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Differenze fra
Ethernet industriale
ed Ethernet standard
In applicazioni destinate alle imprese, per
esempio i sistemi informativi aziendali, nei
quali viene fornita la connettività fra le pe-
riferiche dei computer, i server o, ancora,
le risorse di archiviazione dei dati, le comu-
nicazione attraverso Ethernet non sono ti-
picamente di tipo deterministico. Tempi di
risposta che variano da 100 ms a 150 ms sono
considerati generalmente accettabili. Nelle
applicazioni industriali le aspettative sono di-
verse. Questo livello di latenza, per esempio,
non è tollerabile e le risposte devono essere
deterministiche. I pacchetti Ethernet che viag-
giano attraverso una rete hanno solitamente
tempi di consegna non compatibili con quelli
imposti dai sistemi di automazione industriale.
I requisiti possono naturalmente cambiare in
funzione del tipo specifico di componente coin-
volto nel sistema. Dispositivi ad alta velocità,
come le unità di memoria di massa, richiede-
ranno tempi di aggiornamento inferiori a 1 µs,
mentre per controllori e terminali potranno
essere sufficienti intervalli di 100 µs.
Un’ulteriore considerazione relativa all’implementazione di Ether-
net Industriale riguarda l’inserimento di un nuovo dispositivo all’in-
terno di una rete, procedimento che potrebbe rivelarsi complicato,
richiedendo l’utilizzo di gateway o bridge addizionali. Allo scopo
di garantire risposte più rapide e deterministiche, oltre che di con-
sentire una migliore scalabilità della rete, sono stati sviluppati pa-
recchi protocolli Ethernet pensati proprio per il mondo industriale.
Ethernet per il mondo industriale
Profinet, Ethercat, Ethernet Powerlink ed Ethernet/IP sono i quat-
tro principali protocolli Industrial Ethernet, attraverso i quali è
possibile implementare diverse topologie di rete fra loro diffe-
renti: a stella, ad anello, ad albero, lineare, punto-punto ecc. Ciò
che differenzia sostanzialmente i suddetti protocolli è il modo in
cui essi realizzano la commutazione del traffico di rete e la relativa
temporizzazione necessaria per garantire il determinismo richiesto.
Qui di seguito è riportata una breve descrizione di ciascuno di essi.
Profinet (Process Field Net)
consiste in una topologia di rete di
alto livello che ha avuto molto seguito nelle applicazioni di au-
tomazione industriale grazie alla sua elevata capacità di trasfe-
rimento dati e alla possibilità di lavorare in tempo reale. Questo
protocollo, che ha avuto un grande successo soprattutto in Europa,
usa l’hardware e il software delle reti Ethernet tradizionali come
base su cui costruire le strutture di rete uti-
lizzando una topologia decentralizzata. Que-
sto tipo di impostazione migliora non solo il
trasferimento dati, ma anche i meccanismi
diagnostici. Tre sono i canali di comunica-
zione che entrano in gioco nel processo di
trasmissione: il canale con protocollo stan-
dard di controllo di trasmissione su IP (TCP/
IP); il canale in tempo reale (RT - realtime); il
canale isocrono in tempo reale (IRT - Isochro-
nous Real Time).
Ethercat
, ossia Ethernet per l’automazione di controllo (Ethernet
Control Automation Technology) deriva da Canopen, lo standard
EN 50325-4, che vanta un elevato numero di installazioni. Basato
su di un hardware Ethernet non convenzionale, questo protocollo
utilizza livelli fisici con trasmissione Ethernet bidirezionale si-
multanea, cioè ‘full duplex Ethernet PHY’, usando la medesima
larghezza di banda per gestire sia i dati in ingresso, sia quelli in
uscita. Grazie a questa caratteristica è possibile ottenere tempi
di ciclo brevi (fino a 100 µs) insieme a un elevato livello di sincro-
nizzazione. Per di più, questo protocollo supporta un’ampia scelta
di topologie di rete.
Ethernet Powerlink
, proprio come Ethercat, deriva da Canopen, ma
in questo caso viene utilizzato hardware Ethernet standard. Ogni
dispositivo controllato all’interno della rete trasmette e riceve dati
secondo un piano predefinito. In virtù di tale architettura il proto-
collo è in grado di garantire livelli di velocità e di determinismo
adeguati agli impieghi industriali, offrendo tempi di ciclo dell’or-
dine dei 200 µs.
Ethernet/IP
, originariamente sviluppato da Rockwell Automation,
è ora un protocollo riconosciuto come standard aperto. Introdotto
per la prima volta nel 2001, combina molte delle caratteristiche
riscontrabili in Devicenet e in Profinet. In particolare, consente
di implementare un’architettura di rete semplice, evitando com-
ponenti o cablaggi esterni aggiuntivi, abbassando quindi i costi
della distinta base. L’organizzazione Odva, l’Associazione aperta
di fornitori di prodotti Devicenet (Open Devicenet Vendors Asso-
ciation), si occupa della promozione di questo protocollo. Proprio
come Devicenet, anche Ethernet/IP si basa sul protocollo indu-
striale comune CIP (Common Industrial Protocol), offrendo al
mondo dell’industria un’architettura di comunicazione universale
molto efficace. Essa comprende un’ampia serie di messaggi e di
servizi che si rivelano fondamentali in funzioni di automazione
industriale, come il controllo, la sincronizzazione, la movimenta-
zione, la configurazione ecc. Il protocollo CIP definisce i profili per
la gamma di dispositivi industriali che potrebbero venire incor-
porati all’interno della rete (unità di memoria di massa, motori,
sensori, attuatori, controllori ecc.). I sistemi basati su Ethernet/IP
possono essere impostati sia secondo un modello master/slave,
sia in configurazione di controllo distribuito attraverso topologie
di comunicazione paritetiche o peer-to-peer. Si tratta di un pro-
tocollo altamente scalabile, che permette di aggiungere alla rete
nodi o dispositivi supplementari in modo relativamente semplice.
Le potenzialità future di Ethernet/IP
Grazie alla capacità di classificare i dati di messaggistica come
tipo ‘esplicito’ oppure ‘implicito’, Ethernet/IP è in grado di fun-
zionare in tempo reale. I messaggi espliciti, trasmessi attra-
verso il protocollo TCP, vengono utilizzati per informazioni di tipo
FEBBRAIO 2016
FIELDBUS & NETWORKS
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Fonte: automationprimer.com
Dispositivo RD4 di MTS per le reti industriali