FEBBRAIO 2013
FIELDBUS & NETWORKS
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comunicazione industriale dedicato, in questo caso IEC 61850. I van-
taggi per gli utilizzatori di una rete ibrida sono costituiti dal disporre
di un’architettura di rete molto semplice; un’infrastruttura di rete con-
divisa, con utilizzo di cavi standard; componenti di rete standard; pos-
sibilità d’integrazione di altre applicazioni (ERP, streaming video dalle
telecamere di videosorveglianza ecc.). Infine, ogni protocollo funziona
in modo nativo e non vi è bisogno di inserire nell’infrastruttura di rete
gateway o interfacce di comunicazione che possono ridurre le presta-
zioni temporali del protocollo.
I protocolli implementati: IEC 61850
Lo standard IEC 61850 è nato con lo scopo di eliminare la grande
quantità di cablaggi tradizionali presenti in una sottostazione elettrica.
Supporta due tipologie di comunicazione: lo scambio dati realtime ne-
cessario per le funzioni d’intervento delle protezioni e controllo; la comu-
nicazione off-line
necessaria per la
configurazione,
parametrizzazione
e diagnostica
dei dispositivi in
campo. IEC 61850
è in realtà una
famiglia di dieci
standard, ognuno
dedicato alla de-
scrizione e stan-
dardizzazione di
una particolare
funzione e alla de-
scrizione dei test
di conformità. IEC
61850 definisce
anche i livelli 1 e
2, che sono quelli
Ethernet sia rame
sia ottico. Oltre ai primi due livelli fisico e data link lo standard defini-
sce il linguaggio di programmazione che deve essere utilizzato per la
configurazione degli IED, chiamato SCL (Substation Configuration Lan-
guage) basato su XML e che permette di descrivere, in modo standar-
dizzato, tutti gli equipment della sottostazione e delle interconnessioni.
A questo si aggiunga che per ottenere un meccanismo affidabile di
comunicazione è necessario definire in maniera rigorosa il modello dei
dati utilizzati. Proprio per questo motivo il core dello standard consiste
nella definizione delle strutture dati, delle metodologie per accedervi e
di come queste collezioni possono essere assemblate. Con queste basi
diventa anche molto facile garantire l’interoperabilità tra componenti,
infatti, definendo a priori le informazioni e i metodi per accedervi, ogni
dispositivo può facilmente lavorare con qualsiasi altro nodo della rete.
Questa metodologia proviene dal mondo dell’informatica, in cui la de-
finizione delle classi e dei rispettivi attributi e metodi rappresenta la
base per la generazione di un programma ben strutturato.
Come descritto nella sezione 5 le varie funzionalità della sottostazione
vengono suddivise in una serie di nodi logici (Logical Node). Ogni
nodo logico si compone delle classi di dati definite nella sezione 7. Le
Common Data Class (CDC) contengono una serie di attributi con una
semantica prefissata e con una metodologia di scambio predefinita.
L’insieme dei nodi logici costituisce il Logical Device, ovvero la rappre-
sentazione logica di un dispositivo reale, per esempio una protezione.
Lo standard nella sezione 7 prevede l’utilizzo di quattro classi elemen-
tari, con i quali è possibile modellare qualsiasi tipo di dispositivo lo-
gico. Le regole per unire questi blocchi sono derivate direttamente da
quelle utilizzate per la composizione delle classi. ‘Server’ rappresenta
il comportamento visibile verso l’esterno di un device. Un server ha
il ruolo di gestire la comunicazione con i client device e inviare infor-
mazioni, per esempio le misure campionate, agli altri server. ‘Logical
Device’ (LD) contiene le informazioni gestite e condivise tra diverse
applicazioni residenti nel device stesso, chiamate Logical Node. ‘Logi-
cal Node’ (LN) contiene le informazioni necessarie all’implementazione
della funzione a cui il logical node fa riferimento. ‘Data’ rappresenta
il valore d’interesse con tutti gli attributi che servono a descriverlo.
Si può accadere ai dati all’interno di un LN in due modi: attraverso
un meccanismo di tipo client-server (Gomsfe - Generic Object Model
for Substation and Feeder Equipment) utilizzando un generico browser
Web (comunicazione di tipo non realtime); attraverso un meccanismo
di tipo publisher-subscriber (Goose - Generic Object Oriented Sub-
station Events) per la comunicazione realtime. Questo meccanismo
permette di inviare i dati ogni 4 ms in forma di broadcast; i dati che
vengono trasmessi sono raggruppati all’interno di un data set.
I protocolli implementati: Profinet I/O
Profinet I/O è un protocollo di comunicazione per il controllo dei di-
spositivi remoti da campo impiegato nel settore dell’automazione
industriale. Ha come peculiarità quello di essere stato progettato
per rispondere ai requisiti provenienti dall’automazione dei processi
manifatturieri, in cui i vincoli temporali e di realtime sono stringenti.
Pertanto, le prestazioni di Profinet I/O devono essere in termini di
tempi di risposta e di numero di oggetti con cui scambiare i dati. Pro-
prio per queste peculiarità è uno switched Ethernet, che garantisce
le prestazioni migliori in termini di risposta temporale. Sua caratteri-
stica principale è supportare tutti i tipi di comunicazione: non realtime,
realtime (RT) e realtime isocrono (IRT), per questo è adatto anche a
essere impiegato in applicazioni in cui sono richieste prestazioni di
hard realtime. Al momento attuale Profinet I/O trova il suo naturale
campo di applicazione nell’ambito del motion control e per creare
una backbone ad alta velocità nel mondo del controllo di processo; si
prefigge l’obiettivo di trasmettere i dati su un’infrastruttura Ethernet
convenzionale (switched), mantenendo però i requisiti prestazionali ri-
chiesti dalle applicazioni per cui è nato. I meccanismi che permettono
a Profinet I/O di garantire le prestazioni temporali necessarie, oltre a
supportare traffico non RT, possono essere così riassunti: assegna-
zione di priorità ai dati che vengono scambiati, accessi differenziati
di sistemi di controllo diversi allo stesso device in campo, descrizione
delle funzioni di comunicazione di ciascun device di campo in un file
standard GSDml (analogo al file GSD per i device Profibus, ma scritto
utilizzando il linguaggio XML) e utilizzo di un meccanismo di scambio
dati di tipo provider-consumer.
Le varie classi di comunicazioni gestite in Profinet I/O sono state divise
in quattro categorie. La categoria ‘Non-RT’ viene considerata per la
Fig. 2 - Struttura di un nodo logico
Fig. 3 - Tipologie di comunicazione supportate da PNIO
