• Industrial Ethernet
• Networked Control

Sommario
Negli ultimi anni i sistemi di controllo su rete (Networked Control Systems, (NCS)) hanno visto un crescente interesse grazie ai numerosi vantaggi che offrono, quali la facilità di installazione e manutenzione, l’ampia flessibilità e i costi contenuti. In ambiente industriale le reti basate su Ethernet si stanno sempre più diffondendo (Industrial Ethernet Networks) e sebbene il protocollo Ethernet abbia tanti vantaggi, esiste un ampio margine di miglioramento nel suo utilizzo per scopi di controllo, basti vedere che molte applicazioni non sfruttano al meglio la grande dimensione del campo dati di un pacchetto. In questo lavoro sarà proposto un innovativo schema di controllo che tenta di migliorare l’uso delle reti industriali basate su Ethernet (Industrial Ethernet Networks) in applicazioni di controllo. Questo approccio modifica il paradigma convenzionale di controllo—ben consono a reti di comunicazione circuit-witching—e lo adatta alla natura packet-switching di Ethernet. La tecnica proposta, chiamata Packet-Based Control (PBC), consente al controllore dispedire più valori utili di controllo in un singolo pacchetto in modo tale da sfruttare al meglio la sua grande dimensione. Inoltre, è possibile sfruttare queste informazioni per ridurre il numero di pacchetti per lo specifico task di controllo, fornendo così un migliore trade-off tra la banda passante di rete utile e le prestazioni. In questo lavoro di tesi è stata fatta una formulazione matematica ed è stato progettato un simulatore in ambiente Matlab/Simulink per l’implementazione del controllo. La strategia di controllo è stata applicata ad un case study proposto da un’importante azienda nel settore dell’automazione; i risultati ottenuti dalle simulazioni mostrano l’efficacia e la praticità del metodo, applicato ad un problema industriale reale.
-
Abstract
In recent years, Networked Control Systems (NCS) have received considerable attention. The interest for NCS is motivated by many benefits that they offer, such as the easiness of maintenance and installation, their large flexibility and low cost. Ethernet-based networks are becoming more common in industrial environments (Industrial Ethernet Networks). Although Ethernet has many advantages, there is room for improvement in its usage for control purposes, for example, many control applications do not take advantage of the large size of the data field of a packet. In this work, a novel scheme of control is proposed to improve the effectiveness of Industrial Ethernet Networks for control applications. Such a control approach modifies the conventional control design paradigm—well suited for circuit-switching communication networks—and adapts it to the packet-switching nature of Ethernet.
The proposed technique, named ”Packet-Based Control” (PBC), enables the controller to send more useful control values within a single packet in order to exploit the large packet size. Moreover, it is possible to use the availability of more information to send/receive less packets for a specific control task, thus providing for a better trade-off between effective bandwidth and control performance. The control strategy is applied to a realistic scenario and in particular, to a case study proposed by an important Industrial Automation provider. A mathematical formalization and a network control simulator in Matlab/Simulink environment are designed. Results show the effectiveness and practicality of the approach as applied to a realistic industrial testbed.