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ETHERNET E RETI INDUSTRIALI
speciale
Maggio 2017
Automazione e Strumentazione
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L’EVOLUZIONE DELLE RETI NELLA FABBRICA CONNESSA
Sempre più Ethernet nell’industria smart
Mario Gargantini
Il ruolo delle comunicazioni nei sistemi industriali è sempre più decisivo e guida le trasformazioni
in atto della stessa struttura aziendale. Si assiste a una convergenza tecnologica tra i tradizionali
livelli operativi e le reti si inseriscono decisamente in questa tendenza. Due le prospettive più evidenti:
la diffusione di Ethernet Industriale anche verso i livelli più bassi e la crescita delle trasmissioni
wireless anche in ambito industriale.
Digitalizzazione e connettività sono i due fattori
che sempre più caratterizzano il mondo indu-
striale: le fabbriche, di ogni dimensione e a ogni
livello, sono popolate da apparecchiature intel-
ligenti, in grado di utilizzare, elaborare e fornire
dati e di comunicare non solo bidirezionalmente
con un sistema di governo centrale ma anche
di attivare una comunicazione multidirezionale
con le altre apparecchiature. Non parliamo solo
di computer ma anche di sensori, attuatori, stru-
menti di misura e tendenzialmente tutte le mac-
chine presenti in un sito produttivo. Ovunque
quindi si creano delle reti e la fabbrica risulta così
attraversata da un enorme e articolato sistema
nervoso fatto di reti e sottoreti sulle quali viag-
giano segnali dal livello del campo fino ai livelli
della gestione aziendale.
Tre livelli
Seguendo uno schema abbastanza generale per
descrivere la struttura aziendale, possiamo distin-
guere tre livelli ai quali corrispondono tre tipologie
di connettività e quindi tre diverse esigenze di reti.
C’è il livello
enterprise
, dove le reti connettono
i sistemi informatici gestionali aziendali con i si-
stemi di supervisione di alto livello. È l’ambito
dominato dai vari tipi di sistemi di elaborazione,
con client e server standard, dove quella che pre-
vale è la gran quantità di dati trasmessi tra i quali
stanno assumendo un ruolo crescente le infor-
mazioni relative ai dati di produzione, alle con-
dizioni operative di impianti e macchinari, alle
scorte di magazzino e alla logistica. Sono reti che
non necessitano delle specifiche real time e per
le quali è importante il fattore sicurezza dell’in-
formazione e meno pressante quello della robu-
stezza rispetto a disturbi ambientali. In genere si
utilizzano protocolli di comunicazione e tecnolo-
gie informatiche tali da facilitare l’integrazione di
differenti sistemi e l’apertura verso l’esterno. La
tecnologia
Ethernet
è prevalente.
C’è poi il livello delle reti di
controllo
, per il
trasporto e la gestione delle informazioni di
cella. Qui è meno imponente la mole dei dati ma
aumenta la frequenza di trasmissione e spesso
si tratta di dati non strutturati; ci vuole quindi
maggior flessibilità e si connettono client non
standard, come PLC, PC industriali, DCS e
controllori embedded. Iniziano a farsi sentire i
vincoli del
real time
e del
determinismo
; non
sono ammessi ritardi nelle trasmissioni e deve
essere garantita la sincronizzazione degli eventi
e una sostanziale assenza di errori nello scam-
bio delle informazioni. L’ambiente industriale
pone condizioni più severe che impattano sia
sulle caratteristiche hardware (topologia, layer
fisico) che sul software (protocolli e servizi)
delle reti e quindi richiede robustezza. Spesso
le reti di controllo sono di tipo proprietario,
cioè realizzate con dispositivi, componenti e
software di specifici produttori.
Infine il livello del
campo
, dove le reti assumono
il volto dei ben noti bus di campo o fieldbus. Le
reti di campo sono utilizzate per scambiare infor-
mazioni tra un sistema di controllo e i sensori e
gli attuatori che orami sono sempre più provvisti
di apposite interfacce di comunicazione. La strut-
tura a bus rende possibile sia la trasmissione di
informazioni di alto livello, ad esempio le fun-
zioni di autodiagnosi e di interrupt, sia la configu-
razione e calibrazione via software dei parametri
dei sensori/attuatori intelligenti. Ancor più che
per le reti di controllo, i fieldbus hanno elevate
esigenze di
determinismo e real time
.
Va fatto osservare che la suddivisione dei livelli
appena descritta, tende ad essere sempre meno
meno rigida; la struttura della fabbrica 4.0, così
come si sta prefigurando nei vari progetti e nelle
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