MAGGIO 2013
FIELDBUS & NETWORKS
48
Fieldbus & Networks
I
sensori e gli attuatori svolgono un ruolo
fondamentale nei processi automatizzati
e costituiscono gli elementi finali della
catena di controllo che sovraintende il
funzionamento di una macchina automa-
tica. Tradizionalmente, il cablaggio di questi
ricevitori ed emettitori di segnali è avvenuto
collegando singolarmente ciascuno di essi con
un cavo fino al sistema di elaborazione cen-
trale, il più delle volte costituito da un PLC.
Con l’avvento dei sistemi di I/O distribuiti e la
diffusione dei bus di campo si sono affermate
soluzioni alternative più efficaci, che tipica-
mente hanno anche trasformato la tecnica di
comunicazione tradizionale dal trasporto di
segnali analogici (come un valore di tensione
o un’intensità di corrente) alla comunicazione
mediante segnali digitali (come impulsi di ten-
sione opportunamente modulati e definiti tra-
mite opportuni protocolli).
L’adozione di sensori e attuatori intelligenti,
che possano comunicare digitalmente con
il controllore di riferimento, ha contribuito a
semplificare la gestione e la manutenzione
di macchine e impianti di ogni dimensione, in
quanto facilita la possibilità di configurazione
e monitoraggio di ogni singola apparecchia-
tura e componente sia da un posto centrale,
sia da eventuali posti periferici. Di fatto, ogni singolo ‘pezzo’ di-
venta parte della rete, eventualmente estesa all’intero impianto
o all’intera azienda, secondo una classica struttura piramidale di
tipo gerarchico. Al di là delle nomenclatura di marketing adottata
dalle varie aziende (nella figura 1 è riportata una piramide come
descritta da Siemens), la struttura gerarchica evidenzia anche le
differenti soluzioni fisiche adottate nelle varie porzioni delle rete,
all’interno della quale l’ultimo ‘metro’ coinvolge il collegamento
sulla macchina dei singoli sensori o attuatori, che in passato era
esclusivo dominio dei classici cablaggi convenzionali.
Stella o bus?
Oggi, per distribuire l’intelligenza sino al singolo sensore o attua-
tore dotato di propria capacità di elaborazione del segnale si tende
a sfruttare la comunicazione digitale utilizzando uno schema di ca-
blaggio a stella, più simile a quello convenzionale, sfruttando la
comunicazione digitale tra elemento finale e controllore, oppure
mediante una struttura a bus, che in molte situazioni applicative
può offrire il vantaggio di semplificare il cablaggio, diminuendo
drasticamente il numero di cavi necessari. Le soluzioni a bus, sin
dalla loro introduzione a partire dagli anni ’80, hanno avuto un
grandissimo successo, portando alla proliferazione di molti stan-
dard pensati proprio per soddisfare le esigenze specifiche di uno o
più settori applicativi dell’automazione. Tra i più diffusi per le ap-
plicazioni da ‘ultimo metro’ vi è il bus AS-i, che descriveremo come
esempio di topologia a bus per raggiungere ogni singolo sensore o
attuatore su una macchina. Tra le soluzioni digitali nate invece per
gestire in modo più efficace sensori e attuatori intelligenti in una
struttura distribuita, ma mantenendo la topologia a stella tipica del
cablaggio tradizionale, descriveremo il sistema IO-Link.
Il bus AS-i
AS-Interface (AS-i), il cui nome deriva da interfaccia attuatori-sen-
sori, è uno dei sistemi di interconnessione in rete più semplice ed
efficace per il livello di campo. Si tratta di un sistema di comunica-
zione con topologia a bus che da un lato garantisce la trasmissione
dei segnali digitali e analogici in prossimità della macchina e del
processo e dall’altro funge da interfaccia universale tra i semplici
IL COLLEGAMENTO FINALE TRA UNITÀ DI
CONTROLLO E DISPOSITIVI, QUALI SENSORI O
ATTUATORI, PUÒ ESSERE REALIZZATO MEDIANTE
SISTEMI DIGITALI CON TOPOLOGIA A BUS O A
STELLA. VEDIAMO DUE ALTERNATIVE BASATE SU
STANDARD MOLTO DIFFUSI
COLLEGAMENTI
DIGITALI PER L’ULTIMO
METRO
di Stefano Cazzani
Building
blocks
(
Fig. 1 - Una tipica classificazione gerarchica con struttura piramidale che sintetizza il
ruolo delle comunicazione all’interno di un sistema di automazione industriale
