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FEBBRAIO 2024 FIELDBUS & NETWORKS 48 Fieldbus & Networks quanto consentono di implementare funzionalità avanzate di diagnostica pre- dittiva oppure di efficienza energetica. - MVB-Multifunction Vehicle Bus D’altra parte, MVB-Multifunction Vehicle Bus è il bus del veicolo e collega le apparecchiature di bordo veicolo e tra veicoli in un convoglio chiuso; offre un bit rate di 1,5 Mbps su tre mezzi trasmissivi: cavo RS485 per brevi distanze, linea bilanciata a 2 fili intrecciati accoppiati con trasformatore di linea per un massimo di 200 m, e fibra ottica per distanze fino a 2 km, soprattutto utilizzate in ambienti difficili (disturbi tipo EMC). Se è necessario aumentare la lunghezza del bus, i diversi mezzi possono essere interconnessi direttamente con dei ripetitori. MVB viene gestito da un nodomaster dedicato, oppure da piùmaster per aumen- tare la disponibilità dei nodi (si tratta di un sistema multi-master/multi-slave). Di conseguenza, presenta le stesse criticità operative che si riscontrano nelle reti deterministiche di quel tipo: un nodo master deve attendere di detenere il messaggio di token per comunicare, mentre un nodo slave deve attendere di essere interrogato se inserito nella lista di polling del master. MVB utilizza una robusta codificaManchester e un Checksum evoluto per la rilevazione di errori; il protocollo è stato concepito come sistema a logica decentralizzata avente come metodo di accesso al bus quello di tipo deterministico, pertanto il bus risulta perennemente occupato e non accessibile in tempi casuali. La conseguenza prin- cipale di questo metodo è che un nodo, avente un dato considerato prioritario da trasmettere, deve attendere il proprio turno di interrogazione per poter comuni- care tale informazione, rispettando i tempi di latenza stabiliti. - WTB-Wire Train Bus WTB-Wire Train Bus è stato progettato per interconnettere i veicoli tramite cavi e connettori di collegamento manuali o accoppiatori automatici, ideale quindi per i treni che cambiano frequentemente composizione. Un doppino intrecciato schermato permette di percorrere un massimo di 800 m di convoglio (senza ripetitore), collegare fino a 32 nodi, con un bit rate che dipende dalle costanti primarie del cavo. Considerando l’ambiente difficile della comunicazione dati, soprattutto dal punto di vista di compatibilità elettromagnetica, la presenza di connettori e conseguente discontinuità sul bus, con l’aggiunta e la rimozione di veicoli, viene normalmente utilizzato un processore di segnale digitale per la codifica Manchester del segnale. Una caratteristica saliente di WTB è la capacità di numerare automaticamente i nodi in ordine sequenziale e consentire a tutti i nodi di riconoscere quale sia il lato destro o sinistro del treno. Ogni volta che il treno presenta cambiamenti nella sua composizione, per esempio quando si aggiungono o rimuovono carrozze, i nodi del bus eseguono la procedura di inizializzazione che li connette operativamente, assegnando loro un indirizzo proprio, in ordine sequenziale; generalmente vi è un nodo per carrozza, ma potrebbero essere più di uno, oppure nessuno. Al ter- mine della fase di inizializzazione tutte le carrozze vengono informate della nuova strutturaWTB: indirizzo TCN proprio, orientamento lato destro/sinistro, posizione prima/dopo rispetto al master e numero e posizione degli altri nodi nel treno. I trend tecnologici del settore Recentemente, alcune analisi condotte sotto l’aspetto tecnico-economico sui pro- tocolli di comunicazione utilizzati nel campo dell’automazione industriale hanno evidenziato che le potenzialità del protocollo CAN possono risultare vincenti anche per l’ambito ferroviario. In particolare, sono risultate adatte le peculiarità dello standard Canopen, che rende CAN deterministico, fra le quali: economicità di utilizzo, in quanto la tecnologia prevista non è proprietaria e non è richiesto alcun pagamento per la licenza; estrema affidabilità e sicurezza nello scambio di dati; flessibilità e customizzazione in base alle esigenze della singola applicazione. L’utilizzo su grande scala dello standard CAN/Canopen, dal settore trasporti a quello industriale, ha portato a un sensibile sviluppo della tecnologia e a un progressivo contenimento dei costi. Oggi, in aggiunta a canali di comunicazione tradizionali come MVB e CAN/Canopen, si studiano protocolli di nuova genera- zione basati su Ethernet. Standard e normative nel ferroviario I principali standard internazionali per il mondo ferroviario sono riferiti alle norme IEC61375 e UIC556. Nello specifico, IEC61375 (standard TCN) definisce l’architettura di comu- nicazione e i necessari protocolli per le comunicazioni a bordo treno e a livello di veicolo; è costituito da un sistema gerarchico a due livelli. UIC556 definisce invece la visione dell’operatore sul treno, la struttura per il coordinamento delle diverse applicazioni e la gestione operativa, per garantire l’interoperabilità tra veicoli di produttori diversi. Questa suite di protocolli è stata applicata con successo in ambito operativo su treni passeggeri e ad alta velocità, locomotive, treni suburbani, nonché tram. Negli anni ‘90 è nato un progetto congiunto fra diversi fornitori di sistemi ferroviari (ABB, AEG, Firema, Siemens ecc.) per sviluppare un prototipo co- mune, al fine di standardizzare una comunicazione di rete per applicazioni ferroviarie. Il risultato di questo progetto è la specifica hardware e sof- tware definita TCN-Train Communication Network. Successivamente, nel 1999, il TCN è stato definito come standard internazionale da IEC e Ieee (Ieee 1473-1999 - Standard for Communications Protocol Aboard Train). Il lavoro sulla standardizzazione del livello di applicazione è stato fatto parallelamente allo sviluppo del sistema TCN, e il codice UIC556 è stato approvato anch’esso come standard nel giugno 1999. TCN utilizza l’indiriz- zamento univoco, per cui ogni nodo del bus ha un proprio indirizzo: si tratta di una rete orientata al nodo. Ciascuna funzione viene eseguita da uno o più nodi/dispositivi indirizzati e ogni dispositivo può eseguire più funzioni. Fig.5 - Architettura della rete Arinc 659 con i moduli LRM-Line Replaceable Module