EMB 93

EMBEDDED 93 • SETTEMBRE • 2024 48 HARDWARE | EDGE CONNECTIVITY vedono la negoziazione per l’accesso al bus basata su un timeout (tempo di trasmissione e risposta) casuale. 10BASE-T1S: la soluzione per risolvere le più recenti problematiche di connettività in ambito industriale Dal punto di vista concettuale, l’infrastruttura di rete è spesso descritta sotto forma di una pila (stack) forma- ta da vari strati o livelli (layer) dove l’implementazione fisica (cablaggio/supporti) risiede nella parte inferiore mentre software sempre più sofisticati si trovano negli strati superiori. Nelle applicazioni Factory 4.0 l’intelli- genza artificiale (AI), l’apprendimento automatico (ML – Machine Learning), la pianificazione, l’esecuzione, l’automazione, la tracciabilità, il controllo dell’inventa- rio, il controllo di supervisione e così via si trovano nel- la parte superiore. Il livello più basso (ovvero il livello fisico) è rappresentato dalla fabbrica, dove i nodi peri- ferici, tra cui robot, azionamenti, sensori di movimento e valvole, eseguono il lavoro di produzione fisica, spes- so su diverse linee di assemblaggio (Fig. 1). Nella parte superiore dello stack, la comunicazione av- viene tramite una LAN Ethernet multi-gigabit. A livel- lo di fabbrica, invece, la comunicazione avviene attra- verso un mix frammentato di protocolli fieldbus (bus di campo) multidrop (punto-multipunto) tra cui HART, RS-485, Mod-bus, DeviceNet e CAN che operano a ve- locità di trasferimento dati dell’ordine dei megabit (o inferiori) e utilizzano una coppia di fili intrecciati che può essere o meno schermata. Per consentire a una struttura di questo tipo di operare come una rete uniforme, è necessario il ricorso a ga- teway tra la sezione Ethernet e gli altri protocolli: ciò comporta una frammentazione della comunicazione, un aumento della complessità e un aggravio di costi. Grazie a una nuova versione di Ehernet è possibile mi- gliorare sensibilmente la connetività alla periferia del- la rete nelle fabbriche e negli edifici “intelligenti”. La ratifica (avvenuta nel 2019) della specifica IEEE 802.3cg ha dato origine a 10BASE-T1S. Basato sullo standard Ethernet, rispetto al quale si distingue per alcuni importanti differenze, 10BASE-T1S è caratte- rizzato da una velocità effettiva di trasferimento dati (throughput) di 10 Mb/s e supporta il funzionamento in modalità multi-drop con gestione delle collisioni di tipo deterministico. Lo standard prevede l’utilizzo di cavi SPE (Single Pair Ethernet) intrecciati non schermati, semplificando notevolmente l’installazione e riducen- do drasticamente i costi. Il funzionamento deterministico è indispensabile per i sistemi operanti in real time, dove è importante che i messaggi vengano trasmessi entro un intervallo di tempo stabilito. Ethernet tradizionale utilizza un pro- tocollo CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection) caratterizzato da latenze casuali (random) e per questo motivo non è possibile garantire tempi certi per le comunicazioni. 10BASE-T1S, invece, utilizza un nuovo sistema noto come PLCA (Physical Layer Collision Avoidance) che permette di evitare il verificarsi di collisioni di dati sul bus. In mo- dalità PLCA, un beacon (in pratica un segnale) della durata di 2 µs in- viato dal Nodo 0 (coor- dinatore) sincronizza i nodi della rete. Il nodo 0 ha quindi l’opportuni- tà di trasmettere. Nel- caso non vi siano dati, l’opporunità di trasmis- Fig. 1 – 10BASE-T1S permette di eliminare il ricorso ai protocolli non Ethernet e ai relativi gateway