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FEBBRAIO 2017
FIELDBUS & NETWORKS
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di cablaggio,
specialmente a
bordo macchina. In
ogni rete SmartWire-
DT deve essere presente
un PLC o controllore digitale
in grado da agire come master per il bus di campo. Lo
scambio dati verso le reti di controllo di livello supe-
riore, quali Canopen e Profibus DP, avviene per mezzo di
un gateway. A livello fisico SmartWire-DT si appoggia
alla tecnologia seriale RS485 ed è in grado di trasfe-
rire dati alla velocità massima di 4 Mbps. I blocchi dati
raggiungono la dimensione massima di 1 kB nel caso di
funzionamento ciclico e 32 kB nel funzionamento aci-
clico. La rete, che può estendersi per una lunghezza massima di 600
metri, può ospitare un totale di 99 nodi sulle reti Profibus DP e 58 su
quelle Canopen; per aggiungere altri nodi sono necessari ulteriori
gateway. L’assegnamento degli indirizzi ai singoli nodi è effettuato
in maniera automatica alla prima installazione, ma è possibile rias-
segnare automaticamente gli indirizzi ogni volta che la rete viene
modificata rimuovendo o aggiungendo dispositivi.
I tempi di ciclo dipendono dal numero di nodi e dal volume dati
scambiato, ma non dall’estensione spaziale della rete; tipicamente,
quando i dispositivi sono semplici contattori o moduli di I/O (con
volumi dati da 1 a 4 byte per dispositivo) in numero inferiore a 50, ci
si può aspettare un tempo di ciclo inferiore ai 10 ms (ai quali vanno
aggiunti i tempi di ciclo del bus di campo di livello superiore).
Varan bus
Un altro bus che si adatta alle applicazioni a basso livello dell’im-
pianto è il Varan, che si basa sulla sempre più ubiqua tecnologia
Ethernet in una delle sue varianti per applicazioni in tempo reale.
Al centro del sistema Varan vi è una Fpga che si occupa di simulare
l’intero protocollo Ethernet in hardware per semplificare e velociz-
zare l’accesso alla rete. Le comunicazioni avvengono secondo uno
schema di tipo manager-client: ogni rete è dotata di un dispositivo
manager che gestisce i vari nodi client evitando conflitti e collisioni.
La topologia di rete può essere lineare, a stella o ad albero e l’inter-
facciamento con bus di livello superiore o altre reti Ethernet è reso
possibile da dispositivi denominati ‘splitter’.
Manager, splitter e nodi sono tutti dotati di una Fpga che accede al
codice Vhdl specifico per applicazione, immagazzinato in una memo-
ria flash esterna modificabile al bisogno. Avendo l’intero protocollo
gestito dal circuito Fpga, il nodo Varan non richiede un processore
dedicato, né sottrae risorse di calcolo al sistema di controllo. Tutti i
dispositivi sul bus vengono automaticamente identificati in maniera
univoca con dati che specificano il tipo di dispositivo, il produttore
e il numero di licenza. Il ricorso a componenti standard permette di
contenere i costi delle soluzioni Varan sui livelli degli altri bus di
campo commerciali.
Varan si contraddistingue per la semplicità del protocollo, che con-
siste in sostanza di poche semplici istruzioni di lettura e scrittura
dati, che costituiscono lo scambio di dati tra manager e client. Dal
punto di vista del manager la rete è costituita da un banco di me-
moria virtuale della dimensione di 4 GB, dove ogni blocco da 64
kB è riservato a un differente nodo. La memoria fisica è situata
all’interno dei dispositivi e tutto il processo di trasferimento dati è
riconducibile a quattro operazioni: lettura di un particolare blocco
di memoria, scrittura di un particolare blocco di memoria, scrittura
globale e richiesta/risposta di pacchetti esterni. Le operazioni di
lettura e scrittura dei singoli blocchi rappresentano lo scambio
di informazioni tra manager e client specifici; la scrittura globale
interessa invece tutti i nodi allo stesso tempo e viene usata per
operazioni particolari, come il ripristino della rete o la sincronizza-
zione dei nodi; l’operazione sui pacchetti esterni permette invece di
trasmettere sul bus Varan i dati provenienti da altre reti (di livello
superiore o ancora più di basso livello, come le reti di sicurezza).
Il processo di sincronizzazione globale avviene all’inizio di ogni
singolo ciclo, utilizzando la tecnologia ad aggancio di fase (PLL -
Phase-Locked Loop) che rende superfluo il ricorso a temporizzatori
distribuiti, semplificando in questo modo l’architettura di rete. Le co-
municazioni tra manager e client richiedono l’immediata conferma
della ricezione di ogni pacchetto dati entro un tempo massimo pre-
stabilito, pena la ritrasmissione del pacchetto fino a ricevimento di
una risposta valida. La ridotta dimensione dei frame dati impiegati
da Varan rende possibili tempi di ciclo molto rapidi, al di sotto del
centinaio di microsecondi, che risultano in una validazione continua
dei dati presenti sul bus.
In conclusione, Varan si propone come un bus di agevole imple-
mentazione, grazie al ridotto numero di istruzioni necessarie all’e-
spletamento delle sue funzioni, con le prestazioni di un protocollo
Ethernet realtime.
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Fonte www.pixabay.com