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ARCHITETTURA SOFTWARE
La struttura software di tipo gerarchico è anche detta stack in cui ogni livello, a cui corrispondono una o più funzionalità, è denominato layer. Ogni rete differisce per numero di layer e per le funzioni che ciascuno di questi esegue. Ogni layer fornisce dei servizi ai layer superiori nascondendo a questi i dettagli implementativi.
Il layer n di un host parla solo con il layer n di un altro host mediante una serie di regole dette protocollo.
Controllo di flusso: meccanismo per evitare che la rete venga congestionata da trasmissioni di dati da host veloci ad host lenti.
Architettura ISO-OSI (Open System Interconnection - International Standards Organization) 1983 Stack con 7 layer. Layer fisico: trasmette fisicamente i singoli bit sul canale. A questo livello si fissano le convenzioni fisiche della trasmissione.
Data link: nel trasmettitore divide il dato in frames; nel ricevitore spedisce gli ACK di ricezione dei frames; effettua il controllo del
flusso sulla rete;Specifiche:
Nella pratica le stringenti specifiche vengono spesso rilassate definendo una soglia di tollerabilità.
- Missed packet: pacchetti non arrivati in tempo.
- Lost packet: pacchetti persi (ad es. per evitare overflow dei buffer si scartano pacchetti verso task non ready).
- Delay: ritardo di comunicazione tipicamente aleatorio (jitter).
Fieldbus
Tipicamente la struttura con 7
comunicazione. Il modello OSI è troppo oneroso per applicazioni con bus di campo a causa di diversi motivi: - Overhead eccessivo, considerando anche che le dimensioni dei singoli messaggi sono tipicamente piccole. - Molti servizi dei livelli intermedi non sono necessari. - Grande attenzione ai metodi di accesso al mezzo trasmissivo (MAC) che impattano sulle caratteristiche temporali dei messaggi scambiati. Mentre il modello OSI è uno standard di riferimento per il progetto di reti di comunicazione di tipo office, il modello Fieldbus è uno standard per la progettazione di sistemi di comunicazione industriale real time a livello di campo. Questo significa che il Fieldbus non supporta la funzione di routing e i dati trasmessi sono semplici. Inoltre, il Fieldbus è predisposto all'interfaccia tra le risorse fisiche e il sistema di comunicazione nel livello di applicazione, alla gestione dell'accesso dei nodi al canale di comunicazione nel livello di data link e alla preparazione e spedizione dei dati sul canale di comunicazione nel livello fisico.comunicazione.PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
La base del controllo di procedure è il controllo logico/sequenziale.
Controllore logico: dispositivo che mette in relazione delle variabili (logiche) di ingresso con variabili di uscita mediante un insieme di algoritmi combinatori e/o sequenziali.
Logiche in ingresso: sensori che forniscono informazioni di tipo booleano. Segnali che assumono valori logici/booleani.
Alla variazione di questi segnali corrisponde un evento.
I sistemi possono essere di due tipi:
- Statici (combinatori): l'ingresso influenza direttamente l'uscita. Tutto quello che è successo prima nel sistema non ha effetti sull'uscita. Esempio: nastro trasportatore con fotocellula.
- Dinamici: l'uscita dipende anche dai valori passati degli ingressi. Il controllore dinamico ha la necessità di avere al suo interno una memoria in cui immagazzinare delle informazioni che riassumono quello che è successo precedentemente nel sistema (memoria
Uno dei principali strumenti utilizzati nell'automazione industriale è il PLC (Programmable Logic Controller). Il PLC è un dispositivo o sistema digitale programmabile che implementa algoritmi logici/sequenziali. Ogni algoritmo logico/sequenziale, noto anche come algoritmo di controllo, può essere descritto utilizzando una combinazione di porte logiche fondamentali (AND, OR, NOT) e elementi di ritardo per ottenere la sequenzialità. L'utilizzo degli elementi di ritardo permette di creare la memoria all'interno del sistema.
Il PLC è stato sviluppato per implementare questi tipi di algoritmi e segue lo standard IEC 61131 dell'International Electro-technical Committee (IEC), che è stato definito nel 1993 e aggiornato nel 2003. Questo standard definisce tutte le caratteristiche che un PLC deve avere dal punto di vista hardware e software.
Il PLC è in grado di implementare diverse funzioni, tra cui la logica combinatoria, i controlli sequenziali, le temporizzazioni e i conteggi per la gestione del tempo, e i calcoli aritmetici. Inoltre, può controllare sia ingressi che uscite digitali e analogiche.
vari tipi di macchine e processi industriali. (microcalcolatori dedicati all'automazione) Sistema a BUS. CPU: responsabile di tutti i calcoli (algoritmi di controllo); pesca i dati dalla memoria. Programming Unit: modulo al quale si collega (in Ethernet) il programmatore per programmare il PLC (generalmente è un Personal Computer). Moduli I/O dedicati. Modulo alimentazione: interfaccia tra il PLC e la sua rete di alimentazione. È dotato di intelligenza: salva lo stato del PLC nel momento in cui salta la corrente. Rack: componente fisico essenziale che contiene tutti i differenti moduli e ne permette l'interconnessione meccanica ed elettrica. Ospita fisicamente il bus a cui vanno agganciati i moduli. Architettura software Il Sistema Operativo (S.O.) del PLC è l'insieme di programmi residenti (in modo permanente) in memoria per permettere il funzionamento del sistema, supervisionandone l'evoluzione. La caratteristica è di essere un SO real time: sono ingrado di gestire in maniera temporalmente corretta gli algoritmi che girano all'interno di queste macchine.⟶Funzione principale del SO Supervisionare le attività nel complesso del PLC.− Funzionalità di diagnostica (monitoraggio del sistema e individuazione di malfunzionamenti).− ⟶Livello di alimentazione/batterie il PLC è progettato per gestire il fatto che l'alimentazione possa cadere. È dotato di batterie tampone che permettono di salvare l'stato del PLC (alimentazione permanente delle memorie non volatili).− Gestione delle emergenze (ad esempio power failure)− ⟶Watchdog timer sulle funzioni principali (tempo scansione) il PLC è un sistema timedriven ovvero lavora per periodi di tempo ben definiti. L'esecuzione del codice deve terminare entro l'intervallo prestabilito. Un controllore (watchdog) controlla che il tempo di scansione non venga violato.− ⟶Controlli di parità sulle memorie
check sui dati immagazzinati per evitare che ci siano dati corrotti. Il PLC lavora su copie di dati immagazzinati nelle memorie.
Eseguire i programmi utente.
Gestire i protocolli di comunicazione con i moduli inseriti.
Gestire l'interfaccia con l'utente.
S.O. si occupa della gestione delle modalità operative:
- Modalità di programmazione - Utilizzata per caricare in memoria il programma utente.
- Modalità di convalida e debug - Programma utente eseguito ma le uscite sono disabilitate.
- Modalità di esecuzione (real time) - Modalità di produzione; ingressi/uscite aggiornate, programma utente eseguito; approccio real time di tipo time driven; modalità ciclica (ciclo real time) detta a copia massiva di ingressi e uscite.
FASE 1: il SO legge tutte le porte di ingresso. Le letture vengono trasformate tutte in informazioni digitali, copiate tutte (copia massiva) in memoria. Finito questo intervallo di tempo, la CPU può accedere
A una fotografia dello stato dell'impianto immagazzinata in memoria.
FASE 2: esecuzione dell'algoritmo. In base al valore delle informazioni in memoria calcola le uscite. Informazioni di natura digitale. Le uscite stanno su locazioni di memoria che sono associate alle porte di uscita.
Tutte le azioni devono accadere all'interno di un certo periodo di scansione.
Gli intervalli 1 e 3 sono legati a operazioni standard, in base al numero di moduli. Bisogna agire sulla fase 2.
Se gli ingressi variano, il PLC se ne accorge al periodo di scansione successivo (problema tipico di tutti i sistemi time driven).
All'inizio di ogni ciclo (scansione):
- Il Sistema Operativo Legge e campiona gli ingressi salvandoli in una area apposita della memoria.
- Esegue i programmi utente (T
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