Automazione e Strumentazione
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Giugno 2014
e piping distribuiti su vaste aree, dove è assente
la rete di alimentazione elettrica. Collegati fino a
decine di kilometri a sensori alimentati a batterie,
gli apparati RTU possono inviare dati ai centri di
controllo tramite ponti radio, reti GSM, GPRS o
satellitari. Hanno così origine
sistemi territorial-
mente complessi e distribuiti
, con architetture
Mesh, in grado di realizzare comunicazioni in
tempo reale tra apparati periferici e centri di su-
pervisione.
Soluzioni aperte, ISA100 e WirelessHart a
confronto
Compito fondamentale dei sistemi wireless
nell’industria di processo è quello di sfruttare
l’apertura offerta dagli standard ISA100.11a,
WirelessHART, IEEE 802.16 (WiMAX) e IEEE
820.11 (Wi-Fi). Una rete aperta permette di utiliz-
zare applicazioni per incrementare il ROI e abbas-
sare il costo totale degli investimenti. I principali
fornitori di automazione sono sempre più attenti a
garantire l’integrazione di tecnologie wireless nei
loro prodotti. Implementare una tecnologia wire-
less è unmodo conveniente per aggiungere funzio-
nalità di monitoraggio, migliorare la mobilità del
personale, aumentare il livello di sicurezza, otti-
mizzare l’uso di beni, materie prime ed energia. In
questo scenarioWirelessHART e ISA100 rappre-
sentano una soluzione competitiva per applicazio-
ni con
tempi di ciclo non critici
, basso consumo
energetico e
sistemi a batteria
. Al contrario non
sembrano al momento esserci soluzioni in grado
di assicurare il livello di determinismo (tempi di
ciclo inferiori al millisecondo) raggiunto dalle reti
Real-Time Ethernet. Basato sugli standard Ieee
802.15.4 e Isa Sp100,
WirelessHart
aggiunge
funzionalità wireless al protocollo Hart, mante-
nendone la piena compatibilità. WirelessHart può
vantare un numero di applicazioni e un portafoglio
prodotti superiore rispetto a
ISA100
, che si pone
come tecnologia flessibile che fa del supporto al
tunnelling e dell’apertura verso altri protocolli i
propri punti di forza. Tecnicamente i due standard
sono molto simili. Condividono infatti lo stesso li-
vello fisico e i protocolli superiori di scambio dati.
Le reti basate su ISA100.11a sono reti adattative
di tipo Mesh a basso consumo. Soddisfano inol-
tre gli standard IEE 802.15.4 a 2,4 GHz (su cui si
basano le WSN) e i requisiti di sincronizzazione,
crittografia e comunicazioni multiple. In ogni caso
i limiti sui tempi di ciclo delle variabili (1 secon-
do per pochi nodi) fanno sì che entrambe queste
tecnologie siano applicabili a scenari di controllo
lento, monitoraggio variabili a bassa dinamica (es.
temperatura), diagnostica strumentale, monitorag-
gio allarmi. Non va poi dimenticato che nel con-
trollo di processo, allo stato attuale, prevalgono
soluzioni proprietarie in contesti di cable repla-
cement, comunicazioni punto-punto, pulsantiere
di sicurezza, installazioni non presidiate. In pro-
spettiva però lo strada verso la standardizzazione
e l’ampia diffusione di WSN appare obbligata.
Probabilmente alcune soluzioni wireless di tipo
consumer, spinte dalle economie di scala, saranno
estese anche al controllo di processo industriale,
ponendo problemi di coesistenza tra reti e di mec-
canismi di accesso alla banda disponibile.
Acquisizione Dati
Nell’acquisizione dati wireless sono utilizzate an-
che altre tecnologie per le operazioni di networ-
king, datalogging e rilevamento dati dal campo
tramite sensori.
Bluetooth
, ad esempio, è una tec-
nologia a basso consumo energetico che consente
la connessione di dispositivi a corto raggio e lo
scambio di dati con velocità massima raggiungi-
bile pari a 1 Mbps. Molto interessante, soprattutto
per gli adattatori per Pc e le interfacce di sensori
e datalogger, lo sviluppo della tecnologia
Wusb
(Wireless Usb): un’estensione senza fili di Usb a
corto raggio. Le tecnologie più diffuse sono però
Wi-Fi (Ieee 802.11) e ZigBee (Ieee 802.15.4). Le
differenze riguardano principalmente l’ampiezza
di banda, la distanza e il tipo di alimentazione.
L’acquisizione dati
Wi-Fi
, ideale per distanze
contenute, offre maggiore ampiezza di banda, con
un bit rate fino a 54 Mbps (per Ieee 802.11g) o
150 Mbps (per Ieee 802.11n). Queste prestazioni
comportano un consumo energetico non trascu-
rabile. I dispositivi di acquisizione Wi-Fi com-
binano la tecnologia wireless Ieee 802.11 e la
comunicazione Ethernet, dirigono la connettività
dei sensori e la flessibilità del software per il moni-
toraggio remoto dei segnali acquisiti. I dispositivi
Wi-Fi possono effettuare lo streaming continuo di
forme d’onda su ciascun canale. Un sistemaWi-Fi
è normalmente configurato secondo una topologia
a stella con un access point centrale. Le installa-
zioni Wi-Fi standard supportano anche ripetitori
o router per aumentare la distanza e possono es-
sere configurati con topologia cluster o ad albero.
Di contro,
ZigBee
è ottimizzato per applicazioni
che necessitano di copertura a lunga distanza, lun-
ga durata di funzionamento, larghezza di banda
inferiore. Una rete di sensori wireless basata su
ZigBee può funzionare per anni con batterie alca-
line standard e trasferire un numero di dati ridotto.
Le tecnologie basate su ZigBee sono ideali per ap-
plicazioni di monitoraggio remoto a lunga distan-
za e a bassa velocità. Una rete ZigBee supporta
inoltre varie topologie di rete: a stella, cluster-tree
e mesh. Quest’ultima indirizza pacchetti dai nodi
terminali al gateway tramite il percorso disponibi-
le più corto e rende la rete affidabile e flessibile.
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WIRELESS INDUSTRIALE
speciale
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