie aplikacji modułowych i podprogramów. Techniki projektowe w LabVIEW. Korzystanie ze zmiennych globalnych oraz zasobów współdzielonych w projektach LabVIEW	2
T-L-6	Podstawy konfiguracji aplikacji pomiarowej z zastosowaniem platformy cRIO oraz oprogramowania LabVIEW. Zagadnienia dynamicznej akwizycji danych pomiarowych w czasie rzeczywistym (Scan engine; FPGA mode). Zagadnienia sprzętowego przetwarzania sygnałów szybkozmiennych	2
		10
projekty
T-P-1	Opracowanie projektu stanowiska diagnostycznego sieci przemysłowej Ethernet Powerlink z użyciem modułu sprzętowego analizatora sieci oraz optymalizacja parametrów komunikacji isochronicznej oraz asynchronicznej pod kątem ilości oraz typu przesyłanych danych.	5
		5
wykłady
T-W-1	Wprowadzenie. Zastosowanie układów FPGA w przemyśle (aplikacje przetwarzania sygnałów, wspomaganie sprzętowe obliczeń numerycznych, przetwarzanie obrazu w systemach wizyjnych maszyn).	1
T-W-2	Przemysłowe sieci komunikacyjne spełniające wymaganie czasu rzeczywistego – przegląd rozwiązań.	1
T-W-3	CAN in Automation. Omówienie standardu, dokumentacji, specyfikacji. Struktura warstwowa sieci Ethernet Powerlink.	2
T-W-4	Implementacja stacji podrzędnej sieci Ethernet Powerlink z zastosowaniem układów FPGA. Procesor komunikacyjny a procesor aplikacyjny – możliwe rozwiązania.	3
T-W-5	Analiza komunikacji w sieciach Ethernet Powerlink – narzędzia sprzętowe i programowe.	3
		10

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KOD	Forma aktywności	Godziny
laboratoria
A-L-1	Studia literaturowe	5
A-L-2	Udział w zajęciach	10
		15
projekty
A-P-1	Realizacja projektu	10
A-P-2	Opracowanie raportu	5
		15
wykłady
A-W-1	Zapoznanie z materiałami dostępnymi w Internecie	15
A-W-2	Udział w zajęciach	10
A-W-3	Studia literaturowe	5
		30

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KOD	Metoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1	Wykład informacyjny
M-2	Wykład problemowy
M-3	Metoda przypadków
M-4	Pokaz
M-5	Ćwiczenia laboratoryjne
M-6	Metoda projektów

Sposoby oceny

KOD	Sposób oceny
S-1	Ocena formująca: Ocena wystawiana w trakcie zajęć laboratoryjnych na podstawie pisemnych prac zaliczeniowych oraz aktywności podczas zajęć.
S-2	Ocena formująca: Ocena wystawiana na podstawie pisemnego raportu z realizacji projektu.
S-3	Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na podstawie pisemnego zaliczenia końcowego.

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształcenia	Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	Cel przedmiotu	Treści programowe	Metody nauczania	Sposób oceny
AR_2A_C14_W01 Ma poszerzoną i ugruntowaną wiedzę z zakresu programowalnych urządzeń automatyki oraz metod projektowania układów sterowania złożonymi procesami technologicznymi, wykorzystującymi te urządzenia, zna trendy rozwojowe z nimi związane, zna zaawansowane przyrządy i systemy kontrolno-pomiarowe, komunikujące się w deterministycznych sieciach o wysokiej przepustowości, w tym również systemy wizyjne, stosowane w przemyśle.	AR_2A_W05, AR_2A_W08	T2A_W02, T2A_W03, T2A_W05, T2A_W07	C-1	T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4, T-W-5	M-1, M-2, M-3, M-4	S-3

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształcenia	Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	Cel przedmiotu	Treści programowe	Metody nauczania	Sposób oceny
AR_2A_C14_U01 Potrafi wybrać, skonfigurować i uruchomić system sterowania złożonym procesem technologicznym wykorzystujący programowalne urządzenia automatyki z interfejsem komunikacyjnym bazującym na Ethernecie przemysłowym czasu rzeczywistego, umie ocenić przydatność w aplikacji najnowszych rozwiązań w tej dziedzinie.	AR_2A_U05	T2A_U15, T2A_U16, T2A_U17, T2A_U18, T2A_U19	C-1	T-L-1, T-P-1, T-L-2	M-5, M-6	S-1, S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształcenia	Ocena	Kryterium oceny
AR_2A_C14_W01 Ma poszerzoną i ugruntowaną wiedzę z zakresu programowalnych urządzeń automatyki oraz metod projektowania układów sterowania złożonymi procesami technologicznymi, wykorzystującymi te urządzenia, zna trendy rozwojowe z nimi związane, zna zaawansowane przyrządy i systemy kontrolno-pomiarowe, komunikujące się w deterministycznych sieciach o wysokiej przepustowości, w tym również systemy wizyjne, stosowane w przemyśle.	2,0
	3,0	Ma ugruntowaną wiedzę z zakresu programowalnych urządzeń automatyki oraz metod projektowania układów sterowania złożonymi procesami technologicznymi, wykorzystującymi te urządzenia, zna trendy rozwojowe z nimi związane, zna zaawansowane przyrządy i systemy kontrolno-pomiarowe, komunikujące się w deterministycznych sieciach o wysokiej przepustowości, w tym również systemy wizyjne, stosowane w przemyśle.
	3,5
	4,0
	4,5
	5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształcenia	Ocena	Kryterium oceny
AR_2A_C14_U01 Potrafi wybrać, skonfigurować i uruchomić system sterowania złożonym procesem technologicznym wykorzystujący programowalne urządzenia automatyki z interfejsem komunikacyjnym bazującym na Ethernecie przemysłowym czasu rzeczywistego, umie ocenić przydatność w aplikacji najnowszych rozwiązań w tej dziedzinie.	2,0
	3,0	Potrafi wybrać, skonfigurować i uruchomić system sterowania złożonym procesem technologicznym, wykorzystujący programowalne urządzenia automatyki z interfejsem komunikacyjnym w standardzie Ethernet przemysłowy. Umie ocenić przydatność w aplikacji współczesnych rozwiązań w tej dziedzinie.
	3,5
	4,0
	4,5
	5,0

Literatura podstawowa

Materiały szkoleniowe kursu "Ethernet Powerlink Slave Implementation", 2012
Pietrusewicz K., Dworak P., Programowalne sterowniki automatyki PAC, NAKOM, Poznań, 2009, 1
Strony internetowe poświęcone protokołowi Ethernet Powerlink, 2012, http://www.ethernet-powerlink.org/
Strony internetowe poświęcone protokołowi Ethernet Powerlink, 2012, http://www.ethernet-powerlink.org/
Strony internetowe poświęcone protokołowi EtherCAT, 2012, http://www.ethercat.org/
Tłaczała W., Środowisko LabVIEW w eksperymencie wspomaganym komputerowo, WNT, Warszawa, 2002
Pietrusewicz K., Dworak P., Programowalne sterowniki automatyki PAC, NAKOM, Poznań, 2007, I
Strony internetowe poświęcone protokołowi EtherCAT, 2012, http://www.ethercat.org/
De Asmundis R., Modelling, Programming and Simulations using LabVIEW Software, InTech, 2011, http://www.intechopen.com/books/modeling-programming-and-simulations-using-labview-software
Pietrusewicz K., Dworak P., Programowalne sterowniki automatyki PAC, NAKOM, Poznań, 2007, I

Literatura dodatkowa

Bernecker & Rainer, Siemens, BEckhoff, Bosch Rexroth, Strony internetowe producentów systemów automatyki, 2011
Dokumentacja techniczna oprogramowania LMS.AmeSim, 2011

Treści programowe - laboratoria

KOD	Treść programowa	Godziny
T-L-1	Architektura rozproszonego układu sterowania z wykorzystaniem protokołu Ethernet Powerlink (rozproszone stacje wejść/wyjść procesowych). Cykliczna komunikacja Ethernet Powerlink z procesorem serwonapędu silnika PMSM	2
T-L-2	iCN (Intelligent Controlled Node) w sieciach Ethernet Powerlink.	1
T-L-3	Konfiguracja systemu kontrolno-pomiarowego opartego o platformę cRIO w środowisku Measurement and Automation Explorer (National Instruments). Elementy VI (wirtualnego instrumentu) – opracowanego w środowisku inżynierskim LabVIEW. Przygotowanie pierwszego programu. Metody wyszukiwania i naprawiania błędów w plikach VI	1
T-L-4	Elementy sterujące przepływem obliczeń – pętle, warunki, maszyna stanów. Typy danych, metody grupowania danych w oprogramowaniu LabVIEW	2
T-L-5	Zapis/odczyt do/z pliku danych, funkcje wysokiego i niskiego poziomu w obsłudze plików. Obsługa urządzeń peryferyjnych, interfejsów komunikacji szeregowej. Tworzenie aplikacji modułowych i podprogramów. Techniki projektowe w LabVIEW. Korzystanie ze zmiennych globalnych oraz zasobów współdzielonych w projektach LabVIEW	2
T-L-6	Podstawy konfiguracji aplikacji pomiarowej z zastosowaniem platformy cRIO oraz oprogramowania LabVIEW. Zagadnienia dynamicznej akwizycji danych pomiarowych w czasie rzeczywistym (Scan engine; FPGA mode). Zagadnienia sprzętowego przetwarzania sygnałów szybkozmiennych	2
		10

Treści programowe - projekty

KOD	Treść programowa	Godziny
T-P-1	Opracowanie projektu stanowiska diagnostycznego sieci przemysłowej Ethernet Powerlink z użyciem modułu sprzętowego analizatora sieci oraz optymalizacja parametrów komunikacji isochronicznej oraz asynchronicznej pod kątem ilości oraz typu przesyłanych danych.	5
		5

Treści programowe - wykłady

KOD	Treść programowa	Godziny
T-W-1	Wprowadzenie. Zastosowanie układów FPGA w przemyśle (aplikacje przetwarzania sygnałów, wspomaganie sprzętowe obliczeń numerycznych, przetwarzanie obrazu w systemach wizyjnych maszyn).	1
T-W-2	Przemysłowe sieci komunikacyjne spełniające wymaganie czasu rzeczywistego – przegląd rozwiązań.	1
T-W-3	CAN in Automation. Omówienie standardu, dokumentacji, specyfikacji. Struktura warstwowa sieci Ethernet Powerlink.	2
T-W-4	Implementacja stacji podrzędnej sieci Ethernet Powerlink z zastosowaniem układów FPGA. Procesor komunikacyjny a procesor aplikacyjny – możliwe rozwiązania.	3
T-W-5	Analiza komunikacji w sieciach Ethernet Powerlink – narzędzia sprzętowe i programowe.	3
		10

Formy aktywności - laboratoria

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-L-1	Studia literaturowe	5
A-L-2	Udział w zajęciach	10
		15

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - projekty

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-P-1	Realizacja projektu	10
A-P-2	Opracowanie raportu	5
		15

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KOD	Forma aktywności	Godziny
A-W-1	Zapoznanie z materiałami dostępnymi w Internecie	15
A-W-2	Udział w zajęciach	10
A-W-3	Studia literaturowe	5
		30

(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty kształcenia	AR_2A_C14_W01	Ma poszerzoną i ugruntowaną wiedzę z zakresu programowalnych urządzeń automatyki oraz metod projektowania układów sterowania złożonymi procesami technologicznymi, wykorzystującymi te urządzenia, zna trendy rozwojowe z nimi związane, zna zaawansowane przyrządy i systemy kontrolno-pomiarowe, komunikujące się w deterministycznych sieciach o wysokiej przepustowości, w tym również systemy wizyjne, stosowane w przemyśle.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_2A_W05	Ma poszerzoną i ugruntowaną wiedzę z zakresu programowalnych urządzeń automatyki oraz metod projektowania układów sterowania złożonymi procesami technologicznymi wykorzystującymi te urządzenia, oraz zna ich trendy rozwojowe.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_2A_W08	Zna zaawansowane przyrządy i systemy pomiarowe, w tym systemy wizyjne.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	T2A_W02	ma szczegółową wiedzę w zakresie kierunków studiów powiązanych ze studiowanym kierunkiem studiów
	T2A_W03	ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
	T2A_W05	ma wiedzę o trendach rozwojowych i najistotniejszych nowych osiągnięciach z zakresu dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów i pokrewnych dyscyplin naukowych
	T2A_W07	zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu złożonych zadań inżynierskich z zakresu studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotu	C-1	Nauczenie studentów i zaznajomienie z zagadnieniami związanymi z praktyczną implementacją w przemysłowych systemach sterowania protokołów komunikacyjnych, wykorzystujących technologię przemysłowego Ethernetu w reżymie czasu rzeczywistego.
Treści programowe	T-W-1	Wprowadzenie. Zastosowanie układów FPGA w przemyśle (aplikacje przetwarzania sygnałów, wspomaganie sprzętowe obliczeń numerycznych, przetwarzanie obrazu w systemach wizyjnych maszyn).
	T-W-2	Przemysłowe sieci komunikacyjne spełniające wymaganie czasu rzeczywistego – przegląd rozwiązań.
	T-W-3	CAN in Automation. Omówienie standardu, dokumentacji, specyfikacji. Struktura warstwowa sieci Ethernet Powerlink.
	T-W-4	Implementacja stacji podrzędnej sieci Ethernet Powerlink z zastosowaniem układów FPGA. Procesor komunikacyjny a procesor aplikacyjny – możliwe rozwiązania.
	T-W-5	Analiza komunikacji w sieciach Ethernet Powerlink – narzędzia sprzętowe i programowe.
Metody nauczania	M-1	Wykład informacyjny
	M-2	Wykład problemowy
	M-3	Metoda przypadków
	M-4	Pokaz
Sposób oceny	S-3	Ocena podsumowująca: Ocena wystawiana na podstawie pisemnego zaliczenia końcowego.
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0
	3,0	Ma ugruntowaną wiedzę z zakresu programowalnych urządzeń automatyki oraz metod projektowania układów sterowania złożonymi procesami technologicznymi, wykorzystującymi te urządzenia, zna trendy rozwojowe z nimi związane, zna zaawansowane przyrządy i systemy kontrolno-pomiarowe, komunikujące się w deterministycznych sieciach o wysokiej przepustowości, w tym również systemy wizyjne, stosowane w przemyśle.
	3,5
	4,0
	4,5
	5,0

Pole	KOD	Znaczenie kodu
Zamierzone efekty kształcenia	AR_2A_C14_U01	Potrafi wybrać, skonfigurować i uruchomić system sterowania złożonym procesem technologicznym wykorzystujący programowalne urządzenia automatyki z interfejsem komunikacyjnym bazującym na Ethernecie przemysłowym czasu rzeczywistego, umie ocenić przydatność w aplikacji najnowszych rozwiązań w tej dziedzinie.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiów	AR_2A_U05	Potrafi wybrać, skonfigurować i uruchomić system sterowania złożonym procesem technologicznym wykorzystujący programowalne urządzenia automatyki, umie ocenić przydatność nowych rozwiązań w tej dziedzinie.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształcenia	T2A_U15	potrafi dokonać krytycznej analizy sposobu funkcjonowania i ocenić - zwłaszcza w powiązaniu ze studiowanym kierunkiem studiów - istniejące rozwiązania techniczne, w szczególności urządzenia, obiekty, systemy, procesy, usługi
	T2A_U16	potrafi zaproponować ulepszenia (usprawnienia) istniejących rozwiązań technicznych
	T2A_U17	potrafi dokonać identyfikacji i sformułować specyfikację złożonych zadań inżynierskich, charakterystycznych dla studiowanego kierunku studiów, w tym zadań nietypowych, uwzględniając ich aspekty pozatechniczne
	T2A_U18	potrafi ocenić przydatność metod i narzędzi służących do rozwiązania zadania inżynierskiego, charakterystycznego dla studiowanego kierunku studiów, w tym dostrzec ograniczenia tych metod i narzędzi; potrafi - stosując także koncepcyjnie nowe metody - rozwiązywać złożone zadania inżynierskie, charakterystyczne dla studiowanego kierunku studiów, w tym zadania nietypowe oraz zadania zawierające komponent badawczy
	T2A_U19	potrafi - zgodnie z zadaną specyfikacją, uwzględniającą aspekty pozatechniczne - zaprojektować złożone urządzenie, obiekt, system lub proces, związane z zakresem studiowanego kierunku studiów, oraz zrealizować ten projekt - co najmniej w części - używając właściwych metod, technik i narzędzi, w tym przystosowując do tego celu istniejące lub opracowując nowe narzędzia
Cel przedmiotu	C-1	Nauczenie studentów i zaznajomienie z zagadnieniami związanymi z praktyczną implementacją w przemysłowych systemach sterowania protokołów komunikacyjnych, wykorzystujących technologię przemysłowego Ethernetu w reżymie czasu rzeczywistego.
Treści programowe	T-L-1	Architektura rozproszonego układu sterowania z wykorzystaniem protokołu Ethernet Powerlink (rozproszone stacje wejść/wyjść procesowych). Cykliczna komunikacja Ethernet Powerlink z procesorem serwonapędu silnika PMSM
	T-P-1	Opracowanie projektu stanowiska diagnostycznego sieci przemysłowej Ethernet Powerlink z użyciem modułu sprzętowego analizatora sieci oraz optymalizacja parametrów komunikacji isochronicznej oraz asynchronicznej pod kątem ilości oraz typu przesyłanych danych.
	T-L-2	iCN (Intelligent Controlled Node) w sieciach Ethernet Powerlink.
Metody nauczania	M-5	Ćwiczenia laboratoryjne
Metody nauczania	M-6	Metoda projektów
Sposób oceny	S-1	Ocena formująca: Ocena wystawiana w trakcie zajęć laboratoryjnych na podstawie pisemnych prac zaliczeniowych oraz aktywności podczas zajęć.
Sposób oceny	S-2	Ocena formująca: Ocena wystawiana na podstawie pisemnego raportu z realizacji projektu.
Kryteria oceny	Ocena	Kryterium oceny
	2,0
	3,0	Potrafi wybrać, skonfigurować i uruchomić system sterowania złożonym procesem technologicznym, wykorzystujący programowalne urządzenia automatyki z interfejsem komunikacyjnym w standardzie Ethernet przemysłowy. Umie ocenić przydatność w aplikacji współczesnych rozwiązań w tej dziedzinie.
	3,5
	4,0
	4,5
	5,0