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APRILE 2019 AUTOMAZIONE OGGI 413 40 AO PANORAMA Reti consumer: - Elevate quantità di dati da trasferire (MByte o GByte) - Massima importanza alla quantità di dati trasferiti (throughput della rete) - Interesse alle performance medie della rete - Viene tollerato il guasto della rete - Hardware generico conforme a specifi- che internazionali Ma l’Ethernet general purpose non era adatto a essere utilizzato in ambito industriale, principalmente a causa di collisioni tra pacchetti, di ritrasmissioni e di tempi di attesa del tutto casuali per poter accedere alla rete che impedivano assolutamente un comportamento deterministico della comunicazione. Determinismo significa che un sistema reagisce entro un intervallo di tempo prevedibile (per esempio < 100 ms). Il tempo reale è legato al concetto di de- terminismo: un sistema in tempo reale reagisce in un arco di tempo definito più ristretto (per esempio < 10 ms). Inoltre, in una rete isocrona il trasferi- mento dati avviene in tempo reale a in- tervalli di tempo equidistanti. Tale rete garantisce il trasferimento di dati tra diverse stazioni entro un intervallo di tempo definito e consente un’esatta de- terminazione (previsione) del momento di trasferimento dei dati (aspetto fonda- mentale in automazione). Con Ethernet non è possibile definire un tempo all’interno del quale i dati devono essere trasmessi attendibilmente. L’uti- lizzo del protocollo TCP/IP ha rivelato che sono necessari tempi considerevoli utilizzando questo stack di comunica- zione e inoltre l’elaborazione dello stack TCP/IP produce un ritardo non costante. L’esperienza indica inoltre che la velo- cità della trasmissione seguendo la linea in Ethernet di 100 Mbit è trascurabile rispetto all’elaborazione nei dispositivi. Ciò significa che tutti i miglioramenti nel tasso d’aggiornamento, e quindi nella risposta in tempo reale, devono essere realizzati soprattutto attraverso ottimiz- zazioni dello stack di comunicazione nel provider e nel consumer (figura 2). Si definisce tempo di aggiornamento il tempo che passa da quando una varia- bile è generata in un’applicazione del dispositivo a quando è trasmessa a un altro dispositivo attraverso i sistemi di comunicazione e successivamente viene messa a disposizione dell’applicazione. Come si nota quindi, il tempo ΔT1 è de- terminato dall’architettura hardware del dispositivo e difficilmente dipende dal protocollo; il tempo ΔT3 dipende dal si- stema di trasmissione, mentre il tempo ΔT2 è dovuto allo stack di comunica- zione. Le linee guida Le aziende del settore hanno quindi dovuto seguire queste principali linee guida per implementare Ethernet in ambito industriale proponendo, in linea generale, soluzioni del tipo: 100Mbit/s: a causa dell’elevato numero di bit di overhead necessari al funziona- mento del protocollo Ethernet è stato necessario raggiungere la velocità di trasmissione di 100 Mbit/s per ottenere un netto miglioramento rispetto ai bus di campo Full-duplex : è stato necessario sostituire lo standard half-duplex con il full-duplex per ridurre drasticamente la probabilità di collisione dei pacchetti ed eliminare il non determinismo introdotto dalle ri- trasmissioni Switch: un’altra innovazione volta a ri- durre le collisioni è stata la sostituzione dei comuni HUB con i più evoluti switch, in grado di riconoscere il traffico e creare un canale comunicativo tra ogni dispo- sitivo che lo richiede, garantendo così la comunicazione immediata a ogni cop- pia di dispositivi. Quindi ogni azienda produttrice ha cre- ato la propria versione in implementa- zione Ethernet sviluppata dal proprio protocollo di comunicazione. In questo modo Siemens, produttrice di Profibus, ha creato Profinet, Allen Bradley (azienda successivamente ac- quisita da Rockwell Automation) da Devicenet/Controlnet ha introdotto Ethernet/IP, da Safety-BUS nasce Sa- fetynet, da Beckhoff Automation nasce Ethercat, e se ne potrebbero citare tan- tissime altre… Le differenze principali tra queste reti risiedono nell’architettura del sistema di comunicazione, nel modo in cui ven- gono evitate le collisioni tra pacchetti, nella costruzione del campo data del pacchetto Ethernet e nella modifica o meno dello stesso standard (figura 3). Con modifica allo standard Ethernet si intende la sostituzione di uno o più li- Fig. 2 - Tempo di aggiornamento