Università degli Studi di Ferrara DOTTORATO DI RICERCA IN SCIENZE DELL’INGEGNERIA CICLO XXVI COORDINATORE Prof. Trillo Stefano Nuove architetture di controllo distribuito per automazione di macchine da lavoro e agricole Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/05 Dottorando Tutore Dott. Dian Massimo Prof. Ruggeri Massimiliano _______________________________ _______________________________ Anni 2011/2013 Sommario 1 SOMMARIO 1 Sommario .................................................................................................................................................. 1 2 Premessa ................................................................................................................................................... 4 3 Nuovi protocolli di comunicazione ad alto throughput su macchine agricole e movimento terra .......... 7 3.1 Introduzione ...................................................................................................................................... 7 3.2 La norma ISO 11783 e il comitato ISO ............................................................................................... 7 3.3 Lo Standard ISO 11783 ...................................................................................................................... 8 3.3.1 La Struttura ................................................................................................................................ 9 3.3.2 Parte fisica ................................................................................................................................. 9 3.3.3 Parte di comunicazione ........................................................................................................... 10 3.3.4 Parte di applicazione ............................................................................................................... 18 3.4 Motivazioni della ricerca ................................................................................................................. 29 3.5 Requisiti della rete del futuro .......................................................................................................... 30 3.6 Differenze fra CAN ed Ethernet ....................................................................................................... 31 3.7 Competitors - CAN ........................................................................................................................... 33 3.7.1 Flexray...................................................................................................................................... 34 3.7.2 CAN-FD ..................................................................................................................................... 34 3.8 Competitors - Ethernet fieldbuses .................................................................................................. 35 3.8.1 Ethercat ................................................................................................................................... 35 3.8.2 Powerlink ................................................................................................................................. 36 3.8.3 TTEthernet ............................................................................................................................... 37 3.8.4 Stack TCP/IP ............................................................................................................................. 37 3.9 La sintesi della tecnologia ................................................................................................................ 39 3.10 Task 0 – Analisi di prestazioni con Stack TCP/IP .............................................................................. 42 3.10.1 Scopo ....................................................................................................................................... 42 3.10.2 Testbench ................................................................................................................................ 44 3.10.3 Test .......................................................................................................................................... 47 1 Sommario 3.10.4 Risultati – test “Crossed” ......................................................................................................... 50 3.10.5 Risultati – test “Multiple host hub” ......................................................................................... 51 3.10.6 Risultati – test “Performance Switch” ..................................................................................... 51 3.10.7 Conclusioni .............................................................................................................................. 52 3.11 Task 1 Proof of concept ................................................................................................................... 53 3.11.1 Introduzione ............................................................................................................................ 53 3.11.2 Test bench ............................................................................................................................... 53 3.11.3 Test su trasferimento di Object Pool ....................................................................................... 57 3.11.4 Risultati e conclusioni .............................................................................................................. 59 3.11.5 Conclusioni .............................................................................................................................. 60 3.12 Task 2 – Porting stack ISO 11783 over Ethernet.............................................................................. 61 3.12.1 Introduzione ............................................................................................................................ 61 3.12.2 Gateway ISOBUS-IP .................................................................................................................. 62 3.12.3 Indirizzamento ......................................................................................................................... 62 3.12.4 Routing..................................................................................................................................... 63 3.12.5 Address Claiming ..................................................................................................................... 64 3.12.6 Protocolli di trasporto e incapsulamento ................................................................................ 67 3.12.7 Priorità ..................................................................................................................................... 68 3.12.8 Nuovi messaggi ad alto throughput ........................................................................................ 68 3.12.9 Realizzazione ........................................................................................................................... 70 3.12.10 TestBench e risultati ............................................................................................................ 73 3.12.11 Conclusioni .......................................................................................................................... 76 4 Safety nelle macchine agricole e movimento terra a livello di ECU ........................................................ 77 4.1 Introduzione .................................................................................................................................... 77 4.2 Safety e safety systems ................................................................................................................... 77 4.3 Normative di riferimento................................................................................................................. 78 4.4 Un caso di studio ............................................................................................................................. 81 2 Sommario 4.5 Ipotesi .............................................................................................................................................. 81 4.6 Hardware Category .......................................................................................................................... 83 4.7 Architettura hardware ..................................................................................................................... 84 4.7.1 Doppio microcontrollore ......................................................................................................... 85 4.7.2 Ingressi ridondati ..................................................................................................................... 86 4.7.3 Uscite con feedback ................................................................................................................. 87 4.7.4 Energizzazione a doppia conferma .......................................................................................... 87 4.7.5 Reset Gerarchico ..................................................................................................................... 88 4.7.6 Periferiche di comunicazione .................................................................................................. 88 4.8 Protocollo di comunicazione fra SMC e MMC ................................................................................. 89 4.9 Gestione dei fault ...........................................................................................................................