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NOVEMBRE 2024 FIELDBUS & NETWORKS 37 Fieldbus & Networks Uno standard esiste già Volendo trarre ispirazione dal mondo office, si può affermare, senza tema di smentita, che il pi- lastro fondamentale dell’infrastruttura di comu- nicazione di qualunque applicazione IT è, ormai da decenni, Ethernet. In un’ottica di convergenza verso l’adozione di questa tecnologia anche in ambito industriale, abbiamo assistito negli anni alla comparsa di diversi standard, genericamente conosciuti come ‘Industrial Ethernet’, che (ri) utilizzano Ethernet come livello fisico. Sarebbe pertanto naturale immaginare che anche la strumentazione di processo migrasse verso tale tecnologia. Ovviamente, a patto di soddisfare requisiti quali la capacità di operare in ambienti gravosi, possibilmente in atmosfera esplosiva, e con tempi di ciclo compresi in un intervallo tra i 10 ms e i 2 s (come suggerito dalle raccomanda- zioni Namur). In realtà, una tale soluzione esiste già ed è Ether- net-APL (Advanced Physical Layer). È un esem- pio di comunicazione di tipo Single Pair Ethernet (SPE), quindi basata su un doppino conforme alle specifiche IEC60079 (Two-Wire Intrinsically Safe Ethernet, 2-Wise), che lo rendono sicuro anche per le applicazioni in ambienti pericolosi. Più precisamente, Ethernet-APL è destinato prin- cipalmente a interfacciare dispositivi di campo (sensori e attuatori) a una rete di controllo ba- sata su un’infrastruttura di tipo Industrial Ether- net. La comunicazione è full-duplex e il data rate è pari a 10 Mbps, ossia ordini di grandezza maggiori rispetto a quello offerto tipicamente da Hart, che si attesta a 1.200 bps, o alle decine di kbps offerti dai tradizionali bus di campo. Queste caratteristiche rendono Ethernet-APL una valida e significativa evoluzione delle soluzioni oggi in commercio, in grado di garantire il trasferimento di insiemi di dati anche molto complessi, come le informazioni diagnostiche generate dagli strumenti intelligenti utilizzati in settori in forte evoluzione, per esempio l’oil&gas o la gestione delle acque reflue. Un elemento fondamentale dell’infrastruttura Ethernet-APL è il power switch, il cui compito è interfacciare la rete Ethernet-APL a un’infra- struttura Industrial Ethernet tradizionale, che assume il ruolo di control network, oltre a fornire l’alimentazione per i dispositivi a essi connessi (le porte del power switch sono classificate proprio in base alla potenza erogabile). Tra i dispositivi figurano anche gli switch di campo, che sono connessi attraverso un trunk, che può raggiungere la lunghezza di 1.000 m. Agli switch di campo sono, infine, collegati, tramite degli spur (derivazioni), gli strumenti veri e propri (uno per ognuna di esse). È anche possibile avere uno switch di campo connesso direttamente alla rete Industrial Ethernet, così come possono esserci dispositivi che richiedono una linea di alimenta- zione separata. Una schematizzazione di quanto riportato è fornita nella figura 1. Inoltre, sono previsti sia i ‘dispositivi ausiliari’, per esempio i limitatori di sovratensione, che l’uso di ‘connessioni in linea’, quali le scatole di giunzione e i connettori da cavo a cavo, utili per unire due segmenti. Ovviamente, tali compo- nenti causano riflessioni e perdita di inserzione al segmento di rete a cui sono connessi, e il loro numero deve essere limitato a massimo 2 dispo- sitivi ausiliari e 10 o 4 connessioni in linea, a seconda che il segmento sia un trunk o uno spur. Caratteristiche del cavo Relativamente al mezzo fisico, Ethernet-APL sfrutta un cavo a doppino intrecciato bilanciato e schermato, con un’impedenza caratteristica di 100 Ω ±20%, in un intervallo di frequenza compreso tra 100 kHz e 20 MHz, in accordo a Astm D4566-05 o standard internazionale equi- valente, come quello tipicamente utilizzato per Profibus PA e Foundation Fieldbus H1. I fili del doppino possono essere ad anima singola o mul- tifilari, con un diametro compreso tra 26 AWG (0,14 mm²) e 14 AWG (2,5 mm²); il doppino è protetto da uno schermo (in treccia e lamina) e da una guaina. Il tipo di cavo di riferimento per i segmenti è il cavo MAU di tipo A dei bus di campo di tipo 1 e 3, come specificato nella IEC61158-2; in partico- lare, questo cavo soddisfa i requisiti per le appli- cazioni a sicurezza intrinseca (IS), come descritto nella IEC TS 60079-47, e può essere utilizzato anche in applicazioni non IS. I segmenti di cavo Ethernet-APL a sicurezza intrinseca devono es- sere contrassegnati per poter essere identificati facilmente; se le guaine a sicurezza intrinseca sono identificate dal colore, questo dovrebbe essere l’azzurro; di conseguenza, tutti gli altri segmenti possono avere una guaina di qualsiasi altro colore, a eccezione dell’azzurro. Nei casi in cui si utilizza un’infrastruttura già esi- stente, le performance della trasmissione devono essere garantite, in conformità alla ISO/IEC11801- 3. Più in dettaglio, per i cavi trunk devono essere utilizzati i valori limite della perdita di inserzione della ISO/IEC11801-3, mentre per i cavi di deriva- zione deve essere applicato un fattore di corre- zione pari a 0,2, così da ottenere una lunghezza massima dello spur di 200 m nel caso di cavo di categoria IV, che scendono a una lunghezza mas- sima del trunk di 250 m e dello spur di 50 m per cavi di categoria I. Per quanto riguarda i connet- tori, la specifica prevede l’impiego di: terminali Fig.1 - Esempio di infrastruttura Industrial Ethernet con Ethernet APL