Detail předmětu

Komunikační technologie v automatizaci

FEKT-MPC-KTAAk. rok: 2023/2024

Předmět se věnuje problematice komunikací v oblasti automatizační techniky, tj. distribuovaným řídicím systémům. Důraz je kladen na komunikační podsystém, který je základem těchto systémů, a technologiemi s komunikačním systémem souvísejícícmi. Praktické zkušenosti získají studenti s průmyslovými komunikačními systémy na bázi RS-485 jako typickým reprezentatem sběrnicových technologií, rovněž se seznámí s vybranými technologiemi Ethernetu, Internetu a bezdrátových sítí. Studenti si významně prohloubí znalosti o otevřené komunikaci, standardech a kvazistandardech průmyslových sítí a jejich implementaci s důrazem na nižší protokolové vrstvy. Studenti jsou rovněž seznámeni se základními aspekty rizikové analýzy, coby východiska pro funkční a informační bezpečnost.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Vstupní znalosti

Student, který si zapíše předmět by měl být schopen vysvětlit základní fyzikální a elektrotechnické principy mající vztah k zatěžování vedení (odpor, kapacita, indukčnost, impedance) a šíření signálu po vedení; analyzovat jednoduché elektronické obvody s pasivními součástkami a tranzistory; - diskutovat základní pojmy z oblasti pravděpodobnosti a statistiky; počítat pravděpodobnosti při sériovém a paralelním řazení komponent. Obecně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia elektrotechnického studijního programu, dále je vhodné, aby studenti měli předchozí zkušenost s používáním programovatelných automatů. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

až 30 bodů za laboratorní cvičení
až 70 bodů za zkoušku (písemná část 50 bodů + ústní část 20).

Zkouška má povinnou písemnou (5 otázek po 10 bodech) a povinnou ústní část. Pro postup do ústní části je nutné ziskat v písemné části, alespoň 24 bodů, žádné dvě otázky nesmí být hodnoceny nulou bodů.
Pro úspěšné složení zkoušky je nezbytné získat z ústní části alespoň 10 bodů.
Zkouška je zaměřena na ověření orientace v problematice seriových komunikací, průmyslových komunikačních technologií, funkční a informační bezpečnosti.
Laboratorní výuka je povinná, řádně omluvené zmeškané laboratorní cvičení lze po domluvě s vyučujícím nahradit (obvykle v zápočtovém týdnu).

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout základní orientaci v oblasti seriových komunikačních rozhraní, průmyslových komunikačních sběrnic včetně základních principů funkční a informační bezpečnosti.
Absolvent předmětu je schopen:
- popsat jednotlivé vrstvy ISO/OSI modelu,
- vysvětlit význam pojmu „komunikace v reálném čase“,
- popsat hlavní aplikační rysy technologií RS-232, RS-485, CAN, Modbus 485/UDP/TCP, Ethernet a Průmyslový Ethernetů jejich výhody a nevýhody,
- popsat základní principy řízení rizik a funkční bezpečnosti,
- popsat základní stavební prvky informační bezpečnosti,
- diskutovat výhody a nevýhody jednotlivých technologií,
- kvalifikovaně odhadnout zda se na aplikaci mohou vztahovat normy funkční bezpečnosti,
- na základě definovaných požadavků zvolit vhodnou komunikační technologii.

Prerekvizity a korekvizity

Základní literatura

Zezulka et al., Automatizace procesů (elektronický text), kapitola 5, 2014 (CS)
Elektronické texty, katalogové listy, specifikace protokolů vložené do IS VUT pro aktuální rok (CS)
Smejkal V.: Bezpečnostní aspekty Průmyslu 4.0, Data Security Management, Ročník XXII, č.3/2018 (dostupné elektronicky v IS VUT) (CS)

Doporučená literatura

Mackay, S., Wright,E., Reynders, D., Park, J.: Practical Industrial Data Networks: Design, Installation and Troubleshooting, Elsevier, 2004 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-KAM magisterský navazující, 1. ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Úvod do problematiky otevřené komunikace, ISO/OSI model.
2. Funkce jednotlivých vrstev.
3. Komunikační kabely, stínění, odrazy na vedení, vedení s rozprostřenými parametry, způsoby zakončení sběrnic.
4. Rozhraní nejnižší úrovně, RS-232, RS-485.
5. Přístupové metody.
6. Sběrnice CAN a fyzické vrstvy (High speed CAN, Low speed fault tolerant CAN, Single Wire CAN),
7. Rozšíření FD CAN, Sběrnice LIN
8. Ethernet
9. Průmyslový Ethernet a metody zajištění komunikace v reálném čase
10. Bezdrátové sítě v automatizaci
11. Riziko, stručný úvod do racionálního řízení rizik
12. Základní východiska funkční bezpečnosti
13. Základní východiska kybernetické bezpečnosti

Cvičení odborného základu

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Úvodní cvičení (organizace, instruktáž, školení o bezpečnosti a seznámení s pracovištěm, podmínky udělení zápočtu).
Měření na rozhraní RS485
Propojování automatizačních prostředků (PLC) proprietárními sériovými sběrnicemi.
Technologie Ethernet
Náhradní laboratorní cvičení (samostatná práce)
Prezentace řešení zadání laboratorních úloh.