ZUT - Krajowe Ramy Kwalifikacji / Rok 2013/2014 / Wydział Elektryczny / Automatyka i robotyka (N2) / Sylabus przedmiotu - Przemysłowe sieci komunikacyjne czasu rzeczywistego

Wydział Elektryczny - Automatyka i robotyka (N2)

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 inżynier
Obszary studiów	nauk technicznych, studiów inżynierskich
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	Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera	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	Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżyniera	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-L-2, T-P-1	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-L-2	iCN (Intelligent Controlled Node) w sieciach Ethernet Powerlink.
	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.
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