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NOVEMBRE 2014
FIELDBUS & NETWORKS
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Un protocollo per tutti i livelli
Le richieste degli utenti del mondo dell’automa-
zione per la comunicazione industriale ormai le
conosciamo: throughput elevato, accuratezza dei
dati, velocità di trasmissione, affidabilità e costi
contenuti. A questo si aggiungono le esigenze
legate all’ambiente manifatturiero, dove i dispo-
sitivi e le reti devono operare, e alla specifica ap-
plicazione in essere. In caso di motion control, per
esempio, in campo occorrono tempi di ciclo ridotti
e i tempi di processamento molto brevi, da cui de-
rivano le specifiche di certi standard bus di campo
appositamente pensati per questo ambito e l’im-
piego di controllori di motion ad hoc che inviano
poi i dati al PLC di controllo. Per applicazioni in
cui si utilizzano molti sensori, invece, per esempio
nel processo, i sistemi di comunicazione devono
essere in grado di gestire ingenti moli di dati, ma i
tempi sono meno stringenti. Inoltre, devono poter
operare in condizioni estreme, sempre facendo
attenzione ai costi. Infine, nel caso dell’utilizzo
di sistemi di visione, la velocità di trasmissione
deve essere molto elevata, superiore al Mb/s,
così come la disponibilità di banda. Proprio a causa delle diverse
esigenze espresse dal mondo industriale, nel tempo si sono svilup-
pate soluzioni di comunicazione ad hoc in base all’applicazione, con
conseguente proliferazione degli standard: non è semplice trovare
un’unica soluzione in grado di rispondere efficacemente a richieste
tanto differenti. Ogni bus utilizza inoltre un ambiente di sviluppo e
tool software di ingegnerizzazione propri, per cui a volte risulta dif-
ficile ‘far dialogare’ fra loro reti o ‘mondi’ differenti, se non introdu-
cendo dei gateway che facciano da ‘tramite’ fra il livello di controllo,
quello di campo e l’ufficio, assolvendo per esempio alle esigenze di
diagnostica e manutenzione. Anche intervenire su questi sistemi
diventa complicato, in quanto occorre trovare qualcuno dotato di
competenze trasversali e al contempo specifiche degli apparati in
uso. Un unico tipo di bus di comunicazione che fosse in grado di
rispondere alle diverse necessità dovrebbe disporre di: tempi di
ciclo brevi, capacità di trasmissione di grandi quantità di dati, costi
contenuti. Il protocollo Powerlink, basato su Ethernet standard, offre
jitter di appena 100 ns, tempi di ciclo inferiori a 100 μs, velocità di
trasmissione dati di 100 Mbps (il telegramma standard permette di
avere a disposizione da 1 a 1.490 bytes utili per la trasmissione) e
costi inferiori a 10 dollari per l’implementazione della comunica-
zione sul singolo dispositivo. Oltretutto, il fatto di basarsi su Ether-
net standard porta ulteriori vantaggi.
In passato le tecnologie disponibili erano in quanto modo ‘limitate’,
quanto per esempio a larghezza di banda o topologia; poi, con l’av-
vento di Ethernet nel lontano 1972 e la sua successiva evoluzione
molti vincoli sono stati superati. Lo standard Ethernet, oggi ormai
ampiamente consolidato, aperto e diffuso anche a livello indu-
striale, definisce però solo il livello fisico della piramide ISO/OSI,
ossia il mezzo trasmissivo, rame o fibra, e il formato del telegramma
(1.500 bytes utili, incluso il preambolo e il check sull’integraità dei
dati) per la trasmissione dati, nonché, a livello Data Link della pira-
mide ISO/OSI, le regole di accesso al bus, ovvero Csma/CD - Carrier
Sense Multiple Access with Collision Detection (accesso multiplo
con rilevamento delle collisioni). Tutti i nodi della rete, dunque,
ascoltano i messaggi che transitano sul bus e possono prendere la
parola se la rete è silente, con rischio evidente di collisioni, ossia
che più nodi trasmettano contemporaneamente con conseguente
deterioramento del segnale. Nel momento in cui viene rilevata una
collisione, tutti tacciono e aspettano un tempo variabile a seconda
della priorità loro assegnata prima di riprovare a trasmettere. Il
tempo di ciclo risulta quindi casuale e la rete non assicura il de-
terminismo. In tutte le applicazioni industriali non è accettabile
non ottenere prestazioni realtime per quel che concerne il tempo
di ciclo. Il vantaggio è costituito dal fatto che Ethernet standard,
definito dalla norma Ieee 802.3 solo per i livelli 1 (fisico) e 2 (Data
Access), permette di implementare sullo stesso mezzo trasmissivo
Durante la mattina diversi relatori hanno fornito ai visitatori un quadro completo
della diffusione e del funzionamento del protocollo
L’area espositiva ha ospitato gli stand di diverse aziende sponsor
dell’evento