LUGLIO-AGOSTO 2013
AUTOMAZIONE OGGI 365
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biente industriale con un’eventuale rete di comunicazione
pre-esistente in tale ambiente. Esistono vari tipi di bus di
campo, però, molto differenti tra loro, poiché spesso le loro
caratteristiche dipendono dall’applicazione per cui sono stati
pensati. Lo standard Canbus, per esempio, utilizzato princi-
palmente in campo automobilistico, è un bus multi-master e
offre un tasso di comunicazione fino a 1 Mbps. D’altra parte
Profibus DP, molto diffuso nell’automazione discreta, ha una
modalità di accesso al mezzo bus master-slave e offre una
velocità massima di trasferimento dei dati pari a 12 Mbps.
Nel settore dell’automazione di processo i requisiti richiesti
cambiano, quindi troviamo bus più lenti ma con modulazioni
più robuste: Profibus PA e Fieldbus Foundation H1 sono i
più diffusi in questo ambito. Utilizzano entrambi lo stesso
livello fisico e hanno una velocità di trasmissione dati fissa
a 31,25 kbps. Un altro bus molto diffuso per la sua sempli-
cità è Modbus. È una delle prime soluzioni apparse su bus di
campo, ma da quando ha fatto la sua comparsa si è diffuso in
moltissimi ambiti e viene utilizzato in scenari molto diversi.
È un bus master-slave e può raggiungere una velocità di tra-
smissione di 115,2 kbps utilizzando una connessione seriale
compatibile RS485. In ogni caso, una caratteristica comune
a tutti i sistemi di comunicazione industriali è la capacità di
ridurre i costi d’installazione e di manutenzione rispetto a
sistemi legacy come i loop di corrente 4-20 mA, principal-
mente grazie alla riduzione degli oneri di cablaggio e messa
in servizio. In questa prospettiva, la PowerLine Communica-
tion potrebbe essere un mezzo interessante anche per un’im-
plementazione fieldbus. Qui, la stessa alimentazione via cavo
potrebbe trasportare anche le informazioni di processo, evi-
tando così la necessità di posizionare nuovi cavi. Per veico-
lare i dati di misura sulla qualità dell’energia provenienti dai
vari misuratori distribuiti all’interno dell’impianto industriale
sarebbe dunque utile impiegare proprio la PowerLine Com-
munication. Prima però occorre capire quale architettura di
riferimento sia meglio utilizzare per tale prova, mantenendo
come condizione la possibilità di riutilizzare i misuratori già
presenti senza la necessità di installarne di nuovi. Per tutti
questi motivi, al fine di confermare la fattibilità dell’approc-
cio proposto, nello studio qui descritto è stato utilizzato il
protocollo Modbus, non solo perché è sicuro e stabile, data
la sua larga diffusione da molto tempo in ambito industriale,
ma anche perché già esistono sul mercato convertitori Dlms/
Modbus. La scelta migliore sarà inoltre quella di utilizzare lo
standard Cosem, che è già largamente impiegato nell’am-
bito metering ed è uno standard ben accetto nelle misu-
razioni elettriche. Le caratteristiche del linguaggio Dlms/
Cosem (Device lenguage message specification/Companion
specification for energy metering) sono descritte nella diret-
tiva IEC62056 per quello che riguarda le suite di protocolli e
la comunicazione con gli AMR (Automated Meter Reading).
In particolare, Dlms fissa i concetti generali per le entity (og-
getti) di comunicazione, mentre Cosem definisce come ven-
gono scambiate le informazioni relative all’energia (unità di
misura, risoluzione ecc.). Le definizioni messe a disposizione
da questo standard sono vaste e flessibili, quindi utili per i
più diversi campi di metering.
PowerLine Communication in ambiente
industriale
Le narrow band PowerLine Communication (Nbplc) a bassa
velocità vengono già utilizzate in ambiente industriale, ma
limitatamente ad applicazioni non critiche dal punto di vista
temporale. Queste tecnologie sono convenienti, semplici e
robuste, ma offrono un data rate molto basso, quindi non si
possono confrontare (o connettere) con i bus di campo con-
venzionali. Le Nbplc seguono delle normative ‘regionali’, rila-
sciate da Cenelec in Europa (EN50065, banda da 3 kHz a 148,5
kHz) e dalla Federal Communication Commission in USA (FCC
Part 15, banda da 9 kHz a 500 kHz). Queste norme non solo
limitano la gamma consentita, ma specificano anche chi è au-
torizzato a trasmettere. Cenelec per esempio definisce cinque
bande, che descrivono ‘chi’ ha l’autorizzazione a trasmettere
e ‘come’ la trasmissione deve avvenire. La nota soluzione
LonTalk appartiene a questa categoria delle Nbplc; sfrutta
una semplice modulazione Bpsk (Binary phase shift keying)
e può raggiungere un bit rate fino a 5,2 kbps. È stata anche
proposta recentemente la tecnologia broadband PowerLine
Communication (BPL) per l’automazione domotica (TV in
streaming, radio o Internet su linea di alimentazione). Sotto
questo ‘cappello’ si trova un gruppo di protocolli che fornisce
come fattore comune un’alta velocità di scambio dati: Home-
Plug AV, per esempio, arriva fino a 200 Mbps ma presenta un
costo elevato e, più importante, una scarsa robustezza alle
interferenze che ne impedisce l’adozione nelle applicazioni
industriali. Inoltre, la regione dello spettro nella quale BPL
opera non è ancora regolata, per cui può essere adottata solo
sulla rete elettrica circoscritta non connessa all’infrastruttura
esterna.
Le narrow band PLC a media velocità
È apparsa infine sul mercato, grazie alla disponibilità di dispo-
sitivi a basso costo con elevata potenza di elaborazione, una
terza classe di PowerLine Communication, le Nbplc a media
velocità. I dispositivi che operano nella banda Nbplc si ba-
sano su Ofdm (Orthogonal frequency division modulation),
cioè molte sottoportanti vengono trasmesse in tutta la banda
consentita, soddisfacendo in tal modo sia la robustezza, sia
i requisiti prestazionali richiesti dagli scenari industriali. Pur-
troppo, il processo di standardizzazione di queste soluzioni è
ancora in corso e si orienta verso un paio di opzioni più condi-
vise. Prime (Powerline intelligent metering evolution) è stato
il primo protocollo a essere definito e per questo motivo si è
scelto di impiegarlo nello studio qui descritto.
Un altro protocollo che utilizza lamodulazione Ofdmè G3-PLC.
La specifica G3-PLC comprende l’intera banda FCC raggiun-
gendo un bit rate massimo di 207,6 kbps ma, se la larghezza
di banda di trasmissione è limitata alla sola banda Cenelec, il
bit rate massimo è 33,4 kbps. Bisogna tra l’altro ricordare che
le associazioni Ieee e International Telecommunication Union
Sector (ITU-T) hanno avviato dei gruppi di lavoro su Nbplc.
Ieee propone il progetto P1901.2 all’interno del gruppo di
lavoro Ieee 1901, definendo la comunicazione BPL. Obiettivo
del gruppo di lavoro 1901.2 è fornire un approccio globale
per i protocolli PLC, quindi questa norma non dovrebbe can-
