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GENNAIO-FEBBRAIO 2021 FIELDBUS & NETWORKS 48 Fieldbus & Networks quali possono lavorare tranquillamente gli ap- parati commerciali utilizzati in applicazioni più ‘tranquille’. Nell’ampio spettro di disturbi e sollecitazioni da cui difendersi rientrano tipicamente i fattori descritti qui in seguito. - Shock e vibrazioni Soprattutto nelle applicazioni in mobilità, la presenza di movimenti più o meno regolari (vibrazioni dei motori, irregolarità delle super- fici di transito, raffiche di vento anche legate all’ingresso o all’uscita da una galleria) sotto- pongono i componenti a sforzi notevoli. Le contromisure vanno dall’uso di ancoraggi opportuni, realizzati nella fusione dell’involucro stesso, fino all’utilizzo di schede elettroniche più spesse, ancorate su più punti, e connettori ‘latched’, con meccanismi di blocco che evitino la disconnessione accidentale o il contatto non continuativo, anche se rapidi da aprire e chiu- dere soprattutto in applicazioni critiche in caso di intervento, a loro volta ancorati su più punti della scheda. - Misure, peso, potenza Questi tre fattori, indicati anche con l’acronimo SWaP (Size Weight and Power), sono stretta- mente correlati fra loro e influiscono sulla ri- sposta agli shock e alle vibrazioni discussa al punto precedente. Per esempio, l’effetto di sollecitazioni esterne, come il vento, dipende chiaramente anche dalle dimensioni e dalla forma dell’involucro. Gli involucri compatti infatti riducono la su- perficie esposta alla sollecitazione. Al tempo stesso, maggiori potenze implicano maggiore peso e dimensioni. Di conseguenza, l’obiettivo che ci si pone è generalmente di minimizzare lo SWaP, riducendo al contempo, per quanto possibile, l’impatto che tale obiettivo impone sulle prestazioni. - Temperatura, umidità, contaminazione Se un tempo gli intervalli di temperatura con- siderati ‘estremi’ per l’elettronica embedded erano fra 0 °C e 70 °C, attualmente lo stan- dard ‘normale’ per i componenti rugged si attesta fra i -40 °C e gli 85 °C. In presenza di un isolamento efficace nei confronti di umi- dità e polveri, che ancora una volta fa leva sul design e i materiali impiegati per l’involucro, e tenendo conto della naturale tendenza al riscaldamento dell’elettronica durante il fun- zionamento, in genere il limite di temperatura superiore è quello che pone le maggiori dif- ficoltà. La situazione è complicata dal fatto che la dissipazione del calore deve avvenire in modo passivo, senza l’utilizzo di parti in mo- vimento, che sono più predisposte a usura e accumulo di sporcizia e quindi sono più biso- gnose di manutenzione. Si preferisce dunque una dissipazione per semplice conduzione, ovvero attraverso superfici di dispersione di calore da porre in contatto diretto da un lato con gli elementi da raffreddare, dall’altro con l’involucro, in modo da dissipare verso l’ambiente esterno. Ulteriori protezioni nei confronti di umidità e polveri fanno leva, ove possibile, sulla localizzazione protetta di com- ponenti critici, per esempio localizzando gli switch all’interno di involucri sigillati e am- bienti meno esposti, lasciando che solo i cavi (opportunamente protetti) attraversino le zone più esposte. - Interferenze elettromagnetiche (EMI) L’utilizzo in ambienti fortemente sfidanti rende insufficiente il livello di resistenza alle inter- ferenze elettromagnetiche imposto dai nor- mali standard industriali, come per esempio IEC61000-6-2. I riferimenti tipici diventano gli standard che specificano le caratteristiche delle comunicazioni nelle sottostazioni elet- triche, ovvero IEC61850, che nelle sue dieci parti propone un framework per l’automa- zione dell’intera sottostazione. In particolare, la sezione IEC61850-3 si focalizza sulle reti di comunicazione e ne indica i requisiti ambien- tali e di immunità EMI; Ieee1613, poi, indica i requisiti ambientali e di prestazione per i com- ponenti di reti nelle sottostazioni elettriche. Entrambi gli standard propongono una serie di stress test potenzialmente distruttivi cui sot- toporre la rete, nel caso di IEC61850 ereditati da IEC61000-6-5, richiedendo che non solo il sistema sia in grado di operare senza riportare danni permanenti o reset durante il test, ma addirittura, nel caso dei componenti Ieee1613 Class 2, di operare in modalità ‘error-free’, ovvero senza ritardi, perdite di dati o errori, nonostante lo stress EMI imposto. Un’infrastruttura resiliente Passando dal livello dei componenti a quello dell’intera rete, va considerato che anche nel contesto della realizzazione di un sistema rug- ged vale la regola per cui l’anello più debole della catena determina la resistenza comples- siva. Quindi, per avere un sistema robusto non basta rimpiazzare i componenti commerciali con le alternative ‘robuste’, ma occorre adot- tare un approccio olistico che garantisca una robustezza ‘by design’. La progettazione deve dunque tenere in conto sia le diverse sollecita- zioni agenti sui singoli componenti, per esem- pio la stessa antenna può essere soggetta a sollecitazioni principalmente di tipo mecca- nico, se installata su mezzi in movimento, e di tipo termico, se installata su un supporto fisso, ma esposto alle intemperie in situazioni clima- tiche estreme, sia le caratteristiche in grado di garantire la resilienza a livello di sistema. Un esempio tipico riguardo l’ultimo punto menzionato riguarda i metodi per garantire il ‘Fast Fault Recovery’ sulle reti in caso di guasto a un link di comunicazione. A livello di architettura, l’uso di reti di tipo mesh consente Foto tratta da Pixabay_rihaij Le soluzioni ‘rugged’ permettono il funzionamento delle reti in ambiti fortemente disturbati, lontani dalle condizioni ideali o di laboratorio, senza rinunciare alle prestazioni