Course: RM.IRI21.1 Interfețe și rețele industriale

Topic outline

General
- Interfete si Retele Industriale Forum
  Scopul cursului - acumularea de către studenţi a cunoştinţelor despre interfeţe, metode de organizare a schimbului de date şi reţele industriale.
  
  Obiectivul cursului Interfeţe şi Reţele Industriale (IRI) îl reprezintă familiarizarea studenţilor cu principalele concepte şi problematici caracteristice reţelelor industriale de calculatoare, punând accentul pe latura aplicativă a configurării şi utilizării acestora. Astfel, cursul abordează într-o manieră riguroasă, dar pragmatică diferite tipuri de echipamente de comunicaţie, arhitecturi ale protocoalelor de comunicaţie, topologia, precum şi programarea şi configurarea reţelelor din mediul industrial folosind interfeţe specifice ale programelor-utilizator.
  
  În cadrul orelor de aplicaţii se vor studia modalităţile de realizare practică a reţelelor industriale, precum şi configurarea şi programarea acestora, obiectivul laboratorului fiind acela de a oferi posibilitatea studenţilor să implementeze şi să testeze off-line şi on-line programele realizate în limbaje specifice de programare asupra echipamentelor din dotarea laboratorului.
  
  Ca rezultat al studiului cursului studentul este dator :
  
  - să cunoască arhitectura şi clasificarea interfeţelor;
  - terminologia şi caracteristicile tehnico-economice ale IRI;
  - principiile de conectare ale DP la IRI;
  - componenţa structurală a principalelor tipuri de IRI;
  - bazele fizice şi principiile de funcţionare ale IRI;
  - tendinţele de dezvoltare ale IRI;
  - programarea IRI.
- Curricula cursului Interfete si Retele Industriale File
- Fisa cursului Interfete si Retele Industriale File
- Planul de studii Robotica si Mecatronica File
- Organizarea cursului Interfete si Retele Industriale: Quiz
  Prelegeri - 30 ore;
  
  Lucrari de laborator - 30 ore;
  
  Seminare - 0 ore;
  
  Proiect de an - 0;
  
  Evaluari curente - 2;
  
  Examen final - 1.
- Medii pentru elaborarea lucrarilor de laborator si a proiectului de an: Quiz
- Proteus URL
- Biblioteci suplimentare pentru MS Proteus File
  Toate fisierele cu bibliotecile pentru Proteus se copie in mapa ...Proteus\LIBRARY\*.*
  Apoi, se relanseaza sistemul.
- NI MultiSim URL
- Arduino IDE URL
- Cisco Packet Tracer URL
- Fritzing URL

Tema 1. Introducere. Structura si topologia RC si RI.

* Notiuni generale. Disciplina si rolul ei in pregatirea profesionala.
* Structura sistemelor de calcul. Clasificarea SC.
* Reţele de calculatoare. LAN. MAN. RAN. WAN.
* Destinatia IRI. Clasificarea. Structura IRI.
* Procese in timp real. Sisteme Incorporate.
* Interfete de Intrare – Iesire. Standardizarea interfetelor.
* Tendinte in dezvoltarea conceptuala si tehnologica a IRI.

Note de curs. Tema Nr. 1. Introducere. File

Tema 2. Metode si tehnici pentru organizarea schimbului de date in RI.

Tipuri de semnale. Măsura informaţiei în sistemele discrete.
Conversia semnalelor.
Parametrii semnalelor: puterea, amplituda, durata, spectrul, faza.
Canale de comunicare. Modelul canalului de comunicare.
Influenţa canalului de comunicare asupra formei semnalului.
Atenuarea semnalului. Ecoul. Întârzierile în canalele de comunicare. 
Zgomotul şi sursele de zgomot. Metode de reducere a influenţei zgomotului asupra canalelor de comunicare.
Semnale analogice, proprietăţile şi metode de transmitere.
Semnale digitale. Avantajele şi neajunsurile semnalelor digitale.
Transmiterea semnalelor binare. Coduri binare.
Transmisiuni analogice şi digitale.

Tema 2.1 Note de Curs. File
Metode si tehnici pentru organizarea schimbului de date in Retelele Industriale.
Tema 2.2 Note de Curs. File
Clasificarea Canalelor de Comnuicare in RI
Tema 2.3 Note de curs File
Modularea, Filtrarea datelor si racordarea canalelor in RI.

Tema 3. Retele industriale. Standartizarea in RC si RI. Modele de comunicare in RI.
```
Modelul ISO/OSI.
Standardul EIA pentru telecomunicaţii.
Standardul TIA.
Reglementarea în telecomunicaţii.
Protocoale de comunicare: TCP/IP, ARP, UDP, TELNET, FTP, SMTP.
Adresarea IP.
PROFIBUS.
MODBUS.
```
- Tema 3.1 Note de curs File
  Standardizarea in Rc si RI
- Tema 3.2 Note de curs File
  Adresarea in RC.
- Formular pentru rezolvarea problemei File
  Sa se:
  
  Calculeze MASCA pentru fiecare subretea;
  
  Sa se repartizeze spatiul de adrese IP pentru fiecare subretea mentionindu-se destinatia acesteia;
  
  Sa se elaboreze Tabela de rutare pentru fiecare Router in parte;
  
  Sa se demonstreze functionalitatea configuratiilor egectuate.
- Tema 3.3 Note de curs File

Tema 4. Interfete si protocoale de comunicare in RI.

Controlorul I8255. Structura. Principiul de funcţionare. Programarea şi metode de utilizare la organizarea schimbului de
date în cod paralel.
Controlorul I8251. Structura. Principiul de funcţionare. Programarea şi metode de utilizare la organizarea schimbului de
date în cod secvenţial.
Interfaţa Ethernet.
Controloare specializate pentru implementarea interfeţei Ethernet. Protocoale de comunicare. 
Interfaţa COM.
Magistrala USB.
Interfeţe RS: RS-232, RS-422, RS-423, RS-485.
Interfaţa Bluetooth.
Interfaţa IrDA.

Tema 5. Codificarea informatiei in RI

Surse discrete de informaţie.
Canale discrete de transmisiuni.
Codarea surselor discrete de informaţie pe canale neperturbate.
Codarea surselor discrete de informaţie pe canale perturbate.
Codurile binar, NRZ, unipolar, bipolar, Manchester II, AMI.
Codificatorul Manchester II.
Decodificatorul Manchester II.
Reţele în baza codului Manchester II.
Codificarea datelor în baza codului Manchester II.
Codificatorul şi decodificatorul NRZ, unipolar şi bipolar.
Coduri detectoare şi corectoare de erori: Cod Hamming, Codul Gray, Coduri grup,
Coduri ciclice, Coduri Reed – Muller, Coduri convenţionale.
Compresia datelor (text, imagini, audio, vorbire). Protecţia surelor de date.

Tema 5.1 Note de curs File
Model de efectuare a Evaliarii Nr. II. RM-211 File
In procesul evaluarii se respecta formatul fisierului.
Explicatii la Rezolvarea sarcinii 1. File

Tema 6. Zgomotul in canalele de comunicare.

Clasificarea zgomotului.
Linii de comunicare scurte şi lungi.
Canale cu capacitate parazită.
Canale cu inductanţă parazită.
Influenţa reciprocă în canalele de comunicare. Zgomotul indus de influenţa inductivă reciprocă.
Evaluarea lungimii canalului de comunicare la influenţa zgomotului inductiv şi capacitativ.
Parametrii fizici ai conductoarelor.
Ecoul în liniile de comunicare lungi.
Zgomotul în liniile de alimentare.

Tema 6.1 Note de curs File

Tema 7. Comunicatii mobile si prin satelit.
```
Retele mobile;
GSM, CDMA;
Comunicatii prin satelit;
Tehnologia GPS, GloNas.
```
- Tema 7.1. Comunicatii GSM File
- Comunicatii mobile si prin satelit File

Tema 8. Incheere.

Structurarea meteiralului studiat.

Intergrarea cursului IRI in pregatirea profesionala a cadrelor ingineresti.

Lucrarea de laborator nr. 1. Studierea canalelor de comunicare in cod paralel si serie.
Resurse Hardware si Software necesare:
PC, C/C++, Assembler, Proteus, NI MultiSim.
- Lucrarea de laborator Nr. 1. File
- Model de perfectare a RAPORTULUI. File
  Raportul se perfecteaza in MS Word.
  Se prezinta in format de fisier *.DOC sau *.PDF.
  Fisierul se incarca pe Platforma ELSE in mapa respectiva.
- Loc pentru incarcarea Raportului Lucrarea de laborator Nr. 1. Assignment
  Se incarca fisierul in format DOC sau PDF.
  
  Numele fisierului: RM-201_IRI_Numele_Prenumele_Lucrare de laborator Nr. 1.DOC(PDF).
Lucrarea de laborator nr. 2. Studierea filtrelor active si pasive: TJ, TS, Banda.
Resurse Hardware si Software necesare:
PC, C/C++, Assembler, Proteus, NI MultiSim.
- Lucrarea de Laborator No 2. File
  Raportul se perfecteaza in format electroic DOC sau PDF.
- Loc pentru incarcarea Lucrarii de laborator No 2. Assignment
  Se incarca Raportul in format DOC sau PDF.
  
  Modeulu Raportului se respecta.
  
  Numele Fisierului: RM-201_IRI_Nume_Prenume_Student_ Lab. No 2
Lucrarea de laborator nr. 3 Proiectarea canalelor de comunicare RF. Regim Slave.
Resurse Hardware si Software necesare:
PC, C/C++, Assembler, Proteus, Arduino IDE, RF430MHz module, Arduino UNO.
- Lucrarea de laborator Nr. 3. File
- Loc pentru incarcarea Rapoetului Lucrarea de Laborator Nr. 3. Assignment
  Se incarca Fisierul cu Numele:
  
  RM-201_Nume_Prenume_Lucrarea_Laborator_3.DOC/DOCX/PDF
Lucrarea de laborator nr. 4. Proiectarea canalelor de comunicare RF. Regim Master .
Resurse Hardware si Software necesare:
PC, C/C++, Assembler, Proteus, Arduino IDE, RF430MHz module, Arduino UNO.
- Sarcine pentru Lucrarea de Laborator Nr. 4. File
- Loc pentru incarcarea Lucrarii de Laborator Nr. 4 Assignment
  
  Se incarca Fisierul cu Numele:
  
  RM-201_Nume_Prenume_Lucrarea_Laborator_4.DOC/DOCX/PDF
Lucrarea de laborator nr. 5. Programarea aplicatiilor de comunicare in cod serie. Regim Master-Slave.
Resurse Hardware si Software necesare:
PC, C++, Assembler, Proteus, Arduino IDE, ESP8266, NodeMCU, ESP32.
- Sarcina pentru Lucrarea de laborator Nr 5. File
- Exemplu de implementare a schemei electrice de principiu. File
  Modelul in Proteus 8.
- Loc pentru incarcarea Raportului Lucrarea de laborator Nr. 5. Assignment
  Se incarca fisierul in format DOC sau PDF
Lucrarea de laborator nr. 6 Programarea aplicatiilor cu acces Wireless. Regim Server, Client si Client-Server.
Resurse Hardware si Software necesare:
PC, C++, Assembler, Proteus, Arduino IDE, ESP8266, NodeMCU, ESP32.
- Sarcina pentru Lucrarea de Laborator nr. 6. File
- Loc pentru incarcarea Lucrarii de Laborator nr. 6. Assignment
  Se va incarca Fisierul in Format DOC sau PDF.
Lucrarea de laborator nr. 7 si 8 Programarea dispozitivelor ESP. Regim Master. Regim Slave.
Resurse Hardware si Software necesare:
PC, Arduino IDE, ESP82666, ESP32.
Alte dispozitive cu acces la reteaua Wireless.
GNS3, Cisco Packet Tracer, Router MikroTik.
Planificarea seminarelor:
S1. Instalarea si configurarea Cisco Packet Tracer.
S2. Analiza functionala a modulelor de baza in Cisco Packet Tracer: Statii de lucru, Hub, Switch, Router, Server, Client.
S3. Proiectarea retelelor LAN in baza Hub si Switch.
S4. Proiectarea si simularea functionala a RC. Simularea transferului de date in baza Hub si Switch.
S5. Proiectarea si simularea functionala a RC. Simularea transferului de date dintre doua Sub-Retele in baza Hub si Switch.
S6. Proiectarea si simularea functionala a RC. Simularea transferului de date in baza Hub, Switch si Router.
S7. Proiectarea unui micro WEB-server (IoT).
S8. Proiectarea unui micro WEB-client (IoT).
Planificarea proiectului de an.
Scopul proiectului de an este ca studenţii să aprofundeze cunoştinţele teoretice şi practice în proiectarea şi programarea dispozitivelor şi sistemelor de comunicare cu destinaţie reală; să acumuleze baze practice de analiză şi sinteză a sistemelor de comunicare şi transfer date de tip diferit. Proiectarea interfeţelor de comuniare în reţele de calculatoare şi senzoriale.

Problema proiectării şi programării dispozitivelor şi sistemelor de comunicare include următoarele compartimente:

1. Formularea problemei de sinteză bazată pe informaţia apriori.

2. Proiectarea şi cercetarea algoritmului de comunicare şi transfer date.

3. Sinteza schemei funcţionale a sistemului de comunicare.

4. Argumentarea bazei de elemente sau mediilor de proiectare alese pentru realizarea proiectului.

5. Sinteza schemei de principiu (codului program) pentru realizarea transferului de date.

6. Analiza şi dezvoltarea protocoalelor de comunicare.

Proiectul de an la disciplina IRI se îndeplineşte de către studenţi în semestrul 5 în decurs de 13 săptămâni. Termenul de înmânare a variantelor - 1-a săptămână, susţinerea proiectului - săptămâna a 13-15.

Lista temelor model pentru proiectul de an.

1.     Proiectarea interfeţei de comunicare dintre două sisteme de calcul specializate (se oferă variante individuale de dispozitive MCU sau MPU);

2.     Programarea interfeţei standard de comunicare în code serie sau paralel (se oferă variante individuale de interfeţe de comunicare: UART, USART, RS, USB, etc);

3.     Proiectarea reţelelor de senzori in baza dispozitivelor MPU sau MCU: Atmega, Arduino, ESP8266, ESP32, NodeMCU, etc.;
4. Proiectarea şi programarea micro-server, micro-client, client-server, WEB-server, WEB-client.
Surse bibliografice:
1.     John S. Rinaldi, Industrial Automation Networking 2004 & Beyond, Real Time Automation, www.rtaautomation.com

2.     Ioachim R, Miscoci N. – Descentralizare cu PROFIBUS-DP, Ed. Artprint, Bucuresti, ISBN 973-86867-7-6.

3.     Tanenbaum A. S.,Steen M. van – Distributed systems: principles and paradigms, Prentice Hall, 2007, ISBN-13: 9780132392273.

4.     Tanenbaum A. S – Computer Networks, Prentice Hall, 2003, ISBN-13: 9780130661029

5.     Gaitan V., Popa V., Tanase A. C. – Arhitectura retelelor industriale locale, Ed. MatrixRom, ISBN 973-685-354-3.

6.     Mackay S., Wright E., Reynders D., Park J. – Practical Industrial Data Networks: Design, Installation and Troubleshooting , NewnesPress.

7.     Marshall P. S. – Industrial Ethernet , ISA Society Siemens.

8.     SIMATIC S7-200 – Programmable Controller System Siemens.

9.     LOGO! – Programmable Controller System.

10. Ozten Chelai. Arhitectura Calculatoarelor. Suport de curs şi laborator. Universitatea Ovidius Constanţa, 2012. 160 p. (Sursă electronică: https://fmidragos.files.wordpress.com/2012/07/arhitectura-sistemelor-de-calcul.pdf).

11. Horea Oros. Arhitectura sistemelor de calcul. Suport de curs. Universitatea din Oradea, 2010. 147 p. (Surcă electronică: http://webhost.uoradea.ro/horos/files/ASC.pdf).

12. Nani Viorel. Echipamente periferice. Note de curs. Universitatea Ioan Slavici, Timişoara, 2013. 53 p. (Sursă electronică: http://www.islavici.ro/articole/Notite%20Curs_EchipPeriferice.pdf).

13. Mihai Romanca. Microprocesoare şi microcontrolere. Universitatea Transilvania din Braşov, 2015. 319 p. (Sursă electronică: http://vega.unitbv.ro/~romanca/Carte-MpMc%202015/Microprocesoare%20si%20microcontrolere-978-606-19-0683-3.pdf).

14. Sever Spânulescu. Programarea în limbajul de asamblare a microprocesoarelor. Îndrumar de laborator. Editura Victor, 2004. 256 p. (Sursă electronică: http://automatica.cch.ro/Laboratoare/Laborator%20sisteme%20cu%20microprocesoare.pdf).

15. Arpad Gellert, Rodica Baciu. Programare în limbaj de asamblare. Aplicaţii. Universitatea Lucian Blaga din Sibiu, 2001. 39 p. (Sursă electronică: http://webspace.ulbsibiu.ro/arpad.gellert/html/ASM.pdf).

16. Gabriel Rădulescu. Elemente de arhitectură a sistemelor de calcul. Programare în limbaj de asamblare. Matrix ROM, Bucureşti, 2007. 368 p. (Sursă electronică: http://ace.upg-ploiesti.ro/cursuri/pla/curs_pla.pdf).

17.       Bjarne Stroustrup. The C++ Programming Language (second edition), Addison Wesley, 1991.

18. Программирование на языке ассемблера. (Sursă electronică: http://natalia.appmat.ru/c&c++/assembler.html).

19. Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем. М.: 2005. 512 с. (Sursă electronică: http://elib.ict.nsc.ru/jspui/bitstream/ICT/1346/1/Arhitektyra_EBM.pdf).

20. Note de curs – Introducere în reţelele de calculator. (Sursă electronică: http://www.afahc.ro/ro/facultate/cursuri/retele_note_curs.pdf).

21. Mihai Micea. Comunicaţii digitale moderne. Timişoara, 2008.

22. Ştefan Burlacu. Comunicaţii analogice şi numerice. Sibiu, 2000.

23. В.Г. Баула. Введение в архитектуру ЭВМ и системы программирования. М.: 2003. 144 с. (Sursă electronică: http://cmcstuff.esyr.org/vmkbotva-r15/).

24. Э. Таненбаум, Т. Остин. Архитектура компьютера, 6-е издание, М.: - 2013. 810 с.

25. Руденков Н.А., Долинер Л.И. Основы сетевых технологий. Екатеринбург, 2011.
26. А.М. Пуртов. Системы И Сети Передачи Данных. Омск, 2010.
Surse electronice pentru dezvoltarea proiectului.
Proiect de AN IRI RM-181
Not available