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MAGGIO 2024 FIELDBUS & NETWORKS 22 Fieldbus & Networks L’ evoluzione dell’ambiente industriale è stata significativamente influenzata dall’introduzione dell’Ethernet industriale, un sistema che ha rivoluzionato le comunicazioni nel settore, permettendo una trasmissione affidabile, realtime e deterministica tra dispositivi di automazione e controllo. Questo importante progresso è stato reso possibile grazie all’implementazione di una serie di soluzioni tecniche e tecnologiche nei protocolli specifici, tra cui Profinet, Ethernet/IP, Powerlink, CC-Link IE ed Ethercat. Questi protocolli, basati sullo standard Ieee 802.3, offrono una serie di vantaggi fondamentali per l’ambiente industriale, come velocità elevate, scalabilità e interoperabilità con dispositivi di rete standard. Tuttavia, per soddisfare le esigenze di comunicazione realtime e determi- nismo richieste dalle applicazioni industriali, è stato necessario sviluppare ulteriori soluzioni tecniche. I protocolli citati poco fa, per esempio, sono stati progettati appositamente per garantire comunicazioni realtime e determini- smo, implementando meccanismi specifici per gestire la priorità dei pacchetti e assicurare tempi di trasmissione consistenti e prevedibili. Il concetto di determinismo, spesso definito anche Isochronous RealTime (IRT), è di fondamentale importanza per garantire prestazioni affidabili nei contesti industriali. Per garantire tale determinismo è cruciale sincronizzare gli orologi di tutti i dispositivi sulla rete. A tal fine, i protocolli Ethernet industriali utilizzano tecniche sofisticate come il PTP (Precision Time Pro- tocol), che sincronizza l’orologio di rete con alta precisione, consentendo la coordinazione precisa delle attività e garantendo prestazioni elevate in termini di jitter garantiti. La scelta dei protocolli a base Ethernet offre, inoltre, la possibilità di gestire una vasta gamma di configurazioni di rete, tra cui topologie a stella, ad anello o lineari, che possono essere adattate alle specifiche esigenze dell’applicazione. Inoltre, i protocolli Ethernet in- dustriali implementano meccanismi avanzati di gestione del traffico, per garantire che i pacchetti critici vengano trasmessi senza ritardi. Ciò può includere l’uso di Vlan (Virtual local area network) per separare il traffico critico da quello non critico, e la prioritizzazione dei pacchetti in base alle esigenze dell’applicazione. I protocolli più diffusi Nel panorama della comunicazione industriale, negli anni si sono sviluppati diversi protocolli di comunicazione che hanno implementato le scelte tecni- che e tecnologiche per rendere Ethernet deterministico e realtime in modi differenti, per garantire prestazioni e soluzioni diverse a seconda delle appli- cazioni. In particolare, nello scenario dei protocolli di comunicazione a base Ethernet possiamo identificarne alcuni che, nel loro insieme, rappresentano la maggior parte del mercato: Profinet, Ethernet/IP, CC-link, Powerlink ed Ether- cat. Vediamoli nello specifico. − Profinet : è un protocollo di comunicazione industriale sviluppato dall’as- sociazione PI-Profibus&Profinet International; è progettato per consentire una comunicazione realtime e deterministica tra dispositivi di automa- zione e controllo, facilitando l’integrazione di dispositivi di campo, con- trollori e sistemi di automazione; − Ethernet/IP : è un protocollo sviluppato da Odva (Open Devicenet Vendor Association) che offre interoperabilità tra dispositivi di diversi fornitori; supporta le comunicazioni realtime attraverso il CIP (Common Industrial Protocol), facilitando la comunicazione tra dispositivi industriali; − Powerlink : è un protocollo sviluppato da Epsg (Ethernet Powerlink Stan- dardization Group) che offre un’elevata precisione temporale e gestisce applicazioni ad alta velocità e alta precisione, come la lavorazione dei metalli; si basa su Ethernet standard e offre una struttura aperta e flessi- bile per le applicazioni industriali; − CC-Link : è una famiglia di protocolli di comunicazione industriale svi- luppati dalla Clpa (CC-Link Partner Association). CC-Link IE (Control and Communication Link Industrial Ethernet) è la versione basata su Ethernet di questo protocollo, che offre prestazioni in tempo reale e supporta l’in- tegrazione di dispositivi di automazione e controllo; − Ethercat (Ethernet for Control Automation Technology): è un protocollo sviluppato da ETG (Ethercat Technology Group) che offre bassa latenza e determinismo elevato grazie alla sua architettura a catena; è particolar- mente adatto per applicazioni ad alta velocità e sincronizzazione, come nel settore della robotica industriale e della macchina utensile. Il fatto che esistano diversi protocolli, come è sempre avvenuto anche in pas- sato per quelli a base seriale, è sempre stato legato alla tipologia di mercato cui la specifica soluzione è rivolta e, soprattutto, alla tipologia di prestazioni richieste. Sicuramente, il fatto di avere protocolli diversi, ma tutti a base Ethernet, ne facilita l’integrazione e semplifica la gestione dei dati, in quanto consente di gestire un’unica infrastruttura di comunicazione e poi di ‘trasfor- mare’ i dati nei diversi protocolli solo a livello applicativo, per mezzo di driver di comunicazione o, comunque, con l’impiego di componenti software. I vantaggi offerti da Industrial Ethernet… L’Ethernet industriale offre una serie di vantaggi cruciali, che lo rendono la scelta preferita per le reti industriali. Prima di tutto, garantisce una velocità elevata e una larghezza di banda sufficiente per gestire il crescente volume di dati generati dai dispositivi industriali. Questo è fondamentale per soste- nere applicazioni ad alta intensità di dati, come il controllo dei processi di produzione, la robotica industriale e l’Internet delle Cose (IoT) industriale (IIoT). Inoltre, Ethernet offre una maggiore flessibilità e scalabilità rispetto alle tecnologie di comunicazione tradizionali: le reti Ethernet possono essere facilmente espandibili per includere un numero crescente di dispositivi e ap- parecchiature, consentendo una rapida adattabilità alle mutevoli esigenze di produzione e una migliore gestione delle risorse. I protocolli Industrial Ethernet offrono una serie di vantaggi cruciali, che li rendono la scelta preferita per le reti industriali Fonte: foto Schutterstock