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WIRELESS INDUSTRIALE
speciale
Automazione e Strumentazione
Giugno/Luglio 2016
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attuazione di dispositivi di comando (valvole e
azionamenti a velocità variabile). Un sistema di
comunicazione idoneo deve quindi garantire la
trasmissione ciclica delle variabili controllate, con
tempi di refresh certi, conformità alle norme ETSI,
determinismo. Per le semplici attività di allarmi-
stica, monitoraggio dati e diagnostica strumen-
tazione sono in genere idonee le soluzioni basate
su adattatori, gateway, ripetitori, ricetrasmettitori,
router, attuatori e sensori, supportati da standard
emergenti come
ISA100
e
WirelessHart
.
Se l’obiettivo è il
cable replacement
o la
tra-
missione punto-punto
, la soluzione ottimale può
essere un semplice accoppiamento wireless con
tecnologie Bluetooth, ZigBee o proprietarie che
ritroviamo anche nelle applicazioni di
acquisi-
zione dati
wireless dove sono utilizzati anche altri
standard per le operazioni di networking, datalog-
ging e rilevamento dati tramite sensori.
Bluetooth
,
ad esempio, è una tecnologia a basso consumo
energetico che consente la connessione di dispo-
sitivi a corto raggio e lo scambio di dati con velo-
cità massima raggiungibile pari a 1 Mbps. Molto
interessante, soprattutto per gli adattatori per Pc e
le interfacce di sensori e datalogger, è lo sviluppo
della tecnologia
Wusb
(Wireless Usb), un’esten-
sione 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.
Reti, Telecontrollo e IoT
Il funzionamento wireless di sensori e attuatori in
rete si accompagna non solo all’assenza di colle-
gamenti fisici, ma anche alla indisponibilità della
rete di alimentazione. A questo scopo i dispositivi
wireless sono dotati di sistema di alimentazione
autonoma a batteria, algoritmi per l’allungamento
della vita delle batterie dei sensori,
duty cycle
ridotto
(molto minore di 1) e tecniche di cattura
dell’energia di tipo
‘energy harvesting’
.
L’impiego delle reti
WSN
(Wireless Sensor Net-
work) e
WSAN
(Wireless Sensor Actuator Net-
work) è in costante aumento per la sostituzione
di cablaggi e nell’installazione di micro-sensori.
Nelle realizzazioni indoor e outdoor vengono rea-
lizzate per integrare sistemi di termoregolazione
(HVAC, temperatura, umidità), monitoraggio
ambientale (terra, aria, acqua), agrindustria (micro-
clima, irrigazione, luce), misure industriali (acce-
lerometri, vibrazioni, pressioni), robotica (sensori
di posizione e coordinamento), monitoraggio strut-
turale (gallerie, dighe, ponti), domotica (sistemi di
sicurezza e controllo) e automazione edifici (inter-
ruttori, sonde, valvole, comandi, allarmi).
Nel settore
Oil & Gas
le reti wireless prevedono
l’impiego di sistemi
RTU
(Remote Terminal
Unit) che contribuiscono a migliorare l’effi-
cienza della produzione, il monitoraggio delle
emissioni ambientali, la gestione tempestiva di
allarmi e la raccolta di informazioni.
I fattori tecnologici alla base dello sviluppo di
Standard
Frequenza
Velocità (max)
Modulazione
Distanza (max)
Applicazioni tipiche
IEEE 802.15.4
868, 902-928 MHz; 2,4-
2,4835 GHz
20, 40, 250 kbps
DSSS con BPSK o
O-QPSK
10-100 m
Industrial, consumer, IoT, utility
Bluetooth
2,4-2,835 GHz
1, 2, 3 Mbps
FHSS con GFSK, π/4
- DQPSK e 8DPSK
1-100 m
Speakers, headset, medical, fit-
ness, smartphones/watches
DECT
1880-1930 MHz
Fino a 2 Mbps
GFSK, π/2 - DBPSK,
π/4-DQPSK,
π/8-
D8PSK
200 m
Cordless phones, home auto-
mation
EnOcean
315,868, 902-928 MHz 125 kbps
ASK
30 m
Building, home automation,
industrial
ISA100-11a
2,4-2,4835 GHz
250 kbps
DSSS con O-QPSK 10-100 m
Process automation, indu-
strial, IoT
NFC
13,56 MHz
106 - 424 kbps
ASK
< 20 cm
Payments, access, pairing
UWB
3,1-10,6 GHz
480 Mbps, 1,3 Gbps OFDM,
BPSK,
impulsi
< 10 m
Video, docking, military
Wi-Fi (IEEE 802.11) 2,4-2,4835 GHz; 5,725-
5,875 GHz, 60 GHz
da 11 Mbps a 7 Gbps DSSS OFDM
100 m
LAN, internet access, IoT,
industrial
WirelessHart
2,4-2,4835 GHz
250 kbps
DSSS con O-QPSK 10-100 m
Process and building automa-
tion, WSN
ZigBee
868, 902-928 MHz;
2,4-2,4835 GHz
20, 40, 250 kbps
DSSS con O-QPSK 10-100 m
Industrial, home automation, IoT
Z-Wave
908,42 MHz
9,6, 40 kbps
GFSK
30 m
Home automation IoT
Tabella - Principali tecnologie wireless usate nell’industria