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INDUSTRIAL COMM |
SPECIALE
EMBEDDED
56 • maggio • 2015
dustriali, attraverso l’incapsulamento delle infor-
mazioni specifiche dei fieldbus nei frame Ethernet,
è vantaggioso in termini di alta affidabilità, basso
costo, elevate performance, standardizzazione, in-
teroperabilità, sicurezza, disponibilità, gestibilità,
facilità di impiego e possibilità di aggiungere tec-
nologie innovative (voce, video e collaboration). I
fieldbus Ethernet-based, con protocolli industriali
quali Modbus/TCP, EtherNet/IP e PROFInet, per-
mettono infatti di trasmettere i dati di processo su
infrastrutture Ethernet standard, economiche e
facilmente reperibili. Inoltre la capacità di gestire
protocolli multipli sullo stesso mezzo trasmissivo
(e. http, smtp, ftp), contemporaneamente con un
protocollo industriale, aggiunge nuove opportuni-
tà applicative ai sistemi fieldbus. Grazie al proto-
collo http, si possono ad esempio incorporare web
server nei dispositivi di campo, semplificandone la
raggiungibilità (dalle reti del mondo office o via in-
ternet) e la gestione remota (confi-
gurazione, monitoraggio anomalie
e così via) da parte degli operatori.
Con il protocollo Smtp un dispositi-
vo industriale può inviare messag-
gi e-mail a fronte del superamento
di soglie o di trigger, notificando la
necessità di manutenzione o l’in-
sorgenza di un problema. Attraver-
so Ftp si riescono a trasferire dati
velocemente, ad esempio per scopi
di tracciatura materiali, data log-
ging, registrazioni di produzione.
Infine, l’Ethernet industriale consente di avere
una maggiore banda e pacchetti di comunicazione
più adeguati per comunicare con dispositivi più in-
telligenti; un networking omogeneo; la possibilità
di collegare più dispositivi su aree più vaste e di
effettuarne l’aggiornamento online del firmware,
la configurazione remota e la gestione anomalie.
L’Ethernet industriale, tuttavia, a differenza
dell’Ethernet tradizionale, richiede apparecchia-
ture capaci di gestire condizioni ambientali più
severe, un numero di nodi flessibile, una grande
varietà di endpoint, prestazioni di traffico predici-
bili e stringenti per i dati in tempo reale, e maggio-
ri livelli di segmentazione. Per quanto concerne il
tipo di hardware usato, gli apparati e i connettori
Industrial Ethernet sono progettati per operare in
condizioni ambientali molto difficili, ad esempio in
presenza di elevate temperature, vibrazioni, shock.
Le esigenze di alimentazione elettrica sono diffe-
renti rispetto alle reti Ethernet corporate; tipica-
mente la tensione operativa è di 24 Vcc e spesso gli
apparati di rete devono veicolare ai dispositivi col-
legati l’alimentazione insieme con il traffico di rete
(Power On Ethernet). Per massimizzare il grado di
disponibilità di rete, l’Industrial Ethernet è dota-
ta anche di caratteristiche di fault-tolerance come
ad esempio alimentatori ridondati. Inoltre il grado
di modularità è molto spinto per adattarsi alle esi-
genze più disparate dell’ambiente di produzione.
Anche a livello di protocollo vi sono delle differen-
ze. I sistemi industriali di automazione e controllo
richiedono un elevato determinismo ed esigenze di
comunicazione in tempo reale, che implicano una
trasmissione veloce e consistente dei dati, con sin-
cronismi e tempi di risposta inferiori di uno o più
ordini di grandezza rispetto ai 100 ms tipici di una
rete Ethernet di ufficio. Per soddi-
sfare questa esigenza, spesso vista
come carenza principale di Ether-
net per un suo utilizzo in campo
industriale, si ricorre a svariate so-
luzioni che vanno dalla scelta della
tipologia di rete più adeguata alle
necessità, all’utilizzo del protocollo
UDP, al supporto dei controlli mul-
ticast (tramite Igmp) e QoS (Qua-
lity of service), alla segmentazione
in reti virtuali (Vlan), all’impiego
di hardware specializzato ad alte
prestazioni (attraverso circuiti integrati specifici,
Asic) che renda minime le latenze.
I principali fieldbus basati su Ethernet industriale
comprendono EtherCAT, Ethernet/IP, PROFInet,
Powerlink, Sercos III, Modbus/TCP. EtherCAT è
un protocollo MAC-layer (lavora a livello di media
access control) ottimizzato per l’elaborazione dati e
usa frame Ethernet standard IEEE 802.3. Il pro-
cesso di trasmissione tra i nodi è gestito in modo
hardware, così da garantire latenze minime e tem-
pi di risposta molto veloci. Il master può essere un
controller standard Ethernet, e questo permette di
semplificare la configurazione di rete. EtherNet/IP,
a differenza di EtherCAT, è un protocollo basato
su un layer applicativo e impiega switch Ethernet
standard consentendo la connessione di un numero
illimitato di nodi; d’altro canto, presenta limitate
L‘utilizzo
della tecnologia
Ethernet nelle
comunicazioni
industriali è
vantaggioso