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tribuire a migliorare il funzionamento di uno stabilimento o di strutture industriali di vario genere, come i magazzini, la logistica o le in- dustrie estrattive minerarie, petrolifere e del gas ecc.). I casi d’uso più impegnativi dal punto di vista delle tecnologie di comunicazione sono quelli relativi ai processi in tempo reale, di cui il con- trollo robotico del movimento, con un tempo ciclo di 2 ms e un tasso di errore molto basso, è un esempio significativo e spesso utilizzato nelle analisi comparative tra le varie tecnolo- gie proposte. Latenza e tasso di errore Vi sono dei requisiti prestazionali specifici per alcune applicazioni tipiche che richiedono connessioni di rete di elevata affidabilità in funzione del tempo di latenza e del tasso di errore ammessi nella trasmissione dei pac- chetti di dati. Nella attuali reti 4G a standard LTE difficilmente si riescono a garantire tempi di latenza inferiori ai 40-50 ms, il che di fatto impedisce la realizzazione della maggior parte delle applicazioni di controllo industriale in tempo reale. In molte linee di produzione saranno coinvolti anche gli operatori umani, sempre più fre- quentemente in collaborazione con macchine semiautonome o robot collaborativi, che ri- chiedono anch’essi una latenza estremamente bassa, magari con la concorrente necessità di inviare flussi video destinati alla visione artifi- ciale, per rilevare gli esseri umani e garantire la sicurezza. Queste tipologie di applicazioni a bassa la- tenza e ad alta affidabilità sono difficili da realizzare senza la disponibilità di una rete locale in tecnologia 5G o dalle prestazioni equivalenti. Vi sono molti altri tipi di processi in fabbrica che sono anch’essi critici per le attività azien- dali, ma che non sono altrettanto critici in ter- mini di tempo, non richiedendo latenze a livello di millisecondi o microsecondi. Il monitoraggio dei pezzi di ricambio, per esempio, e dei pro- dotti finiti attraverso il processo di produzione fino alla catena logistica e, potenzialmente, oltre la fabbrica, fino al mercato. I dati dei sensori, come quelli utilizzati per il monitorag- gio energetico e ambientale, sono altrettanto importanti, ma non richiedono un’elaborazione in tempo reale e un collegamento in rete con tempo di risposta dell’ordine dei millisecondi. Molti scenari di utilizzo critici hanno in comune anche il requisito del funzionamento ad alta densità, dove il 5G, per come è stato proget- tato, offre notevoli vantaggi rispetto alle tec- nologie di comunicazioni wireless esistenti. Prestazioni richieste per le applicazioni industriali Uno studio effettuato dall’associazione 3GPP sui requisiti di comunicazione per le applica- zioni di automazione in domini verticali (TR 22.804) ha individuato una serie di obiettivi prestazionali da considerare nella progetta- zione degli standard 5G. I criteri prestazionali identificati dello studio possono essere riassunti come segue: Disponibilità del servizio. Si riferisce alla percentuale di tempo di erogazione del ser- vizio di comunicazione end-to-end, secondo un livello di servizio concordato. Per l’auto- mazione industriale è importante per garan- tire l’affidabilità complessiva dell’impianto, che è la combinazione dell’affidabilità dei singoli componenti, la loro disponibilità, manutenibilità, sicurezza e integrità. L’affi- dabilità è una metrica critica nei sistemi di produzione industriale, perché il costo dei tempi di fermo macchina è molto elevato. Il tempo di ciclo si riferisce al tempo consentito a un sistema di controllo per generare un comando, tra- sportarlo attraverso la rete verso un sensore o un attuatore e quindi ricevere la conferma che il comando sia stato eseguito con suc- cesso. La latenza consentita sulla rete è quindi una frazione del budget temporale complessivo. Un tempo di ciclo richiesto di 2 ms, per esempio, può allocarne anche soli 500 μs per la trasmissione vera a propria. Si riferisce all’area di servizio all’interno della quale deve essere raggiunto l’obiettivo presta- zionale. Le applicazioni dell’automazione di fabbrica generalmente prevedono reti locali estese poche centinaia di metri, o addirit- tura decine di metri. La densità è il numero di dispositivi collegati all’interno dell’area di servizio. Soprattutto dove vengono utilizzati sensori, le densità possono essere molto elevate rispetto a quanto previsto dalle odierne reti cellulari. A titolo di esempio, si pensi a un sistema di movimentazione robotica. Lo studio di 3GPP ha identificato un obiettivo di latenza unidi- rezionale di 1 ms, partendo del presupposto di controllare un dispositivo che si muove di 1 mm a una velocità di 1 m/s e che richiede ag- giornamenti ogni ms. L’obiettivo del progetto è un tempo ciclo di 2 ms. Questo budget di latenza può essere distribuito tra attuazione, trasmissione in rete ed elaborazione. Nel Tabella 2 - Requisiti prestazionali per alcune applicazioni di automazione industriale (Fonte: 3GPP, Zvei) Esempio applicativo di controllo di un robot tramite rete wireless con tempo di ciclo complessivo di 2 ms NOVEMBRE 2019 FIELDBUS & NETWORKS 41