Università degli studi di
Roma Tor Vergata
Gabriele Marano - presentazione della Tesi di Laurea
Studio del framework Epics e
analisi delle prestazioni del sistema di
controllo distribuito su rete
AA 2010/2011
Relatore:
Dott. Daniele Carnevale
Correlatore: Ing. Vincenzo Vitale
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
NCS
Networked Control System
USER REFERENCE
CONTROLLER
NET INTERFACE
COMMUNICATION CHANNEL
NET INTERFACE
NET INTERFACE
AD/DA
AD/DA
MEASUREMENT
COMMANDS
MEASUREMENT
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
COMMANDS
Gruppo CODAS (Control and Data Acquisition System) – ENEA
Centro ricerche di Frascati
Unità Tecnica Fusione
Gruppo CODAC (Control, Data Access and Communication) - ITER
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
Il sottoimpianto delle alimentazioni elettriche MFG1
generatore
avvolgimento
potenza impulsata
IMAX
alimentatore
campo indotto
MFG1
S
120 M[W]
37.8 k[A]
ponte a diodi
Btor
Gruppo Volano/Alternatore G1
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
funzione del campo
confinamento del
plasma
EPICS (specifiche ITER)
rest of the world
Synoptics (HMI)
NET router
Alarm Log & Report
Data Management
More remote NCS
Clients and Servers
In different subnets
Closed Loop Control
Sequencer
Remote control
More NCS Clients,
Servers and PLCs
in this subnet
Plant configuration
Channel Access Client
ETHERNET switch
Channel Access Server
DATABASE
SEQ
IOC- core
PLC
PLC
PLC
AD/DA
AD/DA
AD/DA
makes database active
closed loop control,
data conversion filtering
and access, alarm
detection, sequencing
AD/DA
AD/DA
I/O device driver
FIELD SLOW
PLC DB access driver
PCIe DACQ card drivers
Measurements
and commands
FIELD FAST
AD/DA
measurements
and commands
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
Procedura di sviluppo
Plant System Host (PSH) e Plant Slow Controller (PSC)
MAVEN - based
SDD user description
SDD-editor
PSH:
RPM packages
SDD-translator
PSC:
.awl OB1 (conf.)
.awl DBx (data exch.)
I/O device driver
CODAC CORE SYSTEM v 1.0
● test della procedura di sviluppo
● verifica di compatibilita’ dell’impianto
con le specifiche del sistema I&C prescritte da ITER
● richiesta dell’hardware necessario
● riarrangiamento della porzione di database relativo a MFG1
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
● verifica di compatibilita’ dell’impianto
con le specifiche del sistema I&C prescritte da ITER
Modello ibrido di un NCS:
sistema complessivo
sistema dell’errore indotto dalla rete
FLOW map
protocollo di accesso multiplo
JUMP map
NON è POSSIBILE AFFERMARE che il protocollo rappresenti un sistema tempo discreto
protocolli statici inducono un sistema ibrido lineare tempo-variante
protocolli dinamici inducono un sistema ibrido non lineare tempo-invariante.
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
● verifica di compatibilita’ dell’impianto
con le specifiche del sistema I&C prescritte da ITER
Studio del MATI (Maximum Allowable Transfer Interval)
L
caratterizza la possibile crescita dell'errore tra i valori reali degli ingressi e delle uscite
e il loro ultimo valore trasmesso tramite la rete
gam
è un guadagno che considera l’effetto del disturbo introdotto della rete
ro
caratterizza le proprietà di stabilità del protocollo e tipicamente dipende
dal numero di nodi presenti nella rete
I bounds analitici noti in letteratura sono conservativi!
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
● verifica di compatibilita’ dell’impianto
con le specifiche del sistema I&C prescritte da ITER
MFG1 (1)
+
G
r
MFG1 (2)
-
PI
tau_RR
tau_TOD
gam
Pm
L
ro
tau_TOD
212.9
302.46
0.0011
71.37
1.8e-005
0.707
> 600
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
sim-based
● verifica di compatibilita’ dell’impianto
con le specifiche del sistema I&C prescritte da ITER
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
● verifica di compatibilita’ dell’impianto
con le specifiche del sistema I&C prescritte da ITER
+
r
MFG1 (1)
G
MFG1 (2)
-
PI
tau_RR
tau_TOD
gam
Pm
L
ro
tau_TOD
116.6
160
0.002
71.37
3e-005
0.862
>300
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
sim-based
Un’altro caso: Un reattore chimico MIMO instabile
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
Un’altro caso: Un reattore chimico MIMO instabile – Test del nuovo protocollo TOD+
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
Studio dei Rapporti MATI/PM e MATI/gam
[deg]
[s]
[s]
[s]
[s]
[deg]
Gabriele Marano – presentazione Tesi di Laurea
Conclusioni
• Parametro MATI per l’impianto MFG1
I valori del MATI calcolati per il controllo di due macchine analoghe a MFG1, permettono di affermare che il sistema di controllo
sarebbe compatibile con le specifiche del CODAC di ITER sul Plant Slow Controller, per il quale è prescritta una frequenza
massima di aggiornamento delle misure e dei controlli pari a 100 Hz. Dai valori ricavati, tenuto presente che le specifiche del
CODAC di ITER impongono un margine di sicurezza del 30% sulla banda impegnata dalla rete PON, è possibile affermare che
sarebbe possibile controllare direttamente dal CODAC, ossia da un unico un controllore centralizzato circa 14000 macchine simili
a MFG1!. È quindi possibile ottenere notevoli risparmi sui costi di realizzazione.
• Relazione MATI / gam / margine di fase
Nel caso SISO, i risultati denotano il fatto che a un margine di fase superiore corrisponda un MATI più elevato. Contestualmente
un aumento del MATI è legato una riduzione di gam. Il rapporto tra gam e MATI non è costante. Nel caso MIMO i risultati NON
sembrano confermare la relazione tra il margine di fase e il MATI evidenziata nel caso SISO. Anche nel caso MIMO un aumento
del MATI è legato a una riduzione del gam, ma questa volta il rapporto risulta costante.
• Prestazioni in prossimità dei bounds sperimentali.
In prossimità dei bound sperimentali, con i protocolli RR/TOD, la stabilità è mantenuta, sebbene il transitorio diventi molto lungo e
turbolento. Il nuovo protocollo TOD+ non ha fatto registrare valori di MATI migliori rispetto a quelli ottenuti utilizzando il protocollo
TOD, tuttavia, per tempi di trasmissione “limite” il comportamento transitorio del sistema è più desiderabile (per durata del
transitorio e massimo allontanamento dalle condizioni iniziali dello stato) rispetto a quello registrato nel caso analogo con il
protocollo TOD.