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SETTEMBRE 2017
FIELDBUS & NETWORKS
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chemeglio si adatta alle proprie esigenze, confidente che il passaggio dei
messaggi tra diverse architetture avverrà nativamente e senza necessità
di programmazione o configurazione particolare. Tutto questo non solo
semplifica la progettazione di un sistema di automazione ex-novo, ma
ne agevola l’espansione e l’integrazione incrementale, per esempio con
nuove applicazioni diagnostiche e di interfacciamento con la rete infor-
matica aziendale.
Oggetti e profili
Negli strati più alti, CIP è un protocollo rigidamente orientato agli oggetti:
ogni oggetto CIP è caratterizzato da attributi
(i dati), servizi (comandi), comportamenti (re-
lazioni tra attributi e servizi) e connessioni.
L’interoperabilità è garantita dal fatto che lo
stesso oggetto, o gruppo di oggetti, quello
che viene indicato come ‘Object Model’, si
comporta allo stesso modo indipendente-
mente dal dispositivo su cui è stato imple-
mentato. Un ulteriore livello di astrazione
a favore dell’interoperabilità multi-vendor
è rappresentato dai profili di dispositivo, o
‘Device Profile’, che specificano l’insieme di
oggetti CIP, le opzioni di configurazioni e il
formato dei dati che devono essere imple-
mentati in ogni dispositivo di un certo tipo.
Per i dispositivi con funzionalità particolari
esiste comunque la possibilità per il produt-
tore di introdurre nuovi oggetti per l’imple-
mentazione di requisiti specifici.
Oltre che dall’interoperabilità, la proget-
tazione di reti conformi allo standard CIP
è agevolata dal fatto che Odva mette a di-
sposizione un’ampia libreria di oggetti, che
permettono di implementare numerose fun-
zioni di comunicazione e automazione, come
trasferimento di file, gestione degli I/O analogici e digitali, funzioni di in-
terfacciamento uomo-macchina, controllo assi, configurazione e gestione
di rete. Estensioni specifiche del protocollo permettono di realizzare fun-
zionalità avanzate per la sincronizzazione (CIP Sync), il controllo assi (CIP
Motion), la sicurezza (Cip Safety) e l’ottimizzazione dei consumi energetici
(CIP Energy). Infine, se i quattro protocolli della famiglia CIP non doves-
sero bastare, sono disponibili servizi di traduzione che rendono possibile
la coesistenza di dispositivi Modbus-TCP ed Ethernet/IP sulla medesima
rete TCP/IP.
Dal produttore al consumatore
Il modello di comunicazione produttore-consumatore adottato da CIP si
presta a un utilizzo più efficiente delle risorse di rete rispetto al modello
mittente-destinatario, per il semplice motivo che rende possibile inviare
simultaneamente la stessa informazione a più dispositivi, senza dover
ripetere il processo per ogni nodo.
Nel modello produttore-consumatore, invece che dall’indirizzo del desti-
natario, il messaggio viene identificato dal proprio ID di connessione: se
un nodo vuole ‘consumare’ un certo tipo di informazione, deve sempli-
cemente chiederlo la prima volta al relativo ‘produttore’, che gli fornirà
un ID di connessione; a eventuali altri nodi che necessitino delle stesse
informazioni verrà fornito lo stesso ID, così da poter ricevere gli stessi dati
in simultanea. I diversi protocolli CIP supportano sulla stessa connessione
tanto i messaggi impliciti (ossia di scambio dati I/O, tipicamente in tempo
reale), quanto quelli espliciti (solitamente impiegati per operazioni di con-
figurazione o raccolta dati senza criticità temporale).
Ethernet/IP: CIP su Ethernet
Come facilmente intuibile dal nome, Ethernet/IP si appoggia allo stan-
dard Ethernet per l’implementazione degli strati più bassi della pila
ISO/OSI. Trattandosi della stessa tecnologia alla base della maggior
parte delle reti locali e metropolitane in ogni angolo del globo, questa
soluzione permette da un lato di sfruttare le economie di scala di un
mercato a livello planetario, dall’altro rende trasparente l’interfaccia-
mento con le reti locali aziendali e d’impresa (fino al passaggio a Inter-
net e al cloud) delle applicazioni di automazione industriale. Ethernet
è compatibile con i protocolli Internet più diffusi, compresi Http, FTP,
Snmp e Dhcp, e si sposa naturalmente con i protocolli di scambio dati
industriali come OPC. Lo strato fisico e di collegamento dati di Ethernet/
IP è descritto dallo standard Ieee 802.3. L’infrastruttura di rete supporta
diverse velocità di trasferimento dati (10, 100, 1.000 Mbps e anche
oltre) e prevede un cablaggio strutturato su rame (doppino intrecciato)
o fibra ottica, con un numero virtualmente illimitato di nodi. La topologia
più diffusa è quella di tipo punto-punto con collegamenti a stella; tipica-
mente si ha una dorsale di switch, dai quali si diramano i collegamenti
verso i vari dispositivi. Ethernet/IP supporta anche topologie lineari e ad
anello per mezzo delle tecnologie ‘Embedded Switch’ e ‘Device Level
Ring’. Per resistere alle sollecitazioni degli ambienti industriali sono pre-
visti connettori di grado industriale RJ45 oM12 conformi alle specifiche
IP67. L’accesso al canale, originariamente a contesa del tipo Csma/CD
(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), è stato sem-
plificato dall’introduzione delle varianti ‘full duplex’ nei collegamenti
dedicati punto-punto. Ogni singolo collegamento con lo switch si trova
così ad avere a disposizione l’intero canale; questo, unito all’evoluzione
tecnologica degli switch, ha aperto a Ethernet la strada delle applica-
zioni di automazione e controllo di processo. L’adozione degli standard
TCP (Transmission Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol)
su IP (Internet Protocol) nello strato di trasporto dati è invece quello
che rende Ethernet/IP ideale per mettere in comunicazione il piano di
fabbrica con le reti informatiche a livello di impresa. Ethernet/IP utilizza
la tecnica dell’incapsulamento per trasmettere i messaggi CIP sulla rete
Ethernet. Il protocollo TCP, orientato alla connessione e di tipo punto-
punto, si occupa di gestire il flusso dati e la frammentazione e ricostru-
À