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NOVEMBRE 2021 FIELDBUS & NETWORKS 31 Fieldbus & Networks sia aperto e, allo stesso tempo, in grado di funzio- nare in tempo reale. OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) secondo IEC62541 è un protocollo di comunicazione industriale che può essere usato per descrivere semanticamente i dati della macchina in modo leggibile. È indipendente dal produttore e do- tato di un alto grado di sicurezza intrinseca. In questo modo, al contrario dei protocolli Industrial Ethernet incompatibili, il protocollo di comunicazione aperto OPC UA consente una comunicazione continua e tra- sparente dal sensore al cloud. Interoperabilità illimitata OPC UA deve la sua grande popolarità e la sua ra- pida diffusione principalmente a un meccanismo di immaginazione integrato. Questa caratteristica dà al protocollo la possibilità di comunicare anche con dispositivi introdotti nella rete in un secondo mo- mento, senza che sia necessario che questi vengano configurati in fase di programmazione originale. Que- sto riduce significativamente lo sforzo richiesto per le conversioni e gli aggiornamenti, e contribuisce a rendere gli impianti di produzione ‘a prova di futuro’. Inoltre, è un prerequisito essenziale per la capacità delle macchine di produzione di plug&produce, proprio come il plug&play delle apparecchiature da ufficio. Tuttavia, nemmeno OPC UA ha un comportamento temporale deterministico, pertanto, proprio come lo standard Ethernet, non è facilmente adattabile alla trasmissione di dati in tempo reale all’interno di se- zioni di impianto sincronizzate. Verso il nuovo Ethernet con Pub/Sub su TSN OPC Foundation ha introdotto il modello di comu- nicazione veloce Publisher-Subscriber (Pub/Sub) come primo passo. Esso elimina la necessità di aspettare le risposte dei destinatari tra i singoli messaggi. L’invio continuo di dati, inoltre, con la nuova specifica OPC UA Pub/Sub porta una note- vole accelerazione della comunicazione e un alleg- gerimento della rete, seppure tale comportamento deterministico e in tempo reale si presenti solo attraverso una base temporale uniforme. Ieee (Institute of Electrical and Electronics Engine- ers) ha creato una tale base temporale uniforme con lo standard Ethernet TSN. Questa estensione dello standard Ethernet regola il comportamento di trasmissione dei pacchetti di dati con la sincro- nizzazione temporale tramite una base temporale uniforme, la pianificazione del traffico e la configu- razione automatica del sistema. Combinando la specifica OPC UA PubSub con la tec- nologia di comunicazione TSN è possibile realizzare applicazioni in tempo reale in ambito industriale ba- sate su standard generalmente disponibili. Questa soluzione garantisce la trasmissione deterministica dei dati in grandi reti convergenti e può dissolvere quindi lo storico divario tra reti IT e OT. Alte prestazioni con sicurezza La Fondazione OPC ha presentato in occasione della fiera SPS IPC Drives 2018 a Norimberga, ‘OPC UA con TSN fino al livello di campo’ come piattaforma di comunicazione universale, capace di comunicare in tempo reale dal cloud fino al li- vello del sensore. Ha così gettato le basi per supe- rare le precedenti problematiche di compatibilità. Nel corso della ridefinizione dello standard Ether- net ci sono anche stati significativi miglioramenti in termini di prestazioni. La tecnologia abilita la presenza di reti con diversi nodi, da 10.000, che possono comunicare fino a 18 volte più veloce- mente rispetto a quanto avveniva con i protocolli precedenti e può anche essere gestita e configurata molto facilmente. Tra l’altro, questo apre possibilità di applicazione completamente nuove, per esempio nel caso della tecnologia di azionamento altamente sincrona, anche accoppiata con l’elaborazione digi- tale delle immagini. Per lo scambio sicuro e affidabile dei dati in rete, OPC UA su TSN offre la possibilità di utilizzare certificati digitali secondo lo standard X.509. In questo modo, garantisce un elevato livello di sicurezza. In contra- sto con l’Industrial Ethernet del passato, OPC UA su TSN è un protocollo indipendente dal fornitore, com- patibile con implementazioni software open source, gestite e testate dall’Open Source Automation De- velopment Lab (Osadl), tra gli altri. Questo rende gli integratori di sistema e gli utenti indipendenti dai sin- goli fornitori per quanto riguarda la comunicazione. Uno standard di comunicazione dei dati universale Con l’aggiunta della capacità in tempo reale di TSN, il protocollo permette la convergenza IT e OT su una rete comune, creando l’ambiente ideale per tutte le applicazioni nell’IIoT. I produttori di processori omoduli di controllo stanno equipaggiando sempre più prodotti con capacità TSN come standard. Ciò è facilitato dall’integrazione della funzionalità TSN nei semiconduttori di nume- rosi produttori, il che semplifica la realizzazione di reti convergenti basate su Ethernet, in cui la comu- nicazione sincronizzata nel tempo e deterministica avviene anche in parallelo al normale traffico dati IT. Questo faciliterà la creazione di applicazioni reali IIoT per l’Industria 4.0 basate su standard Ethernet univer- salmente validi. I costi aggiuntivi per la capacità TSN diminuiranno quanto essa più sarà adottata a livello di chip. Di conseguenza, si prevede che in un futuro molto prossimo le reti di nuova installazione possie- deranno già la capacità realtime come standard. Gli ingegneri dell’automazione, così come i progettisti, gli operatori e i manutentori di reti interne, ma anche i principali produttori di automazione e di tecnologia dell’informazione si stanno quindi rivolgendo sempre più a Ethernet con TSN. Apriporta per l’Industria 4.0 La piattaforma di comunicazione TSN si sta affer- mando come standard mondiale universale per tutte le forme di comunicazione elettronica dei dati, anche oltre le reti industriali. Anche i dispositivi finali senza capacità TSN possono essere gestiti tramite le reti TSN senza svantaggi. Prima o poi, di default gli switch Ethernet saranno equipaggiati con TSN attraverso l’uso di appropriati chip e lo standard Ethernet avrà capacità realtime. Questo eliminerà lo sforzo attualmente ancora elevato per superare i limiti di compatibilità fra le varianti di protocollo Ethernet industriale, vero ostacolo all’in- tegrazione di componenti di impianti critici nell’era dell’Internet of Things. Tutto ciò potrebbe dare forma concreta al concetto di Industria 4.0. Di queste problematiche come dell’evolu- zione della tecnologia TSN parleremo dif- fusamente il 28 gennaio, dalle ore 9.30, al Convegno ProgettistaPiù. Per informazioni https://www.progettistapiu.it Reichelt elektronik - www.reichelt.com/it/it OPC UA Pub/Sub con TSN garantisce la trasmissione deterministica dei dati in grandi reti convergenti e può superare lo storico divario tra reti IT e OT Fonte AdobeStock