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NOVEMBRE 2021 FIELDBUS & NETWORKS 27 il multiplexing nella fase isocrona, suddividendola in diversi sotto-intervalli, in modo tale che la se- quenza di interrogazione da parte del MN possa ri- servare alcuni sotto-intervalli all’interrogazione dei CN che hanno bisogno di comunicare a ogni ciclo, e condividere ciascuno degli altri sotto-intervalli fra più CN. Così, per esempio, lo stesso sotto-in- tervallo può essere usato per interrogare a turno, una volta ogni tre cicli, tre CN che hanno bisogno di comunicare con frequenza pari a un terzo della frequenza base. Similmente, invece di interrogare un singolo CN per volta, il MN può optare per un ‘Poll Response Chaining’, che nella metafora della tavola rotonda corrisponde a lanciare un ‘giro di tavola’. Viene lanciata una richiesta collettiva con- tenente l’ordine in cui i CN dovranno rispondere, risparmiando quindi il tempo delle interrogazioni ai singoli nodi. Un’altra importante caratteristica, che consente la connessione ‘a caldo’ di ulteriori nodi, è la possibilità di scambiare messaggi di configu- razione durante la fase asincrona, così come l’indi- rizzamento univoco delle risorse rende possibile la connessione secondo topologie arbitrarie. Anche se altri tipi di soluzione usano meccanismi diversi, alcune caratteristiche emergono come fondamentali e universali. Le soluzioni basate su Ethercat, per esempio, utilizzano un frame Ether- net comune fra tutti i nodi, che viene lanciato da un nodo master, attraversa l’intera rete, che ha la struttura logica di un anello, e torna al master. Quando un nodo riceve il frame, legge e scrive l’in- formazione di sua competenza all’interno del frame prima di passarlo oltre. Una simile struttura, se da un lato è limitante per la necessità di una topolo- gia ad anello e per l’uso di hardware ad hoc per la lettura/scrittura veloce dei dati dal frame, dall’altra evidenzia come non si possa sfuggire alla necessità di sincronizzazione fra tutti i nodi. Principi fondamentali e standardizzazione Gli esempi appena descritti mostrano la presenza di aspetti comuni e fondamentali e suggerisce una possibilità di astrazione e l’opportunità di avere standard aperti e ben congegnati. La definizione di Ethernet originalmente contenuta in Ieee 802.3, è stata estesa in numerosi standard, che forniscono approcci strutturati per garantire altre caratteri- stiche o servizi di supporto, come per esempio lo standard Ieee 1588, che definisce un protocollo di sincronizzazione fra i nodi di una rete. A più alto livello, la standardizzazione ha portato alla de- finizione da parte del task group Ieee 802.1 del Time-Sensitive Networking (TSN). Originariamente pensato per la trasmissione di audio e video, tale standard interviene sul livello 2 del modello ISO/ OSI e si concentra su tre aspetti chiave, che genera- lizzano quanto visto nel caso speciale di Powerlink: • sincronizzazione: tutte le risorse hanno la stessa percezione condivisa del tempo; • scheduling e shaping del traffico: il tempo all’interno di ogni ciclo è ripartito fra operazioni real- time e asincrone, e il flusso asincrono è modulato in modo da non interferire con il flusso sincrono; • selezione di percorsi riservati: la comuni- cazione avviene lungo percorsi prestabiliti, possibil- mente multipli per garantire fault tolerance. A partire da TSN e al fine di specializzarne l’adozione nell’ambito dell’automazione (si ricordi che l’ambito inizialmente previsto era quello della trasmissione audio/video) sono stati sviluppati profili specifici, come il joint standard IEC/Ieee 60802 ( ‘TSN Profile for Industrial Automation’ - TSN-IA), per assicurare la compatibilità fra i diversi protocolli proposti per Indu- strial Ethernet (IEC/Ieee 60802 è attualmente in draft, con rilascio previsto nel 2022) e quindi l’interoperabi- lità sulla stessa rete. Fra i vari standard di riferimento è opportuno menzionare anche Ieee 61158 ( ‘Ieee Standard for Industrial Hard Real-Time Communication’ ), che stabilisce dei criteri gene- rali basati sulla versione originale di Powerlink. Verso un’unica infrastruttura, dal sensore alla pianificazione La possibilità di mischiare su una stessa infrastrut- tura comunicazioni in hard realtime e comunicazioni generiche, come nelle fasi sincrona e asincrona di Powerlink, è chiaramente abilitante nel contesto di Industria 4.0 e IIoT, in cui risulta sempre più desidera- bile la fusione fra i livelli IT (Information Technology) e OT (Operation Technology), così come la possibilità di aggiungere facilmente nuovi nodi e di configurare diverse topologie con un alto numero di nodi. In que- sto senso, una delle proposte più interessanti è data dal progetto di integrazione di TSN e OPC UA, nella versione che sostituisce l’originale modello client/ server, inadatto alla coesistenza di comunicazioni in hard realtime e asincrone, con il modello publish/ subscribe. Tale iniziativa mira a consentire un ac- cesso unificato e uniforme ai dati dal livello di piani- ficazione della produzione fino al sensore/attuatore, sfruttando un’unica infrastruttura Ethernet. I lavori sono in corso, ma la strada è ben tracciata e promettente. Fonte Shutterstock Il progetto di integrazione di TSN e OPC UA mira a consentire un accesso unificato e uniforme ai dati dal livello di pianificazione della produzione fino al sensore/attuatore su un’unica rete S i terrà dal 25 al 28 gennaio 2022, con diverse sessioni parallele dedicate alle specifiche tecnolo- gie abilitanti dell’Industria 4.0, il conve- gno ‘ProgettistaPiù. Sistemi e compo- nenti nella progettazione industriale’ . Le Redazioni delle riviste tecniche di Quine Business Publisher forniranno così al pubblico una panoramica completa delle soluzioni più innovative oggi presenti sul mercato per aiutare le aziende nel pro- cesso di trasformazione digitale. Il tema della connettività industriale e delle reti Ethernet sarà affrontato dalla redazione di Fieldbus&Networks, con la collabora- zione di esperti del settore, il 28 gennaio. LA 4 GIORNI DELLA TECNOLOGIA