0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛...

64
! " #$%#&’() ! " # ! $ % " & ’ ( ) * + , &*" +( ,+ *" +( *+ $" +( - .+ -.( "!/ , 0 ’ 1 ! ! ,. /, (0 12 30 ,. 4

Transcript of 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛...

Page 1: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���������������������� �����������������

��������� ������������������

�����������������������������!���� ��

��"���#������������ �������!��

$�%���������

��"���&�

����������������' �(����

���� ������������

�� ����)����*�

+ �������,��

�&���*� �"�+(������ �� ���� � ,���+�

�� �*� �"�+(������ �� ���� ��*����+�$�������"�+(������� �� ��- ����� �������� �������� ���.��+�

�-��.���(�"!/�� ��,�0 ����' �1 ���!������������������������������!���� ���

�,.����/� ���,��� �(�������0��

1�2���3�����0��

�,.����4��

Page 2: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

2 ��������� ������������,�

�/�� � � �*������� �� �*��� � �� ����� ��� �*�,��� � � ��� ��������� ����� � ���� ���� ���� �

*�,�� � ��2��� ��� � ������ /�� �,��� ��� .�� 2��- ��� ��� � �����0� .,�� ��� ��������0� ��� ����

������� � ���� *�������� �2����� ��� ����� ����,�� � ���� ��.������ �� (��� �,����

�������� ���* �� � �*����.����������������������, �� ������� ��������� ��� �, ���

��� ��� � �,� ��� (�� � � � .���, �� ���� ���� � ���� ������ � ��2��� ���� � � ���, �������

���*��� � ���� ����,��� - ����� � �.��� ���� .2�, � � ,� � ��2�2��0�.,�� ��� ���� ���� ��

5- �2��0�*��� ��2� �������� � � ������� �� �� ,��� ���� ����� � � ���, �.��� �� �� �� �� .��

�� ��.� � ��

�� �*� ����*�,���� ��6�- ��7 �������������,�� ����- ��7���2� ��������- �- ��7 � ��

���* ��(�� �����,���� ������- ��7 � ����- �*����������.����� �������� ,*������� �

�,� ���� �*�������, �����������,����������8�2������9���.�������,� �����- ��70�

��� � *��� � ����� ������ ���� ���� ��� ������� �,� � 8��� ����,����� �,�� ���2���� �,���

��*�� ����� � ,.:���9��(���� ��0� �, �� ��� �,� �*�����.�������������� �*���

����.� �� � �,�� �.������� ��*�*.��0� - ,���� �,���� �,���� ���� ���� �� �� - �� � � ��

���

3�7����,���������- ������������*��������������;�� ����.�����0���������.� �� ��,�7����

����������- ��������

� ����

Page 3: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

� �"���������������

2 3 � ���453 ' �� � �� 6 � � 3 5�, ...............................................................................................................................2

3 �0��� #+ ���3 4�� � #���3 6 5��/...........................................................................................................................5

�&�= >$ ��$3��/�(/&'" ................................................................................................................................................5 �&�= >$ ��/�".................................................................................................................................................................5 >$��'/'�&= (�&�$3"..................................................................................................................................................5 >$��'/'��'��($��5/'��$(5&�3".........................................................................................................................6 �&�= >$ ��&'($'(" ........................................................................................................................................................6 �&�= >$ ��33$33�$'(..................................................................................................................................................7 �$!$�$'�$���($�/�>"..................................................................................................................................................7

�� -� �5����-53 0 ��� ��3 �6 ' �2 � � #3 2 .........................................................................................................9

/'(�&�= �(/&' .............................................................................................................................................................9

�� -� �5����-53 0 ��� ��3 �6 ' �2 � � #3 2 .......................................................................................................11

/'(�&�= �(/&' ...........................................................................................................................................................11 3&�5&?�/3�(5/3��&�= �$'(�(/&'���5/$%$�@ � .....................................................................................................11 3($����3&�$A&�B ��&��>$($��(5$��$�5�'/��>C$>$�(�/��>��$3/'0�3&�?5$�$��&�?$�&�!�&��5$�$D.......11 3($���0�/C&�>/3(�.......................................................................................................................................................12 3($��<0���A>$ �3�5$�= >$ � ..........................................................................................................................................14 3($���0���&�= �$ ����&'(�&>��5/>&3&�5B �..............................................................................................................15 3($��60�(/�$(�A>$ �&����&�$�(��'((��5��(3� ....................................................................................................17

�� -� �5�7���� � ..................................................................................................................................................18

?5�(�/3�3����D .....................................................................................................................................................18 ?5�(��&$3���3��������1�$��&D ........................................................................................................................19 ���5/��>��$��$3$'(�(/&'�....................................................................................................................................19 (�$'�/' ....................................................................................................................................................................20 �>���3 ........................................................................................................................................................................22 ��(��>&/'.............................................................................................................................................................23 5/3(&�/��>�/'!&���(/&' .......................................................................................................................................23 3$�%$����(�A�3$ ......................................................................................................................................................24 3�����3B3($���&�$>�............................................................................................................................................25 ��'$�3 ......................................................................................................................................................................25

�� -� �5�*��-53 0 ��� �8#4���)�8� .....................................................................................................................26

/'(�&�= �(/&' ...........................................................................................................................................................26

�� -� �5�9���3 ' ' 6 2 #� � #3 2 �� 2 ��4#�8��6 � .......................................................................................29

/'(�&�= �(/&' ...........................................................................................................................................................29 COMPUTER NETWORK....................................................................................................................................................33

D flip-flop..................................................................................................................................................................34 COMPUTER NETWORKS .................................................................................................................................................38 PROTOCOLS ...................................................................................................................................................................38

Broadcast ..................................................................................................................................................................38 Pull............................................................................................................................................................................39 Push ..........................................................................................................................................................................39 Peer-to-peer ..............................................................................................................................................................39

Page 4: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

SOME ADVANTAGES OF PEER-TO-PEER NETWORKS: .......................................................................................................39 Client-Server.............................................................................................................................................................40 Characteristics of a client .........................................................................................................................................40 Characteristics of a Server .......................................................................................................................................40 Master/slave..............................................................................................................................................................41 Scale..........................................................................................................................................................................42 Internetwork..............................................................................................................................................................42 The physical layer (No. 1).........................................................................................................................................43 The data link layer (No. 2)........................................................................................................................................43 The network layer (No. 3) .........................................................................................................................................44 The transport layer (No. 4) .......................................................................................................................................44 The session layer (No. 5) ..........................................................................................................................................44 The presentation layer (No. 6) ..................................................................................................................................44 The application layer (No. 7)....................................................................................................................................44

BASIC IP ROUTING ........................................................................................................................................................45 Classed IP Addressing and the Use of Address Resolution Protocol (ARP) ............................................................45

WIRELESS LOCAL AREA NETWORK ................................................................................................................................47 FIELDBUS NETWORKS ...................................................................................................................................................50

Cable Cost Savings ...................................................................................................................................................52 Advantages of Fieldbus.............................................................................................................................................54 THE FIELDBUS COMPARISON CHART................................................................................................................55

PHYSICAL CHARACTERISTICS..............................................................................................................................56 Fault Tolerance in networks and devices..................................................................................................................58

�� -� �5�:��' �� #2 ��� 4�� )� 6 �#� ���6 $#�� � 2 ���6 � �����&� .................................................59

/'(�&�= �(/&' ...........................................................................................................................................................59 ������������������� ................................................................................................................................................59 ����� �������� ��� ..............................................................................................................................................60 <��/�2�2����������������� .................................................................................................................................62 ����������2������������ ��- E���,�� .........................................................................................................63 6��(����0���,���� ...................................................................................................................................................64

5�4�5�2 �� ...................................................................................................................................................................70

�� -� �5���/�' 2 1 #2 1 �-53 �6 �� �� 2 ���5 2 �� ..................................................................................73

�� -� �5����� 4�� )� 6 �#� �3 4��3 2 � 53 8� 2 �� 6 � 3 ' � #3 2 ��)�� �' � .....................................93

/'(�&�= �(/&' ...........................................................................................................................................................93

PROJECT MANAGEMENT LIFE CYCLE..............................................................................................................107

/'(�&�= �(/&' .........................................................................................................................................................110 �/3�&%$�/'��&'3= �$��'$$�3 ............................................................................................................................110

Page 5: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����6� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

3 ";���%����������������/��

' �(���������.���/��(��� *�,��� � � �*� ��� � �- � ����� "� ������ $����������� ���� �,�*������ (���

������ $����������� ������ � ���� *�,��� .,��� � �� ���� - �7� ���� ��� ���� ������

$�������������:����,�� ���������8B ����<0�3�*� ����������B�����0�3�*� �����9��(���

*�,��� �����,�� � ���� �������0� ��� �� .���� *�����0� �� ��E������0� ������2�� ����

�� �����E��*��������������F,� ��(����,�*����������� �����*�,���.,��� �������

- �7������������������$�������������:��*�,�� �8B����<0�3�*� ����������B������

3�*� �����9��(�����������- �����,�*���������,�0������ ����������*����� �F,�������

���� � ��&����� �*�,��0������������,� �������2������������$���������������

�����������,� �������2�������,�*�������

' �(������ /�(�����*� �����������$����������������� �����*�,���� ��������,���������������

�� ���� ��������� � ���� ��������� � ������*����� ������ ������F,� �� (��� ��*� � ����

�,�*����� ������ � ���� *�,��� � � �� ���- � ���� �,���� � �� �*���*���� �*�,����

���������*��������� � ��

8������3 ����� ��/��� ��&�� ,��� ,���*������� ���� �*�,��0�������������- ����.���.�����

������$�����������8�9 ��*� ��������.������� �7�- �����������E������0�������2�������� �����E��*��

�������

8�9 ����� ������ ��.������ ���E������� � ��* ��

8<9 ��� ��������*�:��� ,� �� �������- �����,��,������

8�9 �� ���.���**��������2���������������������

869 !�*,������� �� E�,��������,��������*�����

8)9 ����� �������� �������� �����E��*�������� � ��* ����*������

�,�*�����8G9 $2��,�������������,������������*�������� ��*��������, ���������� � 0�

�, ����������� �.�����.��* �������2� ���� �,��� ������ ����.��* ��

849 /*���*������ � �����,���� ��������� � ��*�������2�������� 7�� � *���� �

��������� �

8H9 �� ������������*� ����������.��������, ������:������ �����������*���*����

� �������� ���2������������� �

8��9 /����,������������ �����2��,����0��� 7�� � *����I�.� �����:������ ��

������

8��9 �� ���.,���������� � ��* 0� �����., � � ��* ��/��, ���������- �7 ��

8��9 3 �- ���� �� ,���2� ��������������������F,� ������

Page 6: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����)� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

8��������(�� ������' ����(�/��������� $����������"� >���,�� 0� ��.������ ����2���0� �*�,���� .� ��� ��������0� �� ��

�,��� 0� �� E��������� ��������0� - �.E.� ��� �� ,��� 0� ��.��*� �2���� ������ � ��

!�*���������������������7� ������������������,����*�������.�����J��������������

*���� ��F,��� � ����� �*��� ��������� ��7� � ������ ��� �E�,�� .��7 0� - ���� ���� ����,���

�*�������.������ �*,�����, ����2����.��� ��������������

�,�*����"�>���,�� 0���.��*� �2���������� � 0���.����������2���� 0��� �� �,��� 0�

�� E��������� ��������0� ��� �������� � �,�*����� �,��� 0� ���� �� �, �� � ��

�- ���������� �,��� 0�����- �.E.� ����� ,��� ���

' �(�����������/�������������������

>���,�� �������.������ ������� ������� ����� ,.:��������������������

2 ��������� �!���� �/� A ���2�,�0� ��E������� ���*��� �� �� �� �,��"� /�2� �������� �

���� ���E���������� "�

/� ��,����� �������� ���� 2���������� � ��*�� >������ ������ ������ � ��* � �� ��E

������� ���� � � .� ��� �� ������� ������ % ���,��� ��.�� ���������� �� � 8% ����.���

���� �*����9��

��� �� ������ ����� � ��5- � �� .�������� �� ������ ���:������ K� ���� ���0� �����������

*���� 0� *����� � � ����� �� �� ���.���� ,����� "� .��7��,���� �����*������� �

�� ���.���� ,����� �� 3��.������ ����� � � , ���� ���� �� ���.���� ,������� 3��.������ �

��*�������� ��$F,�2��������E�����������

(�.�%������������(���������/�/����,�������������2������������� ����,������

&�E��*�����,�������,��,����"�$ ��*����� �1,0�(,��= �� ��,������,�� �.� �����1,0�

(,� � ��*��� �� '� �0� ����� ���� ��� �� *������ � ��*������ �����*������� � ���� �

*���� ����*���� � 8!&>��� *���9�� 3������ ���� �� �,�.������ �� �� �,��� � ���

�,��,���������������������2�� ������ � ��*� ���������� 3�� E�,����� ���,���� � 83(�9� K� �**�������

���,�� ���,���.� ���*���� 0���������������������� �� �,����

3� ��*������� �������K������������� ������3�� E�,������/��.� �������������������

*������

/����������� ������ K� ������� � ��*0� ��,���� ���- �7 0� ,LL�� ������ !,������ ���������

/��, ���������,�� ��

���������� �� �������/� M E���� �*� ����� �������� � �� �������� ������ � ��*��

&.������������LE���� �*� ��� �������������������� ���� � �� ����E.��������������

Page 7: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����G� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

1��*��; �����������; �����������������* ����� ������ ���F,����� ������ � �- ����

���� �����������

� ���� ������!���"���

$2��,���� ���� �����,�� ������ ���� *�������� � �*����� ���, ������ ���� � 0�

�, ����������� �.�����.��* �������2� ���� �,��� ������ ����.��* ��$��*����

���� �*���*�������� � &�C& � �����0� �/�� ������ ���� �� � �*����� 0�

/*���*�������� ��� �� ��,������������*���������, �������������*�,�����

3� ���� �,��� � � �� ������ � ��*0� ��2���� � �� 7� � � *���� � ���� � � ����

��� �������� ���� ��2��- � � ���� � ���� �,��� � - ���� .�� ,������7��� .�� ���� �,� ��

����������� ������������,�� �� ��2��,����������*��2�*���������� � ���� �����

���� ��

�� ������ ���� ��*� ������ ��� �.������ �� , �� �� ��:���� �� �� ������ �� �*���*���� � ��

������ ���2������������� ��

/����,������������ �����2��,����0��� 7�� � *��������.� �����:������ ���������

�� ���.,���������� � ��* 0� �����., � � ��* ��/��, ���������- �7 ��

3 �- ���� �� ,���2� ��� ������ ���� ����� ��F,� ������ ����� *����,�����0�

�*���� � 0�����*���������0�3������� ,����� 0� /*���*�������� ������,�� ������

,������.��7 �/$����<�E�C����

' �(���� ������ ����(������������,��*� �- ����.��� � ���������� ��- ����*�����"�

���� $��� �*�,����� ��E.7����*������"�6�N � �*�,���*��7�

���� � � *���� ���.������- �7����,���������������. ��2��������������2��- 0�

����.���������������:,����������� ������.���������*������"�6�N � �

*�,���*��7���

5���������' ������/�� � �����������5��(�/�

�,���0�1 �0�(�*� �0�3������A������,��0�A ��8�HHG9��� �������������������������0����� �E?� �����

�,�*�����A7����- ������F,�����*��,�� 0���.������ ���� ���������2����������

���������.����2���A��.����

��..��� ������5��(�/�

Page 8: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����4� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

5���0�����0�>��0�(�5������50�?�1��8�HH<9�� (�.�%���������0�/� ��,*����3������ �

�*�������

% ������0�% ��8���<9��� ����<���������(�.�%���������0�A,����- ���E5����*�����

= �"�������������;����������(������/�3*��, ��- ����.��*���� �- �.E.� ���

*������� ��������*����� "�

����"CC�- �.����*����������,7C�,� � C�����C�,� �C*��C��������C��������*��E���

2���,�����.�������������������������� �����E����������� ������ ���������������

���� ��?�. ����2��- ������&��.������6��

Page 9: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����H� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���.�������-��;��������� ���������#����(������(��� *���� ���� � ������ ������������ ��� ���� ��2���*���� � �� ���,��� � � ����� �

,��������� O������ ������������ �� � ��� ��2���� �������0� �� ��- � *������� 0� ��

���� �������� �� ��� �� /� � ��� �� �� �.������ � � �� ,����� ���� �,�*����� ����

������ � �� ���� � .�� ���� � �� �����2�� �� �� 7P0� O'� ���,��� ���� ��� �� .�� ����

��� ����� �����������P0�O'����� ����� ��� ��:����� � �����������������- ���P��

(�� �� ����*��� � *��� ������� �� .�� ��� �� ���� ����� ������ ������������ � � ���

�*�������� (���� �*��� ��� � � ��� �*� ��,�� � � - ���� .�� �- �� ��� ���� ����,�� �� /��

���,�����*��� ���������� �:, ��� ��*����������������:�����������������:����� ������ �

�., ��� ��� �- ��7� �����7�� � �- �����!��,��������5- �2��0�- ��*, ���,������2�2�*����

�������:����������� �����2���

� �������� �������:��� ���2�2������������,�� � ��7������ ���������������� ������

��:����� � �- �����!��,��������$ ���� ��7�������- ,�����2������ ������.��7��,��0�

������� ��8�����- ���0�, ��0�*��������������9�������� �����2���.,��������:�����A,��

��� ��* �� ���� �� � � ��2�� *�� 2���������� ���C7�- ������ 8����� �� .,������0� ���� ���

., ��� 9���

MarinePerspective

Dr

John

McG

rory

ElectricalPerspective

ControlPerspective

MechanicalPerspective

Chemical

MarinePerspective

Dr

John

McG

rory

ElectricalPerspective

ControlPerspective

MechanicalPerspective

Chemical

Figure 1.1 Weakest link

Page 10: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Designer

Builder

Commisioning

Client

Ideas, problems, desires, solutions and goals

Over The Fence

Only if all stakeholders know how to implement and are aware of these will they be successfull. Otherwise they are dumped.

Figure 2.3 Over the fence

/ � ���� 2���������� ��,*�������� .��- ���� ���� �� �����2�� ��7������ � � ����

���� � � � ��� �*������� ,���0� ��������� ���� ���,������� ����� 7��� � ���� � � ����

��:���� ���� .�� *� ���� (�� � ����*���� � � ���*��� O&2��� ���� !����P� � � �- �� ���

!��,��� ��<�� / � �� �*����� ,��� � � ������� �2���� �� �� ���� ��*������ � ���� ���� ���

������������������� ��7�������� �����- ���� ���� �������� ������������*�����������

,��������,��������� ���������

(��� �*, � 7����� �- �� ��� !��,��� ���� �� � .���� ��2������ ��� 2���, � �* � ����

���, ����� � ��� � O&2��� ���� !����P� ������� �*������� .,�� ����� ��� �� � ��� ���*���� �

��,����

� Figure 2.4 Different stakeholder’s comprehension of ideas

Page 11: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���.�������-��;��������� ���������#����(������(���*�������� ���,*����������������� �� ������������������, ���� , ���� ����

� ���*������� ���.��0�.,�������, �������������������� ��� ���� � �����:���� ��������

.�� �� ���.��� �� ���� �� (��� ���,����� ���� � ������� ������� �� ���� ��7�� ����� � �

��� � 2���������� 7�- ������ 2��� ������� ���� ����������� ��,*�������� � � � 2�����

�*��������������:���� ,��� ��

������> �������(���� ������������%�(? ,�����.������ �"�(!���� .����(������ �������� ����������(��������> �����(��> �������� �����@�B,�� *���������� �� ���� � � �- �

�*������������,� �L����,���* 0�

��� �- � ���� 0� ��*�����,��� ����� 0�

- ����� ��� ,��� ��� � ����

�� ��,����� ���� � ������* � ��

�,�� �� �����(��� ��,���.��- � �- �

�� �������� *���������� ,������ � ���

�5= ��

&��� � ���� �� �� ����� � �,� ����� ��

� � .����� �� ��.��� ���� �F,��*���� ��� ��

�� � ����� � ����� ���7� �� ,��F,��

������ ������� � ��*� ����� - ���� ��2��

�,�� 3��� ��*��� � ������� .�� �� O�P�

2��2� � ������� .�� O% P� ��*�����,���

�� � � ������� .�� O(P� ��� ,���

�������.��O�P������,*������ �� � �

�������.��O5P���

Page 12: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

(��� �.2�� ������*� �- � ���� ���� �*����� � - ���� ������ ��.�� � ���������� (�� � � �

*���*� ��� �����������I/��8���� �I�/� ��,*�������- ���9���5- �2�����������I/��

���- ����� �*,���*�����2�2���������*2� ���������������������,������ � �- ���.2��

���� �, ������������� � �- �������*����������� ��,*���������/��- ,���.�� �*�����

�� �� ���*����� ���- ����� (��� �� ���� ���� ��2���*���� � ���� �I/�� ���- ��� � - ,���

��*�����.�����,� ������� �- ������������� �����2����������� ���,*�����5- �2�����

�*���� ����� � �- ��.��- ��

� � ���� .�� ���� ���� ���- ���� � � *,��� *��� �, ��� �� ���� ���� � ���� ����

�� ��,*�������� ������� ����� �� ���- ���� � ���� �F,��*���� �� �� �� 5- �2��0� ���� ����

�� ��,*��� ������F,��*������.�� ��������� �*���

���.����# 3 �8��,�(��� ����� ������ �� - �7� �� � � ��� /C&� �� ������ /��,�C&,��,�� �� �� ������ �� � ���� ����

�*����� ��������5%��� � ��*� �*�������� ���� �����2���$������*���,������� ����

������ ��F,��*���� ������ � ��*���7�������� �����O�����3���� P����������� ��� ����

���� ��,���������- �����- ��������� � ������������� ������,�� ���� �����*��- ����

��.�������������������*������� �����D�1��������� �������� ��� �*������������/C&�

>� ������.���3����,����

Page 13: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������<� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

�5���������2 �� �����.���� ' ����� ���� 3 � 3 ������

(;����"���

��� � �����

������ $���, ����*���� �,�� ��:, ��.��� �E��*���

&���E�� ��

������ ���,�����*���� �,�� ��:, ��.��� �E��2���

&���E�� ��

����<� !�� ����������7��

��*����

�,�� ��:, ��.��� �

������ 3,������*���!����� ���,��� !��������

�**� ������

����6� 3,������*���!����� ���,��� !��������

�**� ������

(����� ������ ����� � ��*��,���, �����7��� � ,���� ����� ���������������� ���

�*��������� �- �7��3����������7��� ������2����.���� ��,���������*��(�� �- ,������- �

������ �*�������������������� �����7��� �.��*����������������� ��������������

���7����� ����� ����Q������7� � ��>������3����� � ��* R��

3*��/C&��� � �����2����������������������������������>������0��������0�(��������

����� ��

��

Page 14: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

�����������������+ ��%�� ��������������A��> �������������(�%��%�,�

�Zone valves PN16 with electric actuator

MVE../MXE.. CE1N4825

Two-port and three-port changeover valves, internally threaded, complete with electric actuator. For two-position control of heating and cooling zones, with manual lever, connecting cable 1.8 m, with / without auxiliary switch. Operating voltage M..E22.. AC 230 V Power consumption 7 VA Positioning signal 2-position Positioning time "opening" 9...15 s Positioning time "closing" 4...5 s De-energised position MVE..: closed

MXE..: port A closed Degree of protection IP 30 Ambient temperature 1...40 °C Mounting position upright to 85° inclined Leakage rate 0 % Medium temperature 1...95 °C Valve body brass Flap special rubber N.B.R.

Actuator and valve come ready assembled. The actuator is replaceable.

Range overview throughport valves MVE22..

Thread [Zoll]

DN [mm]

kvs [m³/h]

�pv max [kPa]

�ps [kPa]

Auxiliary switch Type reference Price

Rp 1/2 15 2.5 70 210 No MVE22.15/180 € 73,50 Rp 1/2 15 2.5 70 210 Yes MVE22.15U/180 € 91,70 Rp 3/4 20 4 70 90 No MVE22.20/180 € 83,70 Rp 3/4 20 4 70 90 Yes MVE22.20U/180 € 102,00 Rp 1 25 6.3 30 70 No MVE22.25/180 € 100,00

Rp 1 25 6.3 30 70 Yes MVE22.25U/180 € 118,00

���.�7����"�������(���,������� ���������- ,���.��������������.��*�� �*������- ��������.��� ����,����

(�����.��� ����,���� ����� �� ���.�� �8.����- ���O�P�����������O�P9�.�����, ������

���� �������?���� ���� ��.��� � � ���*������� ��� �� ������ � �F,��*���� �� �������, � ����

��.���� ���.������- ������,��F,���,*.����(�� ����- � ��.������ � �������.�����.��

������ ����- ���,���� ���������������F,��*�����% ��������������,����� ������� �.��

�,�*������

Page 15: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������6� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

������ ������ ��� ���� �� ���� - �� ��2�� �������� ���� ���� �F,��*���� ���� ��2�� ������ �����

���� ��?���- �7�- ��- �*������.�� ������ �����*,������*��������F,��� �����- ��

����- �7������� ������ �*������������

��.�� ������2� �����2��2� �������� �����*, ���� �.�������� �������������.��� ����,����

��*�*.��� ���������� � ��.�� 0� ����� ��.�� � � ���% � <E��� �� �,��� ��� .�� .� ����

��% � �*�,���� �**,�������� ��.�� � �,�� �� � �.��� ���,����� % �����C�,������ �*�

�����.�������������

���.�*��-��(��������������-�����.�!,�!�����.�����,���� ������������*���*��������,�� � ��* ��2�����*����� �*�������

���� - ��� �,� - � �� ��� �� .�� �*���*�����0� ����� ����� �� - ���� �,� - ���� �� ��� (�� �

��,*�������� ���.�����������,��*.��,, ��������2������ ��,���� ���- �����,�- ����

����- �����

��*�*.��� - �� ����� �� ����,��� ���� ������ ������ ����� ���0� ����� �F,��*���� ���� ����

������������.��7�����

����������������� ��� �� �

��"���2 �,� 4��� � � �� �����.���� ��"����!.�� 2 �,�

������

�B�� + ������ $> � 8����� 5������������� �������

��������

����� �5= ��

��*����������

����� ��*�������2��� �%�C�%�C3?�C�%�� <� ��6� ���� ��<� G�� 'C�� 'C��

Page 16: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������)� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

&��� ������ ���������������- ,���.�� �����*���"�

��������-����/�����'���

��������-���������/�����5��������= ����8�5= �'��9�

�����' �����(��<�.� ���,�

��'���,.�����>�.���(�����"�O����5��������= ����'���P�

��'��$����������/ �����- �������/������7��

��'��$*��������3���

��'��������,��>������C- �>�.���O�,�P�

��'������3���>������C- �>�.���O3��P�

��'���*.���(�������>������C- �>�.���O(������P�

��'��������, ��A,�����C- �>�.���O3����P�

��'�������, ��A,�����C- �>�.���O3��P�

��'���,���A,LL�������*0����7������������������������C- �*,���.,�����

���A�-������<�.� ����

��'��3���E������3�����������������������*����)7- ������

��'��1����� ��*����

��'���,��� ����������������7�����*���������� �������

4��(��<�.� ����

��'��$*��������3���

��'�������� ��������� ,��� - �����O&��� ���.��7��P0��������

��'��A��� ��������� ,��� - �����O&��� ���.��7��P0��������

��'�����E �- � - �����O�� � ������� �- ���������P0�����<��

RUN STOP TRIPPED

EMERGENCY STOP

START STOP BUZZER

Air Handling Unit No. 1

ISOLATOR

Page 17: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������G� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

��������-�����.�!�

(��������������� ������� � �� ���- ����� , ��� �������������������������5��������

= ����'�� ���F,��*�����(����������������,������ ��� �����*,������� � ����� ���'��

������ ������������������'��A��� �������������/ �������� ���������������������� �����

����������� ����� ���� .��7��� ���� �5= � *, �� ��� ���� ���� �- � ,������� 2��� ���

�&����@ @ @ �

(�� ��� �*�����*, ��.�������� ��2���.���7�- �- ����� �����������������������

- ��������������������������2���������� ���� ��� �*������ �- ���������2����������

7�- ������� � �� ����,���3*���*����� �*, ��.���� ������

(�� � �� �*����� ���� .�� ��2��� �� ���� ������ ������ 3,������� � ����� ���� .,���� ����

������ ������ ���� ���� �����**�.��� >������������ � 8�>�; 9� � ����� ���� �� ��,���

���� ������� ������ (��� �� �*����� � � �� � ������� ��� ���� &�������� ����������������

*��,����

/�� � � �*������� �� ���� ����� � � �,� ���� �� �� ������ ���� ���� �, ���� �� ����

�,���� � ���� ���� ���.����� ��F,��*�������� �� �.��� ������ � ��*���.��*��

.����� ���� ����/ ��,�- �������� ,������������������� ���- �� �����������������2��

�,������������ ��������� �*������*������������ ��,���������� ��������- ��

����.����� ���� ���- ����,���� ��*�����������������*�,��� ����� ����*����- ��������

������; �- � �� ������������ � ��*��������.,��������

���.�9��� � ���"������.��;����1 �����������,�(�*���.�� � �� ��:��� �

�*� ��� �*������� � �����

� ���� - �7�� (���� �- �

- ���������������* � �- �7�

���� ��.���*������� �������

- ����������

(����I/�����- ���0�/C&��� �0���.���3����,��0����������� ��������(�*���.����������

.��,����������,���,�������,� �� �������:����.,�����- ����� ��7������ C���* �

�**,���������������, �������� �*����,*���������

��� ���� ���� � ���� ��:���� ���� �.2�� ��,*��� � ���� �� � .�� , ��� � � ����� � ����

&���������������������������,����/�� *���� �������&I��*��,����,�����F,�������

��������,��� ��N � ������ �� �������:���D�3���, ��� �������*�� �������*����

Page 18: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������4� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���.����7���� � ��= �������� � @��3����� ���� � ���,���2� ������������������ �F,� ������� ��� �, ��������������

� ������ ������ ����7����2�������*���� �����.��*���� ������,������ ��������� ��

/� ��,�� ��� ������- ����� ,���2� ������2�����������2��- ������������2��������� ���

���������� ��/���� ���� ����,������� ,������ ��,�����, �������� ���� ����� ��(���

�����������2��- ������������ ��E���� ��/��� ��*���������������������� ���� �����

���� �������������3����� � ��*�.������������������������������:������ � ��*��

�������F,� ������,����� �.�� ������������**������������� � ,���2� �����������

�,���.��., ��� ��,�� ��

A,�� ����� ��,� �����; ��� ��������������������� �����

3��� �����*���"����*���*�����,����(�����*�����,���������*�- ,���.���� �������

����������(�����������,��������������2��,�� �*��)������� ����4������� ��(�� �

�� ��,������ ��������������- ������������� ���������>��- ����������*�

��*�����,���� �.����� ��������� �*�������������>������� ����� � ��*�����2���4�

������ ������������*����� � �- ���������������*�.��- ��/�� �- �������������

����� �������� ������� �- ���������������� �� ������������ � ��*������,���

C���F,��*��������2��- ������������ ������� ��

Page 19: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������H� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

= ����(�������� � �.��A���(�@�� ��3��������7��� ���2������

��- ���"�

• �������������� �������� �����

���� ���.�����������

• (��������������� ���� �� �����*��

�������������� ,����

• ����*�� ������������� �.����

�����2����

• ������������

• 5� ��������� �*�����

• 3��2�������.� ���

�1 ��.�������.����������,��

(��� �� ����� �- �� �.2�� � � ��

���������� ����� �������� � ��

���� ��� .����� ���� �� (���

���7�� ���������� 0��- ��������

��� ������� ��������� .�� ����

2��2� � ���� ��� ��� ���� .��*�

�����������.��������������.��

���� �,*��� (��� ������� ����

����7� �� ���� - ������� ��������

� ��*���- �7��(�� � - ������ �

���7��� �� ���� ����� � ��� ����

�>�� 2��� ���� &��� ��2��� �� ���

���2������>���3�<�����3�4��

�� (��C/�� �*��� ���,��

������������������ �*���S�;���

�� S�;�� (�, � - ���� ���� �������

��� � ����� - ������� ����*�*������ ���,������� � ��� ���������� ���� �>�� ������������

.��������� � �������������������������� �- �7�������� �*�� � �����

Page 20: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

(������ ���������� �- ��������������������� �������� ��������� 0����� ����������

�- �����������,������� �����2����� �- � �� ��

��

�������������������� ���(�����**����F,���*����������, ����� ���2��- ����������� ��������� ���� �������� �

���*���"�

/ ���*�� �*���- ����,���- � �.�����*��, ���,����.�����*������'�*������2���������

- ,���.�������- ���0�.,����� ��������������,���*��, ���,��� ��������, ��������

*�� �*���- ��� ���2�������������� ��������� ��/ ���� � ���,���������������,*.���

���*� ����� �� �.���/��- ,���.��� �.����� ���������,��������� ���� ����� �

�,�������� � ���,����������������� �����**����������������,�����������������, ��

����� �,���������� �����,���.������������*�����,����

• (�������*���� ���.��������������� ���� �������������.������� ��������� �����

�E������

• ��������*����������*��������4�������������*���� ������ ��������,���*�����

�,*.��� ������ �����.���� �������8�� ������������.�����������.�����9��

Page 21: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

• ����E��*�������� ��������������������� �.��0�����,�����������������������

�*���������

• 5� ����������������� �� �.��� �����������2�������*������

• M *�������� �������� ,����� �������2������

• ����*�����2��,� ���������,� ��� ���������.���� �������

Page 22: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���� ��

/����*��, ���,��������� ����� �� �.��� �� *�����������,�� �������������� �

���� ����,*�� ��������� ������������������������2������������= �������� ��������� �

���� ������� �� �.��� �����3����� � ��*����� �*������������.���� ����������

- ���������.�������������*.���� �������������(�������*� � ��*�- ,��� ��������

&��� ��2��� �*�����������- ��������>���� ��� ��������������� �������*������ �����,��

��� ���F,��������������- ,�����7������������������������(������������������

�� ������� �����* �- � ��2������������ �� �� �*� ���0������ ��� ��������.���������

Page 23: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������<� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���������(��������� �.��������� ����������3��2�������.� ��������2��2��,� ��/�� *���� � �����

�������*���- � ���� ������� ��� �*����� ���� ��������,�� � ��� ��������

����� ��(���� ����2���� ������������������������ ��2�������.� ���������������

����� �- ����������� ����- ���������,���.��������2����������(�� � ��������� �������������

��������/���������*����.��- ��������.�� �������������� �*���� ���� �� ����� �����

��������.�� �������������� �������������� �*� ����������(�� �� � �����������������

������ ��2�� ������������������

� ������������� �����/��� ��*����������������������������*������������.��2��- ���, ��������3�����

���7������� �� ��(�� � ��������- ,�������������������,���� �*,������, ��������

�� ��������� �*������ ��� ����,� �� �� ����- � ��������2���,������������(�� ��,���.��

, ��� ������������� �,��� ����������� �����2�����

PLC Data:30/12/06: 15:12:20X0 1X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

PLC Data:30/12/06: 15:12:25X0 1X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

PLC Data:30/12/06: 15:12:30X0 0X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

PLC Data:30/12/06: 15:12:35X0 0X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

PLC Data:30/12/06: 15:12:40X0 1X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:20

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:25

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:40

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:30

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:350

1

Date/Time Changes

Data ChangesTrend Graph of Data/Time

PLC Data:30/12/06: 15:12:20X0 1X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

PLC Data:30/12/06: 15:12:25X0 1X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

PLC Data:30/12/06: 15:12:30X0 0X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

PLC Data:30/12/06: 15:12:35X0 0X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

PLC Data:30/12/06: 15:12:40X0 1X1 0X2 0X3 1Y0 101 1

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:20

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:25

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:40

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:30

Dat

a:30

/12/

06: 1

5:12

:350

1

Date/Time Changes

Data ChangesTrend Graph of Data/Time

Page 24: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���%�������"����(��� ��2�������.� ��*�������������� ����������- �7���.����������3����� � ��*��

������������� �*���������������������>��8����� ���������9�� ���,��������������

��2�������.� ��������- �7��������87�����9�7��� ���������.� ��- �7�����(���������

��� ����*����� �����������&��� ��2���8&>$ � ������ ������0�8&>$ � ���� � ��

&.:����>��7��������$*.������99��

Page 25: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������6� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

�� � ��!���� �' �(��,��

� ��3�����*��� ��� � �� ����>�0�'��- �7��**,��������*����0�����������

3 �- ������� �*����*����� � �- ��.��- ���

��������&��� �����.���� �������� ����, ��������3����� � ��*�� ������������� ���*���

�*��������� ��/��� ������ ���� �.��� �������� ���.�� �������- ���,����������

���� ���� � ���������,�� �.������7����������*���� ���� ��,���.������������� �

�����*�������*�������������0�� ����� ��,���������������������(���*����������0�- ��� �

,��- ���� ���� 0� ���� �,���������� ���, ������:,�����- � ��������*�����������

��������

PLC

OPC Server

Add

ress

Dat

a

RS232/484

or TCP/IP

Gen

esis

SC

AD

AP

acka

ge

Add

ed T

ext

PLC DRIVER

PLC Side

PC Side

CommunicationHEADER;Address;Data;X0.001;1;X0.002;0;X0.003;1;X0.004;1;TRAILER

A snap shot of the scan cycle with ONLY the Address and Data being transmitted from the PLC communication port with the 2D array flattened as shown below. This is done by starting in the top left going right and down to the next line, and so on.Address Data X0.001 1 X0.002 0 X0.003 1 X0.004 1

When transmitting data digitally the data is given a HEADER and all the items in the array are separated by a delimiter in this case a semicolon ‘;’ and the messageis ended with a TRAILING command used a the communication level.

Address Data

X0.001 1

X0.002 0

X0.003 1

X0.004 1

Item by item the address and data is copied and populated into the OPC SERVER Database

The driver running on the PC accepts the communication message and recompiles it into a 2D layout again

© John McGrory

The OPC kernel keeps the data updated and ensures the data is in set limits, alarming when necessary

AddressX001X002M001M002M003Y001Y002

Data1021326510

X001 X002

Y001

X003 END

X001 X002

Y001

X003 END

Ladder LogicScanCycle

Page 26: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������)� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���.����*��-��;���������!�����#����(������� �- �������2��������� �*��������������� ����� �*� �����,����:����� ��- �,����- ���

�����,����� �, ����������O?���0�5- �����?��P� ��,���� ���������3����� �, �

� ��� � �������� � � �� ���� �������� ��:���� *�����*���� �� �� ������� �� ��:����

������*���� >� �� ������ �� � ,�� �������� ��� � "� /��������0� ��������0� $���,���� ����

�� ,����$���� ���� ����:������ ����������� � ������� ���.���.��- ���������,��� *��

������� 7 �,������7�����������:,���,������

-����� �����.��� ��%�!�/��������� �� ��2������A, ��� ��� ��

�� = ������7����!�� �.������3�,���

<� $ ��.�� ��������:������������

�� �������������:����(��*�

6� 3���,��������:����& ����

)� ��� �*���� ����2��- �

��������� ��������"�

�� ��:���������

�� �� ,���������

<� !��������������

�� T ,�����������

6� �� 7������

)� ����������������

G� �**,������� ������

4� ���,��*���������

H� ��������- ��������3,������ ��

• �� ��������(���������� ��

• / ,����3����*���� �?�7��

• / ,������F,� �� ��/� �*������

• / ,������F,� �� ����� ����

• �������3,����������������

��� ��� �*���� ����2��- �

$���,���� �� A,��������2���.�� �

�� ����������������������:����2��"��

• (�*��������*�����

• � ��������*�����

• T ,������������*�����

• �������������*�����

• �� 7�������*�����

• / ,��������*�����

• ���,��*����������*�����

• �����������������*�����

<� ��� �*��**,������� �������*����

�� ,��� �� ��:������ ,��0�

Page 27: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������G� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

�� ��,*����������:���������2�����

�*������������ ����� �����

<� ��2��- ���:�����*��������

������ ���, ������ ���� � � ���� �� ��.���� � �� ������ ���� � � ������������ ����

������������� ������������0����*����0�����������0����� ����������������*.������

*�7�� ���� ���� � �� ,��� ��3*�� ��,����� ��:���� �,���� � - ���� ���� ,�� ����� ���

��� ���� � ������������ ��������� ��������- ����� ���������������� ���� ���� ������� �

���� ��7������ � ��� ���� � ��*���2���*�����(����*, �� ��2�� 2������ ��*����� �

�������� ��2�2��� ��� ���� ��2���*���� ���� �� 3� ��� � � �*������� �� ��2���� ���� , ��

��,*��� ���������- ���� ��� E��������������,���(���� ��0����� ���- �� ��*�������

�� 7���� ���� � ��*� �,� �� ���� �� ���� - �7���� �� - ���� ��,*������� � � �� �, ���

.� �����������������(��� ��- ����������� �����������������, �����������*�����:��� 0�

.,���������- � �*��������� ������� ,������������� � "�/��������0���������0�$���,����

������ ,��� �����:����������*����>� ���������

�� � ���:���U �� ����������.��*U 3���� � ,����U ����������������* �I�����������,�� �

A�����3��*U /����� ������ ��������2��������� VU 5- ������������� �.�����7�������������*�7���� � ��*U ?�����*��*� � �����������DU 3�- ������.�������������� ��7������� ��E*�7�������*��� ��������� �,���0�����.���.������*��������*�����������(������ ����

/*���*����������� ��� �,���U A,�������� �,�������0U �������- ����- � �����U ��������- ����- � ����U ������������� ��������� ����

(� �U ����7�������� ��� � ��*��*���� �- ����������� � �������:����U5- � ��� �����*��7�- � ����U?�����,���.���������*��2�����

3����

$��

�� � ���:���U �� ����������.��*U 3���� � ,����U ����������������* �I�����������,�� �

A�����3��*U /����� ������ ��������2��������� VU 5- ������������� �.�����7�������������*�7���� � ��*U ?�����*��*� � �����������DU 3�- ������.�������������� ��7������� ��E*�7�������*��� ��������� �,���0�����.���.������*��������*�����������(������ ����

/*���*����������� ��� �,���U A,�������� �,�������0U �������- ����- � �����U ��������- ����- � ����U ������������� ��������� ����

(� �U ����7�������� ��� � ��*��*���� �- ����������� � �������:����U5- � ��� �����*��7�- � ����U?�����,���.���������*��2�����

3����

$��

Page 28: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������4� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

��������� ���� ����� � � � ���,��� �� ���� ���� ��� �� ���� �2��,����� � � �������� ��

- ���� ���� - ���� �,.�� ���� ������ A,�� ����� ������������ ��,� � ���� �*����� � ���� �����

*�7����*� ��7� ��(���*���� ��*� ���� ��������� � � �� ������ �� ��� �� ���� ������ 0�

�� 7�� � *�������� ����.� ��� ��:������ ��������� /�� � � �*��������� �*��� � �������

�������,����� ���������� ����������� ���������,�� �8��������� �������*��� 9�.,��

�� ������� � �8�����*�7���� �.�2����� 0���- ������ ����� ���������� � �*�

��,�7 9�����.,������ C ��,��,�� ��

Page 29: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������H� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���.����9����� � �����������(�4��("����#����(������

Many types of communication exist between different entities in the real world. So lets discuses and analyse possible to develop ways in which these data can be communicated between different resources, whether it be a sensor, controller or actuator.

Take for example the analyses a simple model. Information or content (e.g. a message in natural language) is sent in some form (as spoken language) from a transmitter / sender/ encoder to a destination/ receiver/ decoder as shown in Figure 3.X. In a slightly more complex form a sender and a receiver are linked reciprocally. A particular instance of communication is called a speech act. Speech act is a technical term in linguistics and the philosophy of language emphasizing that "by saying something, we do something". Consider the following examples:

1. In saying, "Watch out, the ground is slippery", Peter performs the speech act of warning Mary to be careful.

2. In saying, "I will try my best to be at home for dinner", Peter performs the speech act of promising to be at home in time.

3. In saying, "Ladies and gentlemen, may I have your attention, please?", Peter requests the audience to be quiet.

4. In saying, "Can you race with me to that building over there?", Peter challenges Mary.

These examples show speech act functions.

In the presence of "communication noise" on the transmission channel (air, in this case), reception and decoding of content may be faulty, and thus the speech act may not achieve the desired effect as per Figure 6.1.

Figure 6.1 The Act of communication, by Luis Javier Rodriguez

Page 30: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Breaking the steps down into coding, transmission and decoding Figure 6.2 shows the communication components in more detail.

Figure 6.2 The Act of communication (Detailed)

Communication can be seen as processes of information transmission governed by three components:

1. Syntax (formal properties of signs and symbols).

Syntax relates to the rules of a language that show how the words of that language are to be arranged to make a sentence. For example “The woman is on the bus” can be interpreted as “The woman is [sitting in] on the bus”, or “The woman is on [the side of] the bus, or the woman is [sitting] on [top of] the bus”. This simple sentence can be interpreted in different ways. If the meaning is misunderstood then the communication has failed, even though the text of the message is the same.

2. Pragmatic (concerned with the relations between signs/expressions and their users).

Pragmatic relates to the practical consequences or real effects resulting from the communication. For example a person simply communicating an instruction saying “please do not touch that” (i.e. getaway in Dublin would suffice….) would interpreted differently by the end receiver if the pitch was changed to a loud sharper sound.

3. Semantic (study of relationships between signs and symbols and what they represent).

Semantic of a message relate to the meaning of the symbols (e.g. the words “bus”, “boat”, “hit” etc.) and is that meaning identical between the receiver and the sender. If a “bus” only relates to a “mini bus” in the mind of a receiver then when a “double Decker bus arrives there may be trouble?

A protocol is a convention or standard that controls or enables the connection, communication, and data transfer between two computing endpoints. In its simplest form, a protocol can be defined as the rules governing the syntax, semantics, and synchronisation of communication.

Page 31: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Bulb

Switch

Bulb

Switch

Figure 6.3 Simple switch

The formal description of syntax and semantics in a communication language is termed a protocol. Protocols may be implemented by hardware, software, or a combination of the two. At the lowest level, a protocol defines the behaviour of a hardware connection. But not all communication methods need to be as complex as the spoken language. Consider for example a simple switch as shown in Figure 6.3. In this case the communication relates to a switch turning on and off a light bulb, and the circuit being protected by the imaginary fuse for safety. This may seem simple because we all grew up and learnt from a young age what a light switch is and what it actually does. In fact we would spend hours as toddlers doing just that, switching on a switch on the wall but look in amazement at the light above our heads going on and off and thinking WOW that’s magic . But now remember that the user must know what a light switch is (semantic) and what its does (pragmatic) and also what the bulb is (semantic) and pragmatic what it does (pragmatic). In addition to this in light switch and bulb users mind they must have the Syntax that they want to turn it on or off. Remember the previous example person A was trying to describe during the communication with person B was a tree was. Try explaining to an Alien what a light bulb is and how to turn it on or off, would a learning process be in order? In Figure 6.4 a level in a tank is monitored by an Ultrasonic level sensor. The 4-20mA signal generated by the ultrasonic level sensor is used to communicate the height of liquid in the tank to the PLC. So the level is codified into 4-20mA and communicated to the PLC where the variable 4-20mA is digitised and stored in the PLC memory in bits ranging from 0000-1111. This conversion was all covered earlier so look again at the chapter. Then once the digital value is identified in the analogue to digital converter it can be scaled so it is meaning full to the controls. But again the PLC using this value in its control needs to be given the context Semantic, Pragmatic and Syntax of this signal. It is all done within the code developed by the programmer and how the program is executed. The PLC does not know what a level sensor does; it cannot explain what it is to anybody; or how it is used all it can do is display a value. So the communication of this data is not intelligent. Useful yes, but not intelligent.

Page 32: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

In Figure 6.5 a motorised valve is driven to a particular position using a 4-20mA signal. The operator chooses a scaled value which is converted into the digital bits ranging from 0000-1111. This value is then converted into an analogue signal of 4mA- which will be understood by the valve as a signal to fully close and 20mA- which will be interpreted by the valve as to fully open. But again the PLC providing control needs to be given the context Semantic, Pragmatic and Syntax of this signal. It is all done within the code developed by the programmer and how the program is executed. The PLC does not know what a motorised valve level sensor does; it cannot explain what it is to anybody; or how it is used all it can do is output a value. This can be demonstrated by changing the valve to a variable speed drive on a motor. The current arrangement will speed up the motor and slow it down but it does not know what is attached. So the communication of this data is not intelligent, useful yes, but not intelligent.

Electrical Current

Leve

l

4mA 20mA

0

10m

0m

10m Ultrasonictransducer

tuned to give4mA for 0m

level and20mA for a10m level

Electroniccircuit to

perform thelevel to mAconversion

Converting 1-10m range into 4-20mA Analog to Digital Conversion of 4-20mA

Communication is only via a variable mA signal

nothing more

Electrical Current

Bin

ary

4 bi

t

4mA 20mA

0000

1111

Level

Bin

ary

4 bi

t

0m 10m

0000

1111

Meters10.00����15

Meters9.33����14

Meters8.67����13

Meters8.00����12

Meters7.33����11

Meters6.67����10

Meters6.00����9

Meters5.33����8

Meters4.67����7

Meters4.00����6

Meters3.33����5

Meters2.67����4

Meters2.00����3

Meters1.33����2

Meters0.67����1

Meters0.00����0

RangeBINStep No

2��������������������������������������������������������������������

4

� ������ ������ ������ �����

Electrical Current

Leve

l

4mA 20mA

0

10m

0m

10m Ultrasonictransducer

tuned to give4mA for 0m

level and20mA for a10m level

Electroniccircuit to

perform thelevel to mAconversion

Converting 1-10m range into 4-20mA Analog to Digital Conversion of 4-20mA

Communication is only via a variable mA signal

nothing more

Electrical Current

Bin

ary

4 bi

t

4mA 20mA

0000

1111

Level

Bin

ary

4 bi

t

0m 10m

0000

1111

Meters10.00����15

Meters9.33����14

Meters8.67����13

Meters8.00����12

Meters7.33����11

Meters6.67����10

Meters6.00����9

Meters5.33����8

Meters4.67����7

Meters4.00����6

Meters3.33����5

Meters2.67����4

Meters2.00����3

Meters1.33����2

Meters0.67����1

Meters0.00����0

RangeBINStep No

2��������������������������������������������������������������������

4

� ������ ������ ������ �����

Figure 6.4 Analogue to digital conversion with scaling

Page 33: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<<� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

The three methods used above are all common ways for information to be transmitted from a sensor to a controller or from a controller to an actuator (e.g. VSD for fan or pump and valve or damper motors etc). But in each of the above examples a single cable is needed to be connected between the controller and either the sensor or actuator. However there is an alternative. In information technology, a packet is a formatted unit of data carried by a computer network. Computer network At the heart of any computer system is the fundamental concept used to transmit information between them. If we take for example the standard 8, 16 or 32bit used store information on a PC. How can this series of bits be transmitted to another computer? In Figure 6.6 a simple example is illustrated.

Electrical Current

Val

ve O

peni

ng

4mA 20mA

Closed Fully

Electronic circuit to perform the valve opening based on the 4-20mA signal

Converting 1-10m range into 4-20mA

Digital to Analog Conversion of 4-20mA

Communication is only via a variable mA signal

nothing more

Electrical Current

Bin

ary

4 bi

t

4mA 20mA

0000

1111

Opening in valve

Bin

ary

4 bi

t

Closed Open

0000

1111

3��������������������������������������������������������������������

1

� ������ ������ ������ �����

2������������������������������������

4�� ���������� ���������� ���������� ��������

Converting 1-10m range into 4-20mA

Aux Power

Open Fully

Electrical Current

Val

ve O

peni

ng

4mA 20mA

Closed Fully

Electronic circuit to perform the valve opening based on the 4-20mA signal

Converting 1-10m range into 4-20mA

Digital to Analog Conversion of 4-20mA

Communication is only via a variable mA signal

nothing more

Electrical Current

Bin

ary

4 bi

t

4mA 20mA

0000

1111

Electrical Current

Bin

ary

4 bi

t

4mA 20mA

0000

1111

Opening in valve

Bin

ary

4 bi

t

Closed Open

0000

1111

3��������������������������������������������������������������������

1

� ������ ������ ������ �����

2������������������������������������

4�� ���������� ���������� ���������� ��������

Converting 1-10m range into 4-20mA

Aux Power

Open Fully

Figure 6.5 digital to analogue to conversion with scaling

Computer 1 Computer 2

Serial communications with RS232

Computer 1 Computer 2

Serial communications with RS232

Figure 6.6 Serial Communication of a series of bits

Page 34: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Figure 6.7 D Flip-Flop

D flip-flop

The D Flip-Flop is a fundamental electronic component and its symbol is shown in Figure 6.7. It is made up NAND gates with an inverter and the actual behind the scenes of one D- Flip-Flop is shown in Figure 6.8. It is not within the scope of this course to cover the finer detail of the electronic component but simply give an overview so one could appreciate its important in networks and in general describe its operation. The Q output always takes on the state of the D input at the moment of a rising clock edge (or falling edge if the clock input is active low). It is called the D flip-flop for this reason, since the output takes the value of the D input or Data input, and Delays it by one clock count. The D flip-flop can be interpreted as a primitive memory cell, zero-order hold, or delay line. The truth table is illustrated in Table 6.1

Truth table:

Clock D Q Qprev

Rising edge 0 0 X

Rising edge 1 1 X

Non-Rising X constant

('X' denotes a does not matter condition, meaning the signal is irrelevant)

Table 6.1 D Flip-Flop Truth Table

4-bit shift register

These Flip-Flops are very useful, as they form the basis for shift registers, which are an essential part of many electronic devices. The advantage of the D flip-flop is that it "captures" the signal at the moment the clock goes high, and subsequent changes of the data line do not influence Q until the next rising clock edge. An exception is that some flip-flops have a 'reset' signal input, which will reset Q (to zero), and may be either asynchronous or synchronous with the clock. By connecting these Flip-Flops in particular

Clock

Bit

Clock

Bit

Figure 6.8 D Flip-Flop construction

Page 35: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<6� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

configurations it is possible to convert serial transmission of data over two wires into parallel which could be used in the PC to store data.

The above circuit in Figure 6.9 shifts the contents of the register to the right, one bit position on each active transition of the clock.

But we want to send an 8 bit piece of data stored in memory location, serialise it, transmit it down a two wire system, receive it on the other side and then write it into an 8bit memory location as shown in Figure 6.10.

The original computer example may look confusing when it shows three cores in the cable, but in fact one is a common ground (Pin 5). Of the other two one is for transmitting from computer 1 Pin 3 to the listening pin computer 2 Pin 2 and the other is from computer 2 Pin 3 transmitting to computer 1 Pin 3. Thus pin three crosses over to pin 2. The full termination set is shown in Figure 6.11.

1 or 0

For each clock pulse the bit which is a 1 or 0 is shifted to the right

1 or 0

For each clock pulse the bit which is a 1 or 0 is shifted to the right

Figure 6.9, 4 Bit Shift register

Figure 6.10, 8 Bit transmitter/receiver

Page 36: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<)� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

So there is a need for serial-to-parallel conversion, there is also a need for parallel-to-serial conversion. The parallel-in, serial-out register (AKA parallel-to-serial shift register, or shift-out register), however, is a bit more complex than its counterpart. Since each flip-flop in the register must be able to accept data from either a serial or a parallel source, a small two-input multiplexer is required in front of each input. An extra input line selects between serial and parallel input signals, and as usual the flip-flops are loaded in accordance with a common clock signal.

The shift-out demonstration circuit shown in Figure 6.12 is limited to four bits so it can fit horizontally on a reasonable page. This is also a practical size for commercial ICs. A 4-bit shift register with parallel and serial inputs and outputs will fit nicely into a 14-pin DIP IC.

In addition, this demonstration circuit introduces a new input: a mode control. The button labelled "S" indicates that the shift-out register is currently in serial mode. Thus, input signals present at the serial input just above the "S" button will be shifted into the register one by one with each clock pulse as shown in Figure 6.13. If you change the S to a P for parallel it will change state showing that the register now operates in parallel mode. This enables you to load the entire register at once from the parallel inputs just below the multiplexers. Thus, we can have a parallel input and a serial output. The inclusion of a serial input makes it possible to cascade multiple circuits of this type in order to increase the number of bits in the total register. This is common practice in real-world circuits.

RS232 Pin Assignments (DB9 PC signal set)

Pin 1 Received Line Signal Detector (Data Carrier Detect)

Pin 2 Received Data

Pin 3 Transmit Data

Pin 4 Data Terminal Ready

Pin 5 Signal Ground

Pin 6 Data Set Ready

Pin 7 Request To Send

Pin 8 Clear To Send

Pin 9 Ring Indicator

The connector on the PC has male pins, therefore the mating cable needs to terminate in a DB9/F (Female pin) connector.

Figure 6.11 Serial wiring

Page 37: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<G� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Because this circuit has both parallel and serial inputs and outputs, it can serve as either a shift-in register or a shift-out register. This capability can have advantages in many cases.

Packet mode computer network This fundamental communication method can be modified where the original is wrapped between a Header component and a Trailer component as shown in Figure 6.14. This would allow the capable of being connected in parallel to a series of different components such as level, temperature, pressure etc as shown in Figure 6.15. Although all devices are connected to the same line/wire and they are all listening to the same data on Pin 2, it is possible to use the header part of the network wrapper to address the message to a particular device. A protocol of the network could be for devices only to act on messages addressed to them. As all devices are listening only the device with the correct address accepts the message.

Figure 6.12 Serial wiring Flip-Flops

Figure 6.13 Parallel wiring Flip-Flops

Trailer10110010Header

End of message

Beginning of message

Trailer10110010Header

End of message

Beginning of message

Figure 6.14 Message Wrapping for Networks

Page 38: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<4� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Computer Networks A computer network is an interconnected group of computers. Computers can be connected in a number of different ways and a considerable amount of confusion has resulted in what constitutes a network. The term “computer” used here is a general term for a processor with an operating system (firmware) and a capability to send and/or receive data (e.g. computer, printer, server, router, PLC and controller) (i.e. a bag of processor chips connected together complete with an operating system). Each computer, printer, server and router can be considered a node on the network connected in some way so data can be communicated between nodes. Nodes do not include the wiring or connectors although they are used to connect nodes together. In its strict sense a node is a critical element of any computer network. It can be defined as a point in a network at which lines intersect or branch, a device attached to a network, or a terminal or other point in a computer network where messages can be created, received, or transmitted. A node can be any device connected to a computer network. Nodes can be computers, personal digital assistants (PDAs), mobile (cell) phones, switches, routers or various other networked devices. Protocols The formal way in the networks communicate is termed the network protocol. There are many different types, so many in fact there would not be enough time on the course to cover all of them. So a trimmed down version is given here. Broadcast Consider for example a group of students and a lecturer. This would be considered a broadcast type protocol.

Temperature Pressure LevelTemperature Pressure Level

Figure 6.15 Message Networks

Page 39: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����<H� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Pull If a device sends a message looking for information or a request for specific information would be considered a pull type protocol. Push Sending information whether asked or not would be considered a push. In some cases the broadcast is actually a push type protocol, but in a broadcast the receiver usually has subscribed to listen out for the broadcast. All students pay their fees attend lecturers have a licence to bore them….or you tune in to listen to a program on the radio. Pushed is where the information is forced upon you without subscribing. Peer-to-peer The peer-to-peer (P2P) is a protocol where two equally ranked computers communicate between one another. Both have equal read and write rights as shown in Figure 6.16.

Figure 6.16, Serial communications using an RS232 connection. Although this network may appear simplex a peer-to-peer network can be made quite complex too as shown in Figure 6.17.

Figure 6.17, Peer-to-Peer coms between six equal status computers. Some advantages of peer-to-peer networks:

1. An important goal in peer-to-peer networks is that all clients provide resources, including bandwidth, storage space, and computing power. Thus, as nodes arrive and demand on the system increases, the total capacity of the system also increases. This is not true of client-server architecture with a fixed set of servers, in which adding more clients could mean slower data transfer for all users.

Computer 1 Computer 2

Serial communications with RS232

Computer 1 Computer 2

Serial communications with RS232

Page 40: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

2. The distributed nature of peer-to-peer networks also increases robustness in case of failures by replicating data over multiple peers, and -- in pure P2P systems -- by enabling peers to find the data without relying on a centralised index server. In the latter case, there is no single point of failure in the system.

Pure peer-to-peer networks do not have the notion of clients or servers, but only equal peer nodes that simultaneously function as both "clients" and "servers" to the other nodes on the network. This model of network arrangement differs from the client-server model where communication is usually to and from a central server. The term server and client-server are sometimes confused. Client-Server The term Client-Server relates to a particular type of software architecture rather than an actual server system. Client/server describes the relationship between two computer programs in which one program, the client, makes a service request from another program, the server, which fulfils the request. Although the client/server concept can be used by programs within a single computer, it is a more important idea in a network. In a network, the client/server model provides a convenient way to interconnect programs that are distributed efficiently across different locations. Computer transactions using the client/server model are very common. For example, to check your bank account from your computer, a client program in your computer forwards your request to a server program at the bank. That program may in turn forward the request to its own client program that sends a request to a database server at another bank computer to retrieve your account balance. The balance is returned back to the bank data client, which in turn serves it back to the client in your personal computer, which displays the information for you. It is not necessary that the client is a Person Computer (PC) and that the Server is an actual Server, it is just the way in which the computers communicate. Characteristics of a client

• Request sender is known as client

• Initiates requests

• Waits for and receives replies.

• Usually connects to a small number of servers at one time

• Typically interacts directly with end-users using a graphical user interface

Characteristics of a Server

• Receiver of request which is sent by client is known as server

• Passive (slave)

• Waits for requests from clients

• Upon receipt of requests, processes them and then serves replies

• Usually accepts connections from a large number of clients

Page 41: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

• Typically does not interact directly with end-users Master/slave Master/slave is another model for a communication protocol where one device or process has unidirectional control over one or more other devices. Once a master/slave relationship between devices or processes is established, the direction of control is always from the master to the slaves. In some systems a master is elected from a group of eligible devices, with the other devices acting in the role of slaves.

• In a client-server relation although they are different protocols, the client is the master, and the server is the slave.

• In database replication, the master database is regarded as the authoritative source, and the slave databases are synchronised to it.

• Peripherals connected to a bus in a computer system.

• A series of diesel locomotives is often used in tandem to pull heavy loads, or to ascend and descend steep mountains. The first engine in the front is the master, and the other engines (often completely without a cab with controls for the engineer) are the slaves.

The client/server model has become one of the central ideas of network computing. Most business applications being written today use the client/server model. So does the Internet's main program, TCP/IP. In marketing, the term has been used to distinguish distributed computing by smaller dispersed computers from the "monolithic" centralised computing of mainframe computers. But this distinction has largely disappeared as mainframes and their applications have also turned to the client/server model and become part of network computing.

In the usual client/server model, one server, sometimes called a daemon, is activated and awaits client requests. (A daemon is a program that runs continuously and exists for the purpose of handling periodic service requests that a computer system expects to receive. The daemon program forwards the requests to other programs (or processes) as appropriate.) Typically, multiple client programs share the services of a common server program. Both client programs and server programs are often part of a larger program or application. Relative to the Internet, your Web browser is a client program that requests services (the sending of Web pages or files) from a Web server (which technically is called a Hypertext Transport Protocol or HTTP server) in another computer somewhere on the Internet. Similarly, your computer with TCP/IP installed allows you to make client requests for files from File Transfer Protocol (FTP) servers in other computers on the Internet.

Page 42: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Scale

Based on their scale, networks can be classified as

(1) Personal Area Network (PAN) (2) Local Area Network (LAN) (3) Campus Area Network (CAN) (4) Metropolitan Area Network (MAN) (5) Wide Area Network (WAN) (6) Global Area Network (GAN)

Internetwork What is an “Internetwork”? An internetwork is a collection of individual networks, connected by intermediate networking devices, that functions as a single large network. Internetworking refers to the industry, products, and procedures that meet the challenge of creating and administering internetworks. But what is the issue in doing this? Some of the difficulty arises in these types of systems when two or more networks were separately developed, perhaps using different protocols and a piecemeal connection between the systems exists. Scaling up this type of venture is going to be troublesome and problematic. What is needed is standardisation of the act of data communication. The Open Systems Interconnection (OSI) reference model was defined over three decades ago, but the necessary protocols did not become standards until the late eighties (‘80s). The implementations of pure OSI networks are therefore of recent date, and are not too common. It is made up of seven separate layers. Meanwhile Transmission Control Protocol (TCP) and the Internet Protocol (IP) (AKA TCP/IP) has been used for a long time and is the main method to connect to the Internet by every computer on the planet. The mere presence of a working network gives TCP/IP a distinct advantage over OSI. Since Internet protocol implementations not only exist, but are widespread, while OSI is in its infancy, today's problem is how to make the two types of network interact. The ISO layered structure as shown in Figure 6.18 is designed to be implemented on every node in a network with the application or user interfacing at layer 7 and the physical transmission medium being specified by layer 1. Each of the protocol layers will now be described in turn. The service specifications will not be described. Remember that each layer links to its corresponding layer and operates on both outgoing and incoming messages in a parallel but reverse mode.

Page 43: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������<� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Figure 6.18, ISO/IEC JTC1 Seven Layer Model.

The physical layer (No. 1) As its name suggests, the physical layer specifies cables, plugs, modems and similar hardware to link nodes as well as means of connection and disconnection. It is also concerned with standards for modulating outward signals and demodulating received signals, the form of the data transmitted between the nodes as well as the control signals that determine the timing and order of the transmission. It will also error check at the bit level, ensuring that when one side sends a 1 bit, it is received by the other side as a 1 bit, not as a 0 bit. Among other standards which are used here are the American Electrical Industries Association RS 232C, 422 and 423 and the CCITT's V24 mentioned in connection with packet switched networks. The data link layer (No. 2) The data link layer is divided into two sub layers, media access control and logical link control. Media access implements one of the access protocols (e.g. Ethernet CSMA/CD, token ring, token bus). The logical link manages the physical links of layer 1. One of its service functions is to request a link when something is to be transmitted. Its implementation varies depending on how it is specified. It can operate in two ways, connectionless or connection oriented. In connection oriented, the layer both transmits and cheeks the transmission has been received and is error-free, it assembles (or disassembles) data packets received from layer 3 into suitably sized data frames, typically a few hundred bytes, addresses the frame with headers and tails and transmits them sequentially, also adding the acknowledgement to be sent back by the receiver to the sender. It is responsible for ensuring the path between nodes is error-free. Incoming, it takes a raw transmission addressed to it, transforms it into a data sequence that appears free of transmission errors for the network layer and sends on the acknowledgement. In the connectionless mode, the data is simply broadcast to the network with no sequencing, control or error checking.

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application

Layer 1

Layer 5

Layer 6

Layer 7

Layer 4

Layer 3

Layer 2

Physical

Data Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application

LayersProtocol

Interface Interface

Physical link

Page 44: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �������� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

The network layer (No. 3) The network layer is concerned with setting up and controlling the communication route between nodes, which may be on the same network or, more importantly, on a linked or sub network, irrespective of the size of the total combined network. It adds a network header with the destination address, ensuring the routing of the packets is expedited and that the packets are routed from source to destination so as to avoid bottlenecks. The larger the network, the more demanding is this task. The transport layer (No. 4) The transport layer has control of the transmission once a link is established across a network(s). It accepts data from the session layer, splits it up into packets if need be, then passes them to the network layer. It reassembles incoming packets into messages. It must also ensure that all the pieces arrive correctly at the other end and it can have significant transmission error recovery functions, depending on the implementation. The function of the transport layer is to provide a network-wide, error-free service to the session layer. The session layer (No. 5) The session layer allows two applications layers (on different nodes) to establish sessions between them. It then manages the dialogue between the nodes, providing synchronisation and interaction management facilities. It has a range of facilities to enable different application needs to be handled and it should ensure efficiency in handling the communication. A session might be used to allow a user to log into a remote time-sharing system or to transfer a file between two machines. This description suggests a direct link between the session layer and the application layer. Functionally this is true, as will be appreciated once the role of the presentation layer is explained. The presentation layer (No. 6) The presentation layer performs functions concerned with the syntax and semantics of the information transmitted and how the information is presented to the application layer. Different computer manufacturers represent information in different ways. For a session dialogue or transmission to be successful, the format or syntax of the data being transmitted has to be negotiated and agreed. Once agreed, the layer will convert the data into the syntax which has been agreed for transmission and into the appropriate format for the application layer. This could include encrypting the data to give a secure transmission. The presentation layer establishes what this language shall be then performs the necessary translations. The application layer (No. 7) As its name suggests, the application layer provides the interface to applications, both hardware and software. It contains a variety of protocols for services that are commonly needed.

But what is the difference between the Open System Interconnection and the Internet Protocol. The lower layers in network architectures provide services that make it possible to connect two end-systems, to send data between them, and to perform error checking and resend erroneous data. In other words, the lower layers offer the service of moving data between two systems. The lower layers of the OSI and Internet (TCP/IP) protocol suites can be compared, although the services provided are not placed at exactly the same layers in the two protocols. The lower layers in network architectures provide services that make it possible to connect two end-systems, to send data between them, and to perform error checking and resend erroneous data. In other words, the lower layers offer the service of moving data between two systems. The lower layers of the OSI and Internet (TCP/IP) protocol suites can be compared, although the services provided are not placed at exactly the same layers in the two protocols. The table below shows the Internet protocols roughly positioned in the OSI model framework. Table as part of 6.19 shows the Internet protocols roughly positioned in the OSI model framework.

Page 45: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������6� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Basic IP Routing Classed IP Addressing and the Use of Address Resolution Protocol (ARP)

Consider a small internal TCP/IP network consisting of one Ethernet segment and three nodes. The IP network number of this Ethernet segment is 200.1.2. The host numbers for A, B, and C are 1, 2, and 3 respectively. These are Class C addresses, and therefore allow for up to 254 nodes on this network segment.

Each of these nodes has a corresponding Ethernet address, which are six bytes long. They are normally written in hexadecimal form separated by dashes (02-FE-87-4A-8C-A9 for example).

In Figure 6.20. of a single network and subsequent diagrams, the network number portion of the IP address is emphasised by showing it in red.

Suppose that A wanted to send a packet to C for the first time, and that it knows C's IP address. To send this packet over Ethernet, A would need to know C's Ethernet address.

OSI TCP / IP

Application (Layer7)

Presentation (Layer6) Session (Layer 5)

Application

Transport (Layer 4)

Transport

Network (Layer 3)

Internet

Data Link (Layer 2) Physical (Layer 1)

Subnet

Figure 6.19, TCP/IP Verses ISO Layers

Page 46: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������)� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Figure 6.20, Single network

The Address Resolution Protocol (ARP) is used for the dynamic discovery of these addresses [1].

ARP keeps an internal table of IP address and corresponding Ethernet address. When A attempts to send the IP packet destined to C, the ARP module does a lookup in its table on C's IP address and will discover no entry. ARP will then broadcast a special request packet over the Ethernet segment, which all nodes will receive. If the receiving node has the specified IP address, which in this case is C, it will return its Ethernet address in a reply packet back to A. Once A receives this reply packet, it updates its table and uses the Ethernet address to direct A's packet to C. ARP table entries may be stored statically in some cases, or it keeps entries in its table until they are "stale" in which case they are flushed.

Consider now two separate Ethernet networks that are joined by a PC, C, acting as an IP router (for instance, if you have two Ethernet segments on your server) as shown in Figure 6.21.

Device C is acting as a router

between these two networks. A router is a device that chooses different paths for the network packets, based on the addressing of the IP frame it is handling. Different routes connect to different networks. The router will have more than one address as each route is part of a different network.

Since there are two separate Ethernet segments, each network has its own Class C network number. This is necessary because the router must know which network interface

Figure 6.21, Double network with router

Page 47: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������G� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

to use to reach a specific node, and each interface is assigned a network number. If A wants to send a packet to E, it must first send it to C who can then forward the packet to E. This is accomplished by having A use C's Ethernet address, but E's IP address. C will receive a packet destined to E and will then forward it using E's Ethernet address. These Ethernet addresses are obtained using ARP as described earlier.

If E was assigned the same network number as A, 200.1.2, A would then try to reach E in the same way it reached C in the previous example - by sending an ARP request and hoping for a reply. However, because E is on a different physical wire, it will never see the ARP request and so the packet cannot be delivered. By specifying that E is on a different network, the IP module in A will know that E cannot be reached without having it forwarded by some node on the same network as A.

Wireless local area network A wireless LAN or WLAN or wireless local area network is the linking of two or more computers or devices using invisible radio waves by amplitude or frequency modulation or both as shown in Figure 6.22. It is only layer 1The IEEE 802.11 (Wi-Fi) standard covers this area in more depth with 802.11a (5 GHz) and 802.11g (2.4 GHz) being two of the frequencies being used. An example of modulation and demodulation is shown in Figure 6.23.

Frequency is twice that of the other

Frequency Change

Amplitude is different

Amplitude Change

Frequency is twice that of the otherFrequency is twice that of the other

Frequency Change

Amplitude is different

Amplitude Change

Figure 6.22, Frequency or amplitude modulation

Page 48: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������4� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Connections within the wireless network can be peer-to-peer or distributed network. Peer-to-peer is where communications is established between one device and another directly. An example of this is Bluetooth as shown in Figure 2.24. A distributed network is where wireless stations are connected together and made to work harmoniously as shown in Figure 6.25. All components that can connect into a wireless medium in a network are referred to as stations. All stations are equipped with wireless network interface cards. Wireless stations fall into one of two categories: access points, and clients. Access points (APs), normally routers, are base stations for the wireless network. They transmit and receive radio frequencies for wireless enabled devices to communicate with. Wireless clients can be mobile devices such as laptops, personal digital assistants, IP phones, or fixed devices such as desktops and workstations that are equipped with a wireless network interface

Figure 6.23, Modulation and Demodulation

Figure 6.24, Peer to Peer

Page 49: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � ������H� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Bridge: A bridge can be used to connect networks, typically of different types. A wireless Ethernet bridge allows the connection of devices on a wired Ethernet network to a wireless network. The bridge acts as the connection point to the Wireless LAN. Roaming: Roaming is where a computer can connect from one router to another within the confines of a local area network, but in some cases it can also permit a computer connect from one LAN to another. Mobile IP is a protocol developed to manage that type of system. Mobile IP (or MobileIP) is an Internet Engineering Task Force (IETF) standard communications protocol that is designed to allow mobile device users to move from one network to another while maintaining a permanent IP address. Mobile IPv4 is described in IETF RFC 3344. A comparison of wireless layers are shown in Figure 6.26.

Figure 6.25, Distributed wireless network

PLC Low PwrRF

ExtendedHBS

IrDAControl LonTalk®

PLC Low PwrRF

TwistedPair IrDA Low Pwr

RF

UDP/IP

Bluetooth® Ethernet

Bluetooth®

UDP/IPEthernet/IEEE802.3

WLAN

UDP/IPIEEE802.11

IEEE802.11bLayer 3: NetworkLayer 2: Data LinkingLayer 1: Physical

PLC Low PwrRF

ExtendedHBS

IrDAControl LonTalk®

PLC Low PwrRF

TwistedPair IrDA Low Pwr

RF

UDP/IP

Bluetooth® Ethernet

Bluetooth®

UDP/IPEthernet/IEEE802.3

WLAN

UDP/IPIEEE802.11

IEEE802.11bLayer 3: NetworkLayer 2: Data LinkingLayer 1: Physical

Figure 6.26, Wireless Layers

Page 50: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����6�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

�FieldBus Networks Computers should not be considered the only devices that are connected together using networks whether it is peer-to-peer, pull, push, client/server, master/slave or wireless. These network connection concepts can also be successfully used by devices using in the automation and control such as temperature sensors, level sensors, damper motors and valves etc. The main difference between interconnecting between computers and interconnecting between devices for automation and control is that the latter usually does not send that much information from one device to another (i.e. a temperature, level, drive, valve or motor etc. where a computer connected to the internet can be exchanging enormous amounts of information in many formats. So remember the old analogue technology where data was sent as a reference to the mA or DC voltage. Analogue signals are used to transmit data (or at least an inference to data values). Another important note that the incoming signals needed to be tuned purely for the method of transmission. Take a sensor for level measurement as shown in Figure 6.27. The level sensor correlates the level to an electrical current, say 4-20mA. The sensor gives 4mA when the tank is empty or 0meters and will give a 20mA when the tank is 10meters full. This current is transmitted via a cable to the PLC. The current is then converted from the analogue current to a digital signal that can be correlated back to the level in the tank. But the 4-20mA is purely used for the transmission of the level value. It is not possible to send more than one signal down the cable thus there needs to be a direct connection from each sensor to the controller.

Figure 6.27 4-20mA Signal transfer in a PLC System Although the mA cable from the sensor is normally screened it is possible for signals to interfered with by components such as mobile phones or magnetic interference as shown in the Figure 6.27 (right side). This could increase or decrease the correlated level at the PLC giving an incorrect reading. The dangers of this are obvious. In addition to this interference problem it is important that these values are tuned or calibrated twice a year. But just for a moment consider the cost. If it takes 45 minutes to check one analogue value, and if there were 20 analogue devices to check it would take

Electrical Current

Leve

l

4mA 20mA0

10m

0m

10m Ultrasonictransducer

tuned to give4mA for 0m

level and20mA for a10m level

Electroniccircuit to

perform thelevel to mAconversion

Now we are in a mA (current) format PLC

Analogue to Digital Conversion in thePLC so it can be saved to a memory

location and processed

Ele

ctric

al C

urre

nt

01010101

mA

Digital

Electrical Current

Leve

l

4mA 20mA0

10m

0m

10m Ultrasonictransducer

tuned to give4mA for 0m

level and20mA for a10m level

Electroniccircuit to

perform thelevel to mAconversion

Now we are in a mA (current) formatPLC

Analogue to Digital Conversion in thePLC so it can be saved to a memory

location and processed

Ele

ctric

al C

urre

nt

01010101

mA

Digital

Interference couldincrease ordecrease thecurrent levelbefore A/D thusgiving an incorrectdigital level

Page 51: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����6�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

20x45mins = 16 hrs, and this is done twice a year it equates to 32hrs/year. If a person is working 8 solid hrs/days and all went well with the calibration then it would take four days. Just to place that in context of costs 1 technician would could cost €40/hr (including PRSI and insurance), therefore 32hrs x €40/hr = €1280. Because the 4-20mA signal is used to correlate the level we cannot calibrate the sensor in the field. Some analogue devices/instruments can be calibrated near the PLC such as smart devices but not through the PLC itself. By the way level is only one of the values communicated to a PLC or controller in this way. Other would be weight, flow, temperature and density etc. The fieldbus system is different it sends packets of information around the network in a similar way as that explained earlier in this section. The sample frame shown in Figure in 6.28 is only one example, in this case ProfiBus used here for illustration purposes, but most digital systems are very similar. Figure 6.29 and 6.30 illustrate the difference between the installations of analogue and Fieldbus networks.

Request Frame

Response Frame

Frames

SRD-Request, variable length of user data

DP

-Sla

ve

DP

-Mas

ter

Imm

edia

teR

espo

nse

Syn = Synchronization TimeSD2 = Start Delimitter 2LE = Length

DU = Data UnitFCS= Frame Check SequenceED = End Delimitter

LEr = repeated LengthDA = Destination AddressSA = Source AddressFC = Function Code

SRD-Response, variable lenght of user data

DP

-Mas

ter

Header Trailer

Trailer Header

Input Data

DP

-Sla

ve

SYN SD2 LE SD2 DA SA FC DU FCS EDLEr

SD2 LE LEr DA SA FC DU FCS EDSD2

Output Data

Principle of user data transferPrinciple of user data transfer

Terminal blocks

Distributor

Separationpower supply

Terminal block

Distr. Distr.

Figure 6.29. 4-20mA Installation for approximately 800 I/O

Page 52: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����6�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Mitsubishi, Siemens, ABB, Bartec, Honeywell, Sampson, Omron and Allen Bradley and many more manufactures developed their own form of field bus. Some worked together and others worked alone. Although the equipment was easier to configure it was still difficulty for the purchaser to interchange manufacturer’s equipment. Such as a pressure gauge from ABB to a Honeywell heating controller and so on. Installers would have to purchase many field bus systems. Recent advances have introduced Open Field Bus Systems which is supported by many manufactures and is a European standard making it easier to work with. Such a standard is the EN50170. Cable Cost Savings

Figure 6.30 Bus installation for approx. 2,500 I/O

Buscycle-time

< 1000 ms

Main Factory Computer Network

Area-controller

Sensor

High Level Network

Cell-controller MAC

PC/VME

Ex Network

Sensor

DCS

Drive

MFielddevice

A/D D/A I/O Sensor

HIGH LEVEL AND LOW LEVEL NETWORKS

Trans-mitter

Fielddevice

Ex Network

PLC

Field-level

Buscycle-time

< 100 ms

Cell-level

Buscycle-time

< 10 ms

Factorylevel

VME/PCHazardous

Area

Typical Fieldbus System

Figure 6.31 Bus hierarchy

Page 53: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����6<� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Fermentation and storage tankCost comparison 2nd phaseCost Comparison (DM)

PROFIBUS-PA 4....20mA Technique

Central Rackwith IM308C

DP/PA Coupler

T-Connectors

357pcs Additional costs PA devices 24.656357pcs T-Connectors for PA connection 28.560 8pcs PROFIBUS-DP Interface Cards IM308C 13.520 20pcs DP/PA Segment Couplers 23.600 28pcs Profibus Connectors 2.240 1pcs Cabinet DP/PA Coupler 2.0003.940m PROFIBUS-PA cable (incl. mounting) 18.557 357x2 Cable connections 9.246

Planning (29 sheets) 8.000Mounting 10.710Setup 10.000

_______Total 1 (100%) 151.089Software Level + Density 36.000

_______Total 2 (100%) 187.089

2pcs External Racks S5-EG 183U 7.100 20pcs Analogue Input Cards 16AE 20.448 6pcs Analogue Output Cards 8AA 12.926 2pcs Cabinets with analogue terminals 11.00028.270m Cable LIYCY 4x0,5 (incl. mounting) 97.814 357x2 Cable connections 9.246

Planning (179 sheets) 20.000Mounting 10.710Setup 12.500Total 1 (133%) 201.744

48pcs Level+Density analogue devices 168.000 2pcs Cabinets for Level+Density 4.000

Planning (60 sheets) 8.000

_______ Total 2 (204%) 381.744

Central Rack with external Rack connection

External Rack with analogue Input / Output Cards

Terminal racks

Project start Jan. 1997

Instrumentation and Controlvolume 5 Mio DM

EngineeringCommuwin II

1,000 PROFIBUS-PASensors + Actuators

Tank farmreactor

Reactor

(700 ...)

14 Buffertanks

(30 devices)

Zone 0+

Zone 1

Tank farm(300 devices)

Visualisation

PCSTeleperm M

Control room

PROFIBUS-DP RS 485

DanfossAC MotorSpeedControllerTMD 834

Deltapilot S

On / Off valvesBürkert

Promass 63

Control valvesSamson

PR

OFIB

US

-PA

IEC

1158-2

Segmentcoupler

Application -Chemical, Cologne

Figure 6.33 Bus example

Page 54: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����6�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

Advantages of Fieldbus (a) Enormous savings in design and implementation costs and offers significant

benefits for factory integration and M.I.S. (b) Massive reduction in wiring costs and hardware requirements as several analogue

signals can be communicated on one communication channel. (c) Reduction in development costs. (d) Improved data information services. Remote diagnostics facilitates maintenance

systems. (e) Distributed control non proprietary. (f) Best choice of equipment from multiple vendors (open standard). (g) Improved suitability for hazardous environment installations. (h) Facilitates JIT, CIM, World Class Manufacturing, etc.

Page 55: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����66� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

The following fieldbus charts compare the key characteristics between the different types of networks available. THE FIELDBUS COMPARISON CHART

BACKGROUND INFORMATION

Fieldbus Name Technology Developer

Year Introduced Governing Standard Openness

PROFIBUS DP/PA Siemens DP-1994, PA-1995 EN 50170 / DIN 19245 part 3(DP) /4 (PA), IEC 1158-2 (PA)

ASICs from Siemens and Profichip, Products from over 300 vendors

INTERBUS-S Phoenix Contact, Interbus Club

1984 DIN 19258 EN 50.254

Products from over 400 manufacturers

DeviceNet Allen-Bradley March 1994 ISO 11898 &11519 17 chip vendors, 300+ product vendors, Open specification

ARCNET Datapoint 1977 ANSI/ATA 878.1 Chips, boards, ANSI docs

AS-I AS-I Consortium Fall 1993 Submitted to IEC AS-II.C. Market item

Foundation Fieldbus H1 Fieldbus Foundation 1995 ISA SP50/IEC 61158 Chips/software/products from multiple vendors

Foundation Fieldbus High Speed Ethernet (HSE) Fieldbus Foundation In development - lab test phase,

Prelim spec available to members IEEE 802.3u RFC for IP, TCP & UDP

Multitude of suppliers for Ethernet components, Extremely low cost

IEC/ISA SP50 Fieldbus

ISA & Fieldbus F. 1992 - 1996 IEC 1158/ANSI 850 Multiple chip vendors

Seriplex APC, Inc. 1990 Seriplex spec Chips available multiple interfaces

WorldFIP WorldFIP 1988 IEC 1158-2 Multiple chip vendors

LonWorks Echelon Corp. March 1991 Public documentation on protocol

SDS Honeywell Jan., 1994 Honeywell Specification, Submitted to IEC, ISO11989

17 chip vendors, 100+ products

ControlNet Allen-Bradley 1996 ControlNet International Open Specification, 2 Chip Vendors

CANopen CAN In Automation 1995 CiA 17 chip vendors, 300 product vendors, Open specification

Ethernet DEC, Intel, Xerox 1976 IEEE 802.3, DIX v. 2.0 Multitudes of Chips and Products

Modbus Plus Modicon Proprietary, requires license/ASICs

Modbus RTU/ASCII Modicon EN 1434-3 (layer 7) IEC 870-5 (layer 2)

Open specification, no special hardware required

Remote I/O Allen-Bradley 1980 Proprietary

Data Highway Plus (DH+) Allen-Bradley Proprietary

Table 6.33

Page 56: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����6)� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

PHYSICAL CHARACTERISTICS Fieldbus Name

Network Topology Physical Media Max. Devices (nodes) Max. Distance

PROFIBUS DP/PA Line, star & ring Twisted-pair or fiber 127 nodes (124 slaves - 4 seg, 3 rptrs) + 3 masters

100m between segments @ 12Mbaud; 24 Km (fiber) (baudrate and media dependent)

INTERBUS-S Segmented with "T" drops Twisted-pair, fiber, and slip-ring 256 nodes 400 m/segment, 12.8 Km total

DeviceNet Trunkline/dropline with branching

Twisted-pair for signal & power 64 nodes 500m (baudrate dependent) 6Km w/ repeaters

ARCNET Star, bus, distributed star Coax, Twisted-pair, Fiber 255 nodes Coax 2000 feet; Twisted pair 400 feet; Fiber 6000 Feet

AS-I Bus, ring, tree star, of al Two wire cable 31 slaves 100 meters, 300 with repeater

Foundation Fieldbus H1

Star or bus Twisted-pair, fiber 240/segment, 65,000 segments 1900m @ 31.25K wire

Foundation Fieldbus HSE Star Twisted-pair, fiber IP addressing - essentially

unlimited 100m @ 100Mbaud twisted-pair 2000m @ 100Mbaud fiber full duplex

IEC/ISA SP50 Fieldbus

Star or bus Twisted-pair fiber, and radio IS 3-7 non IS 128

1700m @ 31.25K 500M @ 5Mbps

Seriplex Tree, loop, ring, multi-drop, star 4-wire shielded cable 500+ devices 500+ ft

WorldFIP Bus Twisted-pair, fiber 256 nodes up to 40 Km

LonWorks Bus, ring, loop, star Twisted-pair, fiber, power line 32,000/domain 2000m @ 78 kbps

SDS Trunkline/Dropline Twisted-pair for signal & power 64 nodes, 126 addresses

500m (baudrate dependent)

ControlNet Linear, Tree, Star, or Combination Thereof Coax, fiber 99 nodes

1000m (coax) 2 nodes 250m with 48 nodes 3km fiber; 30km fiber w/ repeaters

CANopen Trunkline/Dropline Twisted Pair + optional Signal & Power 127 Nodes 25-1000m (baudrate dependent)

Industrial Ethernet Bus, Star, Daisy-Chain Thin Coax, Twisted Pair, Fiber; Thick Coax (rare)

1024 nodes, expandable to more via Routers

Thin: 185m 10 Base T (Twisted Pair): Max 100m long (90 metres horizontal cable, 5m drops, 1m patch) Max 4 hubs/repeaters between nodes 4Km distancs w/o routers Fiber: 100 Base FX 400m 2.5 Km multi mode w/o Switches; 50 Km mono mode w/ Switches

Modbus Plus Linear Twisted Pair 32 nodes per segment, 64 max 500m per segment

Modbus RTU/ASCII

Line, star, tree Network w/ segments Twisted Pair 250 nodes per segment 350m

Remote I/O Linear Trunk Twinaxial 32 nodes/segment 6 km

DH+ Linear Trunk Twinaxial 64 nodes/segment 3 km

Table 6.34

Page 57: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����6G� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

TRANSPORT MECHANISM

Fieldbus Name

Communication Methods

Transmission Properties

Data Transfer Size

Arbitration Method

Error Checking

Diagnostics

PROFIBUS DP/PA

Master/slave peer to peer

DP: 9.6, 19.2, 93.75, 187.5, 500 Kbps, 1.5, 3, 6, 12 Mbps PA: 31.25 kbps

0-244 bytes Token passing HD4 CRC Station, module & channel diagnostics

INTERBUS-S Master/slave with total frame transfer

500kBits/s, full duplex

1-64 Bytes data 246 Bytes Parameter 512 bytes h.s., unlimited block

None 16-bit CRC Segment location of CRC error and cable break

DeviceNet Master/slave, multi-master, peer to peer

500 kbps, 250 kbps, 125 kbps

8-byte variable message with fragmentation for larger packets

Carrier-Sense Multiple Access w/ Non-Destructive Bitwise Arbitration

CRC check Bus monitoring

ARCNET Peer to peer 19.53K to 10M 0 to 507 bytes Token passing 16-bit CRC Built in Acknowledgements at Datalink layer

AS-I Master/slave with cyclic polling

Data and power, EMI resistant

31 slaves with 4 in and 4 out

Master/slave with cyclic polling

Manchester Code, hamming-2

Slave fault, device fault

Foundation Fieldbus H1

Client/server publisher/ subscriber, Event notification

31.25 kbps 128 octets Scheduler, multiple backup

16-bit CRC Remote diagnostics, network monitors, parameter status

Foundation Fieldbus HSE

Client/Server, Publisher/Subscriber, Event Notification

100Mbps Varies, Uses Standard TCP/IP CSMA/CD CRC

IEC/ISA SP50 Fieldbus

Client/server Publisher/ subscriber

31.25 kbps IS+1, 2.6, 5 Mbps

64 octets high & 256 low priority

Scheduler, tokens, or master

16-bit CRC Configurable on network management

Seriplex Master/slave peer to peer

200 Mbps 7680/transfer Sonal multiplexing End of frame & echo check

Cabling problems

WorldFIP Peer to peer 31.25 kbps, 1 & 2.5 Mbps, 6 Mbps fiber

No limit, variables 128 bytes

Central arbitration 16-bit CRC, data "freshness" indicator

Device message time-out, redundant cabling

LonWorks Master/slave peer to peer

1.25 Mbs full duplex 228 bytes Carrier Sense, Multiple Access

16-bit CRC Database of CRC errors and device errors

SDS Master/slave, peer to peer, multi-cast, multi-master

1Mbps, 500 kbps, 250 kbps, 125 kbps

8-byte variable message

Carrier-Sense Multiple Access w/ Non-Destructive Bitwise Arbitration

CRC check Bus monitoring

ControlNet Producer/Consumer, Device Object Model 5 Mbps 0-510 bytes variable CTDMA Time Slice

Multiple Access

Modified CCITT with 16-bit Polynomial

Duplicate Node ID, Device, Slave Faults

CANopen Master/slave, peer to peer, multi-cast, multi-master

10K, 20K, 50K, 125K, 250K, 500K, 800K, 1Mbps

8-byte variable message

Carrier-Sense Multiple Access w/ Non-Destructive Bitwise Arbitration

15 Bit CRC Error Control & Emergency Messages

Industrial Ethernet Peer to Peer 10, 100Mbps 46-1500 Bytes CSMA/CD CRC 32

Modbus Plus Peer to Peer 1Mbps variable

Modbus RTU/ASCII Master/Slave 300 bps - 38.4Kbps 0-254 Bytes

Remote I/O Master/Slave 57.6 - 230 kbps 128 Bytes CRC 16 none

DH+ Multi-Master, Peer<>Peer 57.6 kbps 180 Bytes none

Table 6.35

Page 58: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����64� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

PERFORMANCE Fieldbus Name Cycle Time: 256 Discrete

16 nodes with 16 I/Os Cycle Time: 128 Analogue 16 nodes with 8 I/Os

Block transfer of 128 bytes 1 node

PROFIBUS DP/PA Configuration dependent typ <2ms

Configuration dependent typ <2ms

not available

INTERBUS-S 1.8 ms 7.4 ms 140 ms

DeviceNet 2.0 ms Master-slave polling 10 ms Master-slave polling 4.2 ms

ARCNET Application Layer Dependent Application Layer Dependent Application Layer Dependent

AS-I 4.7 ms not possible not possible

Foundation Fieldbus H1 <100 ms typical <600 ms typical 36 ms @ 31.25k

Foundation Fieldbus HSE Not Applicable; Latency <5ms Not Applicable; Latency <5ms <1ms

IEC/ISA SP50 Configuration dependent Configuration dependent 0.2 ms @ 5 Mbps 1.0 ms @ 1 Mbps

Seriplex 1.32 ms @ 200 kbps, m/s 10.4 ms 10.4 ms

WorldFIP 2 ms @ 1 Mbps 5 ms @ 1 Mbps 5 ms @ 1 Mbps

LonWorks 20 ms 5 ms @ 1 Mbps 5 ms @ 1 Mbps

SDS <1 ms, event driven 5 ms polling @ 1 Mbps 2 ms @ 1 Mbps

ControlNet <0.5 ms <0.5 ms <0.5 ms

CANopen <1 ms 5 ms polling @ 1 Mbps <2.5 ms

Industrial Ethernet Application Layer Dependent Application Layer Dependent Application Layer Dependent

Modbus Plus

Modbus RTU/ASCII

Remote I/O 12msec @230, 40 msec @57.6 bus cycle time

DH+

Table 6.36 Fault Tolerance in networks and devices Types of Faults

1) Persistent: happens during every retry 2) Intermittent: persistent but happens occasionally 3) Transient: temporary, retrying mostly works

Measuring Fault Tolerance

1) • MTTF: mean time to failure 2) • MTTR: mean time to recovery 3) • MTTB: mean time between failures = MTTF + MTTR 4) • Availability (Can’t fix an aeroplane while flying…most of the time anyway)

Techniques to Increase Fault Tolerance

1) • Coding - Forward Error Correction: Send extra information to correct errors (when it is hard to retransmit) - Backward Error Correction: Send extra information only to detect errors (ask sender to retransmit corrupted data)

2) • Replication 3) • Voting: Compare results from replicas and pick majority

Page 59: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����6H� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

���.����:��' �����������!� �(�����A�����(����������&���#����(������3� ����� ��2���.��; ��� �� �.�������������:, �������*���������*����������- ���E

�������������- ���E����,���� � �����,���������*�����*�7���� ,. ���������� �������

������������*����� ����2������������ �������:,��� ��/�� ���0�* ������� ���� �- ����

,��� ,�� � ��������� ���2����- ���E����� ��� � �����,���������*������������

�,�-������(�.��.������� ��� � ���� �,���� �����*� �� � ��� �*�� �� ����� (��� � ��� ��F,��� � ���� ,��

��������� ���� ��������� ������������ �� ��� �������� ����� � � ��������� - ���� � � �� .��

�����2�����- ����� ��������D�?���������������- �������������������������2��.��� �������

- ���� .�� �*� �.��� �� *�� ,��� ���� F,���� �� ������ �� 3*�� ������ � ��2�� �� ��������

�*����������� � ������������� ��������� ��*��������������� ����� ������F,���� ��

������� �����

�� ��������� ��- ����F,� ��� �- ������������� ���� � �����,���������*"�

�� ?����������*��� ���������� �- ����.���2�������������� ��������,�D��

�� ?�������* �������2���� �- ����.������7��D�������*���� ���� ��������7�� ��� �

�- �����!��,���������

<� 5- � ����- ���������� ������ �.����������,�D������0�- ��7��0�*�����������������

�� ������������

�� ?��- �������,��������,� D��

6� 5- �- ���������� ������ �.�����,����D��

)� ?��������� � ��- E,������2����- ����.���,����������� �������������� ����0����

���0�*���D��

G� �� �*�����*����,���� ������������L��� ���,� � ��- �7��������� �- ���������

�� .�� ��������� ���� ����� ��� � - ���� ��F,���� �,*��� �� ,��� 0�*�����*���� ����

������������������� �D�

Page 60: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����)�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

� � - ���� ���� - ���E ,��������� *�����*���� � ��*0� ��� �,���� �����*� *, �� ��2��

�,������� ����������,�� � �� �� ���.���- ����� �,���� �,���.�����,���������- ����

�������2�������� �,���.����7�����

/��������������� ���� 0�7����*����� � �,���.����2�2�����*�7�� ,������������ � ����

�����* 0� ������� � ���� ��L��� � ���� ����� ���� (�� �*��� ��2�2�� �� �, �� � - ����

���� � ���� ������*���0� �������� �*����� � ���� �*����� *������ � �� .�� ,��� ����

���� � ����� �� ����� �� .�� ����� �������� ���� ����,����� ?����� ��� � � �*������� �����

������� � � 2���7��0� �*����� � ����� �� .�� ������2�� ����*�7�� ��������� ���� �� �

�.,��- �������� �- ����.����2��- ����(�������� ��� �������*���,������������ ��������2��

����� �*����� ���� ��.�.�����0� ,��� � � ����������� ���� ���� �2�� *������� 0� *�������

�,������0� ���� ���� , �� � ��� ���� �������2�� �F,��*����� (�� � - ���� ����� �� ,��� �����

�,��� ���2������������ �����,����

�,��������������.���

�� ,��� ,���,������ ���� ���������������� �����������������*����������0����� ����

� �.������,�����2��������J������ ��0����� ��*���������������� ���������� � �

�, ��(� ���0������,�������*�� ��� ��������.���- �*,�����*�������,����������7��

��.������2���� �L�� ������,�������*��

/����� �����7����� 7��������������.������ ,������2��,����������2��,��� ,.:�������� �����

� � ������������2�� � � ��,������(�� ���������������,��"�

Figure 2.XX Safety check list

Page 61: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����)�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

�����/�5� ������ � �- ���������- ��������������� � ������,��������� ���

�� 7�� (�� � ���� ����,��� ������ � �� *������� 0� ���� � 0� �������� 0� �F,��*���0�

�����0������2��������� ���������� �����

-������ ������(������/�(�� ���*����������� ����� �*������ ������������ �

,�,������ �*������

5�������/� /�� ��� � �� �0� �� 7� � � �2��,����� �� - ������� ���� ,.:���� ����� � �

���,������.����- 0� ������� ����������,�����F,���*��� ��

� � �/�(�� � �� ���� � �- �*,��� ��*�� �� � ���� ��� ����� ���� ,.:���� - � � �� ��

�,�������

� ���,���������* ���2����*�������������������L���, �������� ������������ ��

�� ,���� ����� ���� �*���� �� �� ������ (�� � ����,�� � ,.:��� � ��7�� ��7E,�C���E,�0�

�� ����� ���� 0� ������������0�������������* �������,�����, ����:,���������7E,��

� �- ���������2����� ���� ���������7��� ����� ��������� �*�����*��� ��(���7��� �

���� ��7� ��*��� � - ���� ���� � ���� ����� ,����� �� ���*��� �� ��*���� ���� �,��� � �

�*�������������E,��� �- ���������2����� ���.������� � �,�������2���������������.��

, ���� (� ������� ��������� � � ��2��� �� ,� � �� ��� � �� ��L���, � .���2�,�� �

�*����� 0� �2��� ��,��� �������� � ���� �� � .�� �,�� �� �� .��� ��� �� �*��������

�� ������ � ���� � ��*��

�,��� ������������������������� ������� �������� ��(���� ��0���W ��*������������

������ ������������*� �, ���.� ������* � ,���� ���- E�*������ � �������������0�

���� ������������ ����- �:. ����� ,���2� ��� ��- E,��8���������3� ��� ��,� ��.��

!�39�� >�7�- � �0� �����*������� ���� ���� � �� ����� � ���� �*������ - ����*���� � ����

�� 7 0� ����� ���� ����� �� *�:�� ���� ��� �������� �� �� ���� ��L��� � ,�� � ���� � ��*�

���,��� ������ �������� � ���� � ��,��� 0� � � - ���� � � ����� � ���� .������ � .� ��

,����� ������������,������������������ ��

������� �*������� F,� ���� � � - ������� �� �������� �� ������� �� ��������� �� �������

�,���.�����,��������������� ������ ������*������ �2����2��- � ����� � ��������

���, ���������������� ,�� ��������2�����������*������ �������(��������8�� ������9�

�� ������ � ����� - ���� ���� ��� ��� ,�� � ��� �� ��2��� ,���0� ������ �� ������� 3,���

�� ������ �*����� �, ����������������L��� ����*��������0�����L��� ������*�����2��

���������� ���� �����:,��� �������,���������2��- � �- �7�� W��*��� ���������� ��

������,���������*���������,���.������� � ��� ������ ��!�����*���0����*���0�

�� �����*� �,��� ��2�2�� �� �*������ ������ �,�� �� � ���� ��L��� �� �,����� ���� �����

*���0��������,���.���� �, ������ �����������2���F,��*���������- ����� �, ����

Page 62: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����)�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

7,�#�%��%����������.��.����

����,���W � ,��� � ����� ����2������ ��2�2�������� ������ ��� ������(���* �� ��������

�� ������� � ��� ��(�� � � ��� �2��,����� � �� ��� �0� ����� ����0� � ��*0� ���� 0�

��:���������,�����,��� �������� �*������ ������������%��(�!���������"��!� �

�� �*����0� ���� �� � ��2���� ��� � � *���� � �� � ��*W � ��������� ������� (����

�,������.���� ��������������� �������������*, ��.����7��������*�7�����*���

��� �� ��2����� �� ����� �������� % ����.�� 0� ,��� � � ���� �L�� ���� ����� � ., ��� 0�

�,*.�������������� �� ��*����� 0����� ���������L��� ��������������� ��� 0���������

- ����� �� �*�*.�� � �,���.��� �������������,���������*��/��*������ � 0������*�

��������� �, ��0�*������ �����������������*������ 0� ,���2� � 0��������� 0������� �

���� �� � �*������������*��� ��

(������*��������*�7�,�� ������,�������*0��� ����"�

�� (�������� � � �����,���������- ����.�����,�����8��������2�� , ���������9J��

�� $���������������2����.������ ��*����� ������������ ��� �- ����������,��.�����

�,�����0������- �� �� �.�������2��������������J��

<� (�*����F,���*��� ������� ������ � ��*����� J��

�� 3���������L��� ������������ J������

6� $��������������� �� �,� ������ ,����� ���

3� ���� �����*� *������ � �,��� ����������� ��2��- � ���� �,���� ���*� *�7�,�� �� ��

.������� .��- ���� .:����2���� ���� �*���������� &.:����2���� ���� .�� .������� .�� , ����

�� � �*���������� � �����������������,������������,�������,������ �*������

�������� ��/�� *���� � 0��*����� �*������ �����.�����������,� ���������L�������

���,��������,�����(���.���� ����2������ ���������������,� ������ ,������� ������

����0� - ���� �������� � ���E�,��������������0�*�����.���.��� �� ������ �� ��L��� � �����

����������������*� ��������������0����� �*����.���, �������.������� �� �� ��� ���� �

�� ���� ��,������ (���� ���� �� � ��2���� ���, ���E- ���� 7�- ������ � �����,�� � ����

�������� ����������.��, ����� ���������������� ����� � ���������*��

$������ - ��0� ��W � �*������� ����� ���� �,����� ��2�� ����������� ��� �,������� ������F,� 0�

,��� � � �������L����0� �*������ ���� ��- ���� ��� �,���� ������� ��� �,����� ����� � �

7�- ������.��� �.,�� �� ������,���� ���� � �� ����������� ����.�� � ��������� � ����2���

?���� �� ���� ��� ,� ���� ��2����0� �� ����� ������ �.������ �� ,����� �,���� ���,�� 0�

���� �� ����� � ���� ��2���� �������� ���� �� B,� �,��� �� � �� ����� ����

��2���*���� � ��- � *������� � ��,������� ���� ������ � �� ����� - ���� ����� �������

�����*����������*��� ��

Page 63: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����)<� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

*,��������%����������(������> ���������

�*����� *�����*���� *, �� ��*� ������ �*������ �**��*���� ���� ,�����

���,��,��������� � � �����,���0�������,���������� ,�����������������* �����������

�*� ��� �,���� ���� ���F,������ ����� ���� (�� � ����,�� � ��2������ ���� ��F,�����

�� ,��� ����*���*��������������E,��������� � ,���� ���� �������*������� ��

(���.��*������� ��*����������� �*, �����.��� �������,��2��� � ������ �������� �

�� ����*��� �� �*����� ������ �*, �� .�� �*�������� �**������ �� ����� �� � ����

�,��������������- ������� ��������������� � �E��� �*����.���, ������ ���*������0���

.���, �����*�7� �*������ ��7�����

���,�����������,��������������������� ������ �� ������� ��������(����� ��,���� ����

.���� �- ���� ��- ���E,�������� ������ ������*���*��������������2������� ��(�� �� �

- ����� �*��2�*���� ��7� � �����0� ������ � ������0� ��� ��, � � ���� ���*������0� ����

����� � ���� � ��,��� � ���� �,�� ���� ������ �� ���2���� ���,�������� �,��� � ���� .��

���,����� �������� ���� �� � ������� ���,����0� .,�� ,��� � �� �������� � ����

��������0������ ���� ������� ��

(������� ���,�� ������������,��������� ��- E,�� ���������,��� ���,����"�

�� = ���� ���������������� ����� ������J��

�� � ������ �� �.������ �� ��- ���E,���� ������J��

<� (���7� ������ ����*������J��

�� ��,*������������- ����- � ����J������

6� ���������� ,��� ���

/��*������ � 0��*����� ������������ �������� ��������0�.,�� ������ ���������������

��*�� ���� � ��� �� �����*���� - ������� ���� �� �������� ����� ��� � �� *��� ����*���

��.��*��?���,��,���� �����������������, �� ������� �������0�����������,����- ����

��7����,��2������� �*����.��* ��

?���� �*����� � �**��� �� ���,������ �� � ���� �,���0� ����� *, �� .�� ��������� ��

��*���� ��L��� � ����� ���� ,��2����� ��� ���� �,���� ���� �� 3� ���� *������ � �,���

7�������*����������,������2���*�������� ������ 0���2� ������ ��������� ����������

� ���� ���� ������� ����� 0� ����,����� ����� � � � ���� �,��� �� 2���*������

��2� ������ ���2�������,���������� ,��������� ������������� � �� � ����2������ �

� ����*������� ����������������2�� ������ ��

(���� ��0� � ���� �� �������� � ��,��� 0� ��W � �*������� �� ���,��� ��- E,��

� � *��� ���2��� ���������������������� 7��� �.�������,����������������.�����2����

�� ���� ���� ��� *��� � ����� �������2�� ������ �� � .���� �*���*������ ���� �����

2��������� ���� 2��� ����� >�7�- � �0� �������� � � *��� � � � ���� *���� � ����

Page 64: 0 ˆ ’ 1 !eleceng.dit.ie/jmcgrory/dt021_Y4_Control... · ˘ ˇ ˘ ˆ ˙˝˝˝ ˙˝˝˛ ˚ ˜˛ ˜˜˙! ˇ ˘ " ˝˙˜# ˇ$ % ˜# &’(˛)˝˙ ˆ ˙ + % ˚ ˚ a > ˚ ˚

���������������� ���� ��������������� ����

������ �������� �������������������������������������� ���� ���������������� � � �����)�� ������!������ "������#�����$����������%�� ���#�&'(�)���

�������� � ���� �*������� �� �� ��*� ����� ���� ��� �����* � ���� .����� ��- ��� ����

��*����� ����2���

9,�� ������(�������

���,����� ��������� �� 7� �� � ��F,��� � ����������� �� ��,����� ���� ��������� �� � ����

�����,�� �������*����� �- ��*���.����� �����������L��� ���*������������� �

��� ��� � �,��� ������������ ��� ��� �� ��������� �����* �� ?����� ���� �*����� � �

�� �� �.��� ���*���*�������������������0�������*������� �,���*�������� �� �.��� ��

�������������������������� � ���������,�� ���������- �7��

���� �,���� ����������� � �,��� ��2�� �� ,���*������ ,���� �������� � ���� � ���� �,����

���� �������*���*,*0������ �,�����2�����,���� �������� "�

�� &.:����2� �����*������� � ����� � �����,�������� J��

�� (- �.� ����,�������� �8��������������������9J��

<� A��� �� � � � �����,��� J��

�� ��,*����������F,���*��� J��

(������������ �����.�����������������,��� ���� ������� ���7�������������2� ������� 0�

.��7� ��:,��� ��������0� ��� ���� ��������� �F,��*���0� ��7,�C���,�0� ���� *�������

� ��,�������� (��� � ���� �������� ���� �������� *������� ���� ��� ��������� � ��

��2���� ���� ���,��� ��������� �����* �� (��� ��������� ������� ���� �����* � *, �� .��

�, �*�L�����*�������� ���� ������� � ����� ���������

$ ����2�� � �����,��� �����.������*��������*������ ��� ,��� ,�� � ����

�����*��(������L������ ,���.��� �� � �����,���������*0��- �2��0����� ���������� ��

�*����� �����2������������ �, 0���2�2�����������������0������������F,����

�� ,��� 0����� ��- E���,������������2������� ��(� ���*����� �- ������- ���E

������������- ���E����,�����,���� ��������- ����.�������� ������ ������ , �����.���

�*������2����2������������������ ����*���