Protocolli di comunicazione in ambiente industriale

Dalla seriale al Wifi

La comunicazione in ambiente industriale
Cominciamo un viaggio insieme partendo dal mondo seriale per arrivare alle onde radio.

All' interno di una macchina o di un impianto ci sono dei dispositivi che devono comunicare tra di loro per garantirne il corretto funzionamento. Ad esempio un plc che tipicamente è il cervello deve poter comunicare con tutta una serie di sensori, sonde, motori, attuatori per poter far fare alla macchina quello per cui è stata progettata. Essendo il PLC un dispositivo cieco (senza un display) diventa altresì necessario che lo stesso comunichi con un Display, un terminale, un computer che permetta ad un operatore di inserire i dati necessari.

La comunicazione seriale

La comunicazione tra tutti questi dispositivi fino a non molti anni fa avveniva prevalentemente attraverso la Comunicazione Seriale ; semplificando molto possiamo dire che questo modo di comunicare parte da tecnologie come il current loop ed arriva fino alle seriali RS232, RS 485 e RS422. Queste sigle identificano l Hardware della comunicazione, il tipo di cavo ed il tipo di segnale che passa dentro a questo filo. Il modo in cui invece sono organizzate le informazioni si chiama protocollo di comunicazione ed è sostanzialmente la lingua che tutti questi componenti devono saper parlare per potersi scambiare informazioni. Se non si parla la stessa lingua non ci si può capire.
Va da sè che su un layer di tipo RS485 potrebbero passare diversi protocolli ma se due dispositivi hanno protocolli diversi, anche se sono collegati entrambi in RS485 non comunicheranno mai.

Ethernet: un nuovo standard anche nell automazione

Da molti anni sono nate le reti Ethernet ma inizialmente sono state utilizzate per collegare dei PC tra di loro, per trasferire file e per scambiare pacchetti di informazioni tra i programmi installati sui PC. La parola Ethernet definisce il tipo di cavo, il layer fisico su cui passano le informazioni. Si è capito subito il cablaggio di reti Ethernet era più economico delle linee seriali e soprattutto consentiva un trasporto più massiccio di informazioni a velocità più alte e quindi anche nell automazione industriale, all interno delle macchine e degli impianti, il cavo ethernet ha iniziato a soppiantare le connessioni di tipo seriale.
Sul cavo ethernet infatti gira un protocollo particolare che si chiama TCP-IP, che non è un protocollo di comunicazione ma è un protocollo di trasporto . Immaginiamo un autotreno che percorrendo una strada che si chiama Ethernet parte da Milano e arriva a Tokio trasportando libri. Se in Italia viene caricato con dei libri in italiano questo autotreno arrivato a Tokio sarà scaricato ragionevolmente da un giapponese che aprendo i libri non capirà assolutamente niente. Quindi affermare che il nostro dispositivo comunica in Ethernet con protocollo TCP-IP non vuol dire assolutamente niente e non fa capire al nostro interlocutore quale sia la lingua con la quale dovrà interrogare il dispositivo.
E anche qui necessario specificare sempre quale sia il protocollo di comunicazione in modo che venga definita la lingua con la quale si parlano i dispositivi all interno di una macchina o di un impianto. Con la diffusione dell Ethernet, i grossi player costruttori di plc si sono scatenati nella creazione di Protocolli di comunicazione proprietari adatti ad essere trasportati dal nostro autocarro (TCP-IP) su di una nuova strada (Ethernet). Sono fioriti nomi di protocolli di comunicazione su Ethernet che hanno creato un po di confusione, abbastanza simili tra loro e contenenti quasi tutti i suffissi TCP o IP o Ether o NET che rende non sempre facile distinguere un protocollo di comunicazione dal protocollo di trasporto.

Per fare un po' di chiarezza di seguito una tabella contenente una serie di nomi molto diffusi nel settore dell automazione industriale:

Protocollo

Layer fisico (cavo, strada)

Protocollo di comunicazione (Lingua)

Protocollo di Trasporto (Autotreno)

Can Open

RS485

si

no

Profibus

RS485

si

no

Profinet

Ethernet

si

TCP-IP

Ethercat

Ethernet

si

TCP-IP

Modbus RTU

RS232/485

si

no

Modbus TCP

Ethernet

si

TCP-IP

Ethernet IP

Ethernet

si

TCP-IP


Reti Mobili senza fili: Wi-Fi ed oltre

L'interconnessione dei device ha portato significativi miglioramenti nella gestione degli stessi e nei livelli di efficienza dei sistemi facendo aumentare sempre più il numero ed il tipo di punti da collegare tra loro. E nato cosi lo sviluppo della tecnologia wireless, per raggiungere oggetti dislocati in posizioni non facili da cablare. 
Oggi, per Wi-Fi (detta anche rete wireless o rete Wi-Fi), si intende una tecnologia che permette a due o più dispositivi di scambiarsi dati senza fili, utilizzando onde radio. La Wi-Fi alliance ad esempio, la definisce come un "qualsiasi prodotto basato sugli standard dell'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11 capace di creare una rete locale senza fili (Wireless Local Area Network, WLAN)".
Ogni rete può essere composta da uno o più access point (o hotspot), ovvero di un punto d'accesso o più punti di accesso alla rete stessa che fungono da "sorgente" del segnale, e uno o più client che si connettono alla rete. Il segnale wireless di un singolo access point solitamente copre un'area tra i 50 ed i 100 metri.
Le certificazioni dello IEEE hanno di volta in volta stabilito gli standard tecnologici sui quali i produttori realizzano i loro dispositivi Wi-Fi. A oggi gli standard Wi-Fi esistenti sono 9, anche se i più utilizzati sono al massimo 4. Le certificazioni dello IEEE, o classi Wi-Fi, già "accettate" dalla comunità internazionale sono identificate dal numero 802.11 seguito da una lettera dell'alfabeto.

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