Real-time networks and protocols for industrial automation

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.