SETTEMBRE 2014
FIELDBUS & NETWORKS
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Fieldbus & Networks
dotati di uno specifico adattatore (figura 4). Il ripetitore, come ac-
cennato, è un dispositivo che ritrasmette i messaggi e che potrebbe
anche non disporre di un proprio dato di processo. È anche possibile
l’utilizzo dei dispositivi di campo solo come repeater indipendenti,
per aumentare semplicemente il raggio d’azione della rete oppure
per ‘aggirare’ un ostacolo fisico esistente o nuovo.
Lo scambio dati tra i dispositivi WirelessHart e l’unità di controllo
del processo o le applicazioni host avviene tramite gateway. Il col-
legamento tra l’unità di controllo del processo e gli host avviene
tramite reti ad alta velocità o altre reti di comunicazioni esistenti
(interfacce quali Modbus, Profibus, Ethernet per esempio). Il gate-
way dispone anche delle importanti funzioni di ‘Network Manager’
e ‘Security Manager’. Con Network Manager gestisce la configura-
zione e la comunicazione della rete, definisce i percorsi e controlla
lo stato della rete. In pratica, con questa funzione esso costruisce e
gestisce la rete a mesh, identifica i migliori percorsi e distribuisce
l’accesso agli slot di tempo. Inoltre, il Network Manager può es-
sere parte integrante del gateway, dell’host o dell’unità di controllo
del processo. Normalmente contiene anche la funzione di Security
Manager, competente per la generazione, il salvataggio e la ge-
stione delle chiavi di sicurezza. Infatti, il Security Manager gestisce
e distribuisce i codici crittografati di sicurezza, nonché la lista dei
‘dispositivi autorizzati’ a collegarsi alla rete. L’adattatore è un di-
spositivo che si connette a uno strumento abilitato Hart tradizionale
allo scopo di consentire il trasferimento dei dati dello strumento
attraverso la rete WirelessHart fino all’host. Tale dispositivo può
essere posizionato ovunque lungo il cavo 4-20 mA dello strumento.
Alcuni adattatori possono essere alimentati a batteria, o possono
utilizzare la stessa batteria dello strumento. Infine, può essere ne-
cessario un configuratore terminale portatile per collegare e con-
figurare un nuovo strumento da inserire in una rete WirelessHart
esistente. Esistono configuratori che possono essere ‘linkati’ al ga-
teway, attraverso la stessa rete, per poi raggiungere dal gateway
lo strumento da riconfigurare o per rilevare letture di variabili di
processo o di diagnostica.
WirelessHart: il funzionamento
Si tratta di un protocollo di trasmissione per reti wireless a maglia
(completa e incompleta), che può supportare varie topologie di
rete, sia a stella sia mesh. Per utilizzare i dispositivi di campo Wi-
relessHart è necessario che questi si attengano a una ben precisa
sequenza di fasi. Dopo l’avvio di un dispositivo di campo, esso non
è ancora parte integrante della rete: per essere aggiunto alla rete
deve attendere un pacchetto ‘advertising’ con un ID di rete idoneo,
che viene inviato dal gateway o da un altro dispositivo di campo già
presente in rete. Al ricevimento di tale pacchetto il dispositivo invia
un ‘joining’ per unirsi alla rete WirelessHart. Dopo l’approvazione da
parte del Network Manager e dopo la sincroniz-
zazione temporale per l’invio di dati, il dispositivo
può partecipare allo scambio di dati sulla base
delle definizioni del Network Manager. Viene
così sincronizzato il tempo tra le utenze di rete
e tutta la comunicazione viene suddivisa in slot
temporali, ciascuno di 10 ms (‘time slot’). Per lo
scambio dei dati, il dispositivo utilizza questi time
slot (definiti, come citato, dal Network Manager)
per inviare e ricevere i pacchetti. Quando non è
previsto l’invio o la ricezione di dati, il dispositivo
di campo WirelessHart passa in modalità stand by
(con un consumo minimo di corrente). Infine, nel
caso in cui venga interrotto il collegamento con
un dispositivo di campo WirelessHart, esso esce
dalla rete fino alla sua successiva riammissione, che può avvenire
attraverso il processo descritto in precedenza, senza il quale non può
aver luogo ovviamente un nuovo scambio dati.
Hart in radio…
In conclusione, il protocollo di comunicazione Hart viene utilizzato
in tutto il mondo fin dal 1989 come tecnologia di comunicazione
all’avanguardia per strumentazione di processo intelligente. Oggi,
secondo Hart Communication Foundation i fornitori dell’industria
stanno producendo e consegnando prodotti Hart a numeri record: il
75% dei dispositivi ‘intelligenti’ attualmente installati sono capaci di
comunicazione Hart. In questo contesto, il protocollo WirelessHart
rappresenta una simbiosi tra l’ormai consolidato e ampiamente dif-
fuso protocollo Hart e la nuova tecnologia radio (‘nuova’ per quanto
riguarda l’automazione di processo).
Oltre alle note applicazioni Hart, il protocollo WirelessHart è già
utilizzato ampiamente per applicazioni tradizionali e flessibili: moni-
toraggio di strumenti e valori ambientali, gestione e ottimizzazione
degli asset, manutenzione preventiva, monitoraggio delle presta-
zioni, gestione di dispositivi industriali (statici e mobili) e dell’ener-
gia ecc. I requisiti di queste applicazioni in termini di semplicità,
efficienza, sicurezza e velocità di trasmissione dati si coniugano bene
con le capacità prestazionali ottenibili da questa tecnologia radio.
Inoltre, il sistema WirelessHart si può integrare perfettamente in
un’infrastruttura o piattaforma già esistente, oppure contemporane-
amente offrire una soluzione ottimale per nuove strutture.
(*) Comitato Tecnico AO e FN
Figura 4 - Coesistenza fra dispositivi di campo WirelessHart e Hart
Fonte
