NOVEMBRE 2013
FIELDBUS & NETWORKS
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per esempio, ha come naturale ‘compagni’ di rete host Profibus DP
(basato sullo strato fisico di RS485, orientato ai processi continui e
adatto all’impiego in ambienti pericolosi) e Profinet (più a suo agio
con i processi batch e l’integrazione con la rete aziendale). Gli utiliz-
zatori di Foundation Fieldbus H1 trovano la combinazione ideale nella
variante High Speed Ethernet (HSE) di Fieldbus Foundation. Anche
il protocollo Hart nella sua versione cablata in modalità mista offre
funzionalità di configurazione remota per mezzo di una connessione
condivisa via multiplexer a una postazione operatore.
Le possibilità di connessione per la condivisione delle informazioni
non si esauriscono con la rete host: quest’ultima può essere connessa
alla più tradizionale rete aziendale, tipicamente una rete Ethernet,
estendendo la manipolazione delle informazioni raccolte anche ai
sistemi MES/ERP.
Evoluzione del controllo
La molteplici modalità di comunicazione tra nodi e dispositivi di
controllo e il transito bidirezionale di informazioni accessorie come
allarmi, dati di configurazione e modalità di funzionamento hanno
portato a un’evoluzione delle strategie di controllo, che negli anni
ha visto un progressivo spostamento dell’attenzione verso il campo.
Nei sistemi analogici basati sugli anelli di corrente 4-20 mA il con-
trollo di processo era tipicamente centralizzato: i segnali dei vari sen-
sori venivano portati a una centralina di controllo che provvedeva a
generare le uscite per modulare l’azione degli attuatori. Le operazioni
di configurazione e taratura dovevano essere effettuate localmente,
nodo per nodo, spesso sconnettendo i singoli dispositivi.
Con l’introduzione dei sistemi digitali l’elaborazione dei segnali da
parte del controllore centrale avviene in formato numerico e, nel caso
dei bus di campo, diventa possibile utilizzare lo stesso canale di co-
municazione per veicolare le informazioni di configurazione e taratura.
I primi passi verso la decentralizzazione sono segnati dall’introduzione
di PLC e DCS, controllori che gestiscono l’automazione di processo
localmente alle varie parti dell’impianto e che inviano i dati di su-
pervisione a una console operatore comune. Con l’evolvere della
tecnologia microelettronica, poi, è diventato possibile incrementare
l’intelligenza integrata nella strumentazione sul campo, fino a inclu-
dere funzionalità di controllo vere e proprie (per esempio dei blocchi
PID). Questo ha portato all’implementazione di strategie di controllo
basate su anelli locali, in quello che viene chiamato un sistema di
controllo sul campo (FCS, Field Control System).
Nei sistemi FCS sono in genere presenti due tipi di rete: quella di
campo, che implementa le principali funzioni del controllo di processo,
e la rete host, cui afferiscono le postazioni operatore e un controllore
centralizzato che si occupa del controllo discreto e del coordinamento
delle operazioni. Il costo dei nodi intelligenti necessari a implemen-
tare questo tipo di soluzione altamente distribuita vengono compen-
sati dal risparmio sull’hardware dei controllori centralizzati.
Sicurezza e ridondanza
L’evoluzione dei bus di campo nell’industria di processo non può pre-
scindere dall’esigenza di operare in ambienti a rischio, per esempio
in presenza di gas o liquidi infiammabili. Questo ha comportato lo
sviluppo di un’attenzione superiore agli aspetti di sicurezza e dispo-
nibilità rispetto a quanto richiesto dall’automazione manifatturiera. I
bus orientati al controllo di processo non possono permettere che si
verifichino scariche elettriche con un’energia tale da innescare una
reazione di combustione: questo significa evitare circuiti induttivi o
capacitivi, che possano accumulare energia sufficiente per una scin-
tilla, e prevedere l’uso di barriere che consentano di ridurre l’energia
immessa sul bus steso all’interno degli ambienti a rischio. Gli anelli di
corrente 4-20 mA sono stati pensati per soddisfare automaticamente
questi requisiti di sicurezza; le cose si complicano invece per le con-
nessioni a bus, visto che la riduzione di corrente deve essere vista in
termini cumulativi di tutti i dispositivi afferenti allo stesso segmento.
Questo si traduce in una riduzione del numero massimo di nodi in-
stallabili sullo stesso segmento e al ricorso ad alimentatori speciali e
circuiti sofisticati che limitano la corrente massima erogata in confor-
mità alle normative antiesplosione. Due delle soluzioni più diffuse in
questo ambito vanno sotto il nome di Entity e Fisco (Fieldbus Intrinsi-
cally Safe Concept). Nell’industria di processo un guasto all’impianto
può avere conseguenze disastrose non solo in termini economici, ma
anche d’incolumità del personale e di contaminazione dell’ambiente.
È quindi particolarmente sentita la domanda di meccanismi di ridon-
danza che impediscano al guasto di un nodo o di un segmento di
compromettere il normale funzionamento dell’impianto. Nonostante
le specifiche originali di Profibus PA e FF H1 non prevedano funzioni
dedicate a questo aspetto, tutti i produttori offrono soluzioni in grado
di replicare interi segmenti, comprensivi di interfacce, alimentatori,
cavi e strumentazione sul campo.
In questi casi, il sistema di controllo implementa un meccanismo de-
cisionale che gli permette di capire se un determinato segmento è
affetto da problemi, così da escluderlo a favore del segmento sano. Il
numero di nodi per segmento viene generalmente limitato per evitare
che in caso di guasto vengano compromesse porzioni troppo estese
dell’impianto. Questa è una condizione che viene automaticamente
esclusa dal ricorso al controllo distribuito sul campo (FCS), in cui ogni
strumento fa parte di un anello locale (eventualmente duplicabile).
I bus di campo utilizzati nel controllo di processo devono
prevedere l’implementazione di una forma di ridondanza
