F&N_84

98 / 102

SETTEMBRE 2015 Fieldbus & Networks 98
Fieldbus & Networks
far propri requisiti e concetti tipici delle applicazioni di controllo di
processo, come i servizi QoS (Quality of Service) e la gestione della
priorità del traffico nei casi di congestione della rete, l’implementa-
zione di virtual LAN e liste di controllo degli accessi, il supporto per
connettività sicura (SSL) e tecnologia VPN, la sincronizzazione dei
nodi e la gestione del traffico ‘time triggered’.
Nel tempo, sono emersi diversi standard per Industrial Ethernet tra cui
i principali sono certamente Profinet, Ethernet/IP, CC-Link IE, Sercos
III, Powerlink, Modbus TCP, Ethercat. Alcune di queste implementa-
zioni utilizzano hardware standard e versioni standard, o parzialmente
modificate, dello stack TCP/IP, caratterizzandosi quindi per costi mi-
nori e maggiore interoperabilità, a scapito tuttavia di peggiori pre-
stazioni in applicazioni in tempo reale (minore predicibilità e latenza
più elevata). Altri limitano l’uso dello stack TCP/IP alla trasmissione
dei dati temporali e utilizzano invece protocolli proprietari per dati
di altro tipo, come nel caso del Powerlink, che sostituisce il mec-
canismo Csma/CD standard di controllo di accesso al mezzo fisico
previsto dallo standard Ethernet, con una più semplice procedura di
‘polling’ dei nodi slave. Nelle applicazioni più critiche, infine, è utiliz-
zato hardware specifico. Esempi tipici ne sono l’implementazione IRT
(Isochronous Real Time) di Profinet o la realizzazione dei nodi slave
nelle reti Ethercat, per le quali i master sono invece basati su control-
ler Ethernet standard.
Ethernet sì, ma quale?
Scegliere tra le diverse soluzioni presenti oggi sul mercato in ambito
Industrial Ethernet può non essere sempre facile, dovendosi tenere in
conto un’infinità di fattori, dai costi alle prestazioni, dalla disponibilità
alla manutenibilità sul lungo periodo, dal supporto alla compatibilità
con eventuali infrastrutture pre-esistenti. Molto spesso interven-
gono anche scelte di natura ‘politica’, o legate alle competenze in-
terne all’azienda. Più di una rassegna ha provato negli ultimi anni,
in effetti, a fare il punto delle diverse tecnologie, indicando alcuni
termini di paragone tra le stesse, sulla base dei quali i singoli utiliz-
zatori possono scegliere la soluzione più adatta alle proprie esigenze.
Tra queste segnaliamo la seconda versione, rilasciata nel Febbraio
2013, della pubblicazione ‘Industrial Ethernet Facts’ a cura dell’or-
ganizzazione Ethernet Powerlink
la più recente
indagine, dal titolo ‘Industrial Ethernet Technologies: Overview’, pub-
blicata l’anno successivo da ETG-Ethercat Technology Group
seguito proviamo a riassumere alcuni dei punti di confronto più sa-
lienti discussi in queste e altre pubblicazioni e le relative conclusioni.
Penetrazione nel mercato
Diverse ricerche condotte da IMS e ARC indicano in Ethernet/IP, Profi-
net e Modbus TCP i principali protocolli sul mercato, seguiti da Power-
link ed Ethercat. Modbus TCP vanta una presenza tra le più lunghe,
mentre Sercos III ha iniziato a diffondersi soltanto dal 2007 in poi; a
partire più o meno dallo stesso anno, invece, si sono ridotti sempre
più i nuovi prodotti in ambito Powerlink.
Disponibilità di implementazioni aperte
Mentre il Consorzio Profinet rende disponibili codice sorgente e docu-
mentazione ai propri membri, Powerlink e Sercos III rilasciano sotto
licenza ‘open source’ implementazioni specifiche dei nodi master. Lo
stack Ethernet/IP è disponibile a pagamento presso diversi vendor,
ma ne esistono anche versioni aperte sviluppate in ambito universita-
rio, mentre Beckhoff vende IP core per implementazione in Fpga o Asic
dei nodi slave Ethercat, non rilascia però il relativo codice sorgente.
Costi di acquisto e costi operativi
Ethercat e Powerlink sembrano oggi essere gli standard caratterizzati
dai minori costi di acquisto (si veda Figura 4) e di gestione.
I costi di infrastruttura, per esempio, sono tipicamente inferiori nelle
reti Ethercat, non richiedendo queste l’uso di switch o componenti
attivi. Stesso discorso vale per le reti Sercos III, mentre il protocollo
Ethernet/IP richiede switch manageable; gli switch sono necessari
anche nelle reti Modbus, Profinet IRT e CC-Link IE. Infine, Powerlink,
Sercos ed Ethercat presentano costi piuttosto simili per quanto con-
cerne i nodi, che possono essere realizzati mediante Fpga.
Tali costi sono più bassi per il protocollo Modbus, eseguibile senza
grosse difficoltà su microcontrollori a 16-bit, mentre dispositivi con
maggiore capacità di memoria servono per l’implementazione dello
standard Profinet.
Funzionamento su hardware standard
Modbus TCP, Ethernet/IP e Profinet RT possono girare su hardware
standard, mentre Powerlink, Sercos III ed Ethercat richiedono tipica-
mente implementazioni in Fpga (l’ultimo per quanto concerne i soli
nodi slave). Profinet IRT e CC-link IE necessitano invece di hardware
specifico.
Topologia di rete
Ethercat è, tra i protocolli Industrial Ethernet presi in considerazione,
quello che supporta la maggiore flessibilità nella topologia di rete,
anche con schemi ridondati (si veda Figura 4), contemplando archi-
tetture in linea con fino a 65.535 nodi, ad albero, a stella e ad anello.
Strutture simili sono realizzabili anche per reti Profinet IR e Power-
link, seppure con limitazioni sul numero massimo di nodi e impatti
stringenti sulle prestazioni (nel secondo caso, in particolare, come
funzione del ritardo degli hub).
Lo standard CC-Link IE supporta al più 121 nodi in reti ad anello, le
quali sono previste, insieme alle architetture in linea, anche nei si-
Figura 3 - Costi di acquisto dell’hardware per i diversi protocolli
Industrial Ethernet (tratto da