{"id":52162,"date":"2019-11-02T00:00:00","date_gmt":"2019-11-01T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki"},"modified":"2020-02-18T13:59:50","modified_gmt":"2020-02-18T10:59:50","slug":"obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/news\/obzor-sovremennyh-protokolov-v-sistemah-promavtomatiki","title":{"rendered":"Panoramica dei protocolli moderni nei sistemi di automazione industriale","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Panoramica
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Nella precedente pubblicazione<\/a><\/noindex> abbiamo parlato di come funzionano i bus e i protocolli nell'automazione industriale. Questa volta ci concentreremo su moderne soluzioni lavorative: vedremo quali protocolli vengono utilizzati nei sistemi in tutto il mondo. Esamineremo le tecnologie delle aziende tedesche Beckhoff e Siemens, l'austriaca B&R, l'americana Rockwell Automation e la russa Fastwel. Studieremo anche soluzioni universali che non sono legate a un produttore specifico, come EtherCAT e CAN.\u00a0<\/p>\n

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Alla fine dell'articolo ci sar\u00e0 una tabella comparativa con le caratteristiche dei protocolli EtherCAT, POWERLINK, PROFINET, EtherNet\/IP e ModbusTCP.<\/p>\n

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Non abbiamo incluso nella panoramica i protocolli PRP, HSR, OPC UA e altri, in quanto su Habr ci sono gi\u00e0 ottimi articoli dei nostri colleghi ingegneri che si occupano dello sviluppo di sistemi di automazione industriale. Per esempio, \u00abProtocolli di riserva \u201csenza cuciture\u201d PRP e HSR\u00bb<\/a><\/noindex> e \u00abGateway per protocolli industriali su Linux. Costruiscilo tu stesso\u00bb<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

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Per iniziare, definiamo la terminologia: Industrial Ethernet = rete industriale, Fieldbus = bus di campo. Nell'automazione industriale russa, si verifica spesso confusione nei termini riguardanti il bus di campo e la rete industriale di basso livello. Spesso questi termini vengono uniti in un concetto vago chiamato \u00abbasso livello\u00bb, che viene denominato sia bus di campo sia bus di basso livello, sebbene in realt\u00e0 possa anche non essere un bus. <\/p>\n

Perch\u00e9 \u00e8 cos\u00ec?<\/b>Tale confusione \u00e8 probabilmente legata al fatto che nei moderni controllori, il collegamento dei moduli di input\/output \u00e8 spesso realizzato utilizzando un pannello di interconnessione (backplane) o un bus fisico. Quindi vengono utilizzati determinati contatti e connettori per collegare pi\u00f9 moduli in un'unit\u00e0 unica. Ma tali unit\u00e0, a loro volta, possono essere collegate tra loro sia tramite rete industriale che tramite bus di campo. Nella terminologia occidentale esiste una chiara distinzione: rete significa rete, bus significa bus. Il primo \u00e8 indicato dal termine Industrial Ethernet, il secondo dal termine Fieldbus. Nell'articolo si propone di utilizzare il termine \u00abrete industriale\u00bb e il termine \u00abbus di campo\u00bb rispettivamente per questi concetti.<\/p>\n

Lo standard della rete industriale EtherCAT, sviluppo dell'azienda Beckhoff<\/h2>\n

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Il protocollo e la rete industriale EtherCAT sono, senza dubbio, uno dei metodi pi\u00f9 veloci attualmente disponibili per la trasmissione dei dati nei sistemi di automazione. La rete EtherCAT \u00e8 utilizzata con successo in sistemi di automazione distribuiti, dove i nodi interagenti sono sparsi su una vasta area.<\/p>\n

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Il protocollo EtherCAT utilizza frame Ethernet standard per la trasmissione dei suoi telegrammi, quindi mantiene la compatibilit\u00e0 con qualsiasi attrezzatura Ethernet standard e, in sostanza, la ricezione e la trasmissione dei dati possono essere organizzate su qualsiasi controller Ethernet, a condizione che ci sia il software appropriato.<\/p>\n

\"Panoramica
\nController Beckhoff con un set di moduli di input\/output. Fonte: www.beckhoff.de<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

La specifica del protocollo \u00e8 aperta e disponibile, ma solo nell'ambito dell'associazione di sviluppo \u2014 EtherCAT Technology Group.<\/p>\n

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Ecco come funziona EtherCAT (uno spettacolo affascinante, come il gioco Zuma Inca):<\/p>\n

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\r\n \"Guarda\r\n
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L'alta velocit\u00e0 di scambio in questo protocollo \u2014 si parla di unit\u00e0 di microsecondi \u2014 \u00e8 realizzata grazie al fatto che gli sviluppatori hanno rinunciato allo scambio tramite telegrammi inviati direttamente a un dispositivo specifico. Invece, viene inviata una singola telegramma alla rete EtherCAT, indirizzata a tutti i dispositivi contemporaneamente. Ogni nodo subordinato di raccolta e trasmissione delle informazioni (spesso chiamato anche USC \u2014 dispositivo di comunicazione con l'oggetto) preleva al volo i dati che gli sono destinati e inserisce nella telegramma i dati che \u00e8 pronto a fornire per lo scambio. Dopo di che, la telegramma viene inviata al nodo subordinato successivo, dove avviene la stessa operazione. Dopo aver passato tutti gli USC, la telegramma torna al controller principale, che sulla base dei dati ricevuti dai dispositivi subordinati realizza la logica di controllo, interagendo nuovamente tramite telegramma con i nodi subordinati, che forniscono un segnale di controllo all'attrezzatura.<\/p>\n

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La rete EtherCAT pu\u00f2 avere qualsiasi topologia, ma fondamentalmente sar\u00e0 sempre un anello \u2014 a causa dell'uso della modalit\u00e0 full-duplex e dei due connettori Ethernet. In questo modo, la telegramma sar\u00e0 sempre trasmessa in sequenza a ciascun dispositivo sulla rete.<\/p>\n

\"Panoramica
\nRappresentazione schematica della rete Ethercat con diversi nodi. Fonte: realpars.com<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

A proposito, la specifica EtherCAT non ha restrizioni sul livello fisico 100Base-TX, quindi l'implementazione del protocollo \u00e8 possibile sulla base di linee gigabit e ottiche.<\/p>\n

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Reti industriali aperte e standard PROFIBUS\/NW di Siemens<\/h2>\n

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Il gruppo tedesco Siemens \u00e8 famoso da tempo per i suoi controllori logici programmabili (PLC), utilizzati in tutto il mondo.<\/p>\n

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Lo scambio di dati tra i nodi di un sistema automatizzato gestito dall'hardware Siemens avviene sia tramite il bus di campo chiamato PROFIBUS, sia nella rete industriale PROFINET.<\/p>\n

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Il bus PROFIBUS utilizza un cavo a coppia torsionata speciale con connettori DB-9. In Siemens \u00e8 viola, ma in pratica abbiamo visto anche altri colori :). Per collegare pi\u00f9 nodi, il connettore pu\u00f2 unire due cavi. Ha anche un commutatore per la resistenza terminale. La resistenza terminale deve essere attivata sui dispositivi finali della rete, in questo modo viene segnalato che si tratta del primo o dell'ultimo dispositivo, e dopo di esso non c'\u00e8 pi\u00f9 nulla, solo oscurit\u00e0 e vuoto (tutti i rs485 funzionano cos\u00ec). Se la resistenza viene attivata su un connettore intermedio, il segmento successivo sar\u00e0 disattivato.<\/p>\n

\"Panoramica
\nCavo PROFIBUS con connettori. Fonte: VIPA ControlsAmerica<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

Nella rete PROFINET si utilizza un analogo della coppia torsionata, di solito con connettori RJ-45, il cavo \u00e8 verniciato di colore verde. Se la topologia di PROFIBUS \u00e8 a bus, la topologia della rete PROFINET pu\u00f2 essere qualsiasi cosa: un anello, una stella, un albero o tutto insieme.<\/p>\n

\"Panoramica
\nControllore Siemens con cavo PROFINET collegato. Fonte: w3.siemens.com<\/i><\/p>\n

Esistono diversi protocolli di comunicazione per il bus PROFIBUS e la rete PROFINET.<\/p>\n

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Per PROFIBUS:<\/p>\n

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  1. PROFIBUS DP - l'implementazione di questo protocollo implica la comunicazione con dispositivi subordinati remoti, nel caso di PROFINET il protocollo equivalente \u00e8 PROFINET IO.<\/li>\n
  2. PROFIBUS PA - \u00e8 sostanzialmente lo stesso di PROFIBUS DP, ma \u00e8 utilizzato per versioni a prova di esplosione per il trasferimento di dati e alimentazione (analogamente a PROFIBUS DP con diverse propriet\u00e0 fisiche). Finora non esiste un protocollo a prova di esplosione per PROFINET in analogia a PROFIBUS.<\/li>\n
  3. PROFIBUS FMS - \u00e8 destinato allo scambio di dati con sistemi di altri produttori che non possono utilizzare PROFIBUS DP. L'analogo di PROFIBUS FMS nella rete PROFINET \u00e8 il protocollo PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

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    Per PROFINET:<\/p>\n

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    1. PROFINET IO;<\/li>\n
    2. PROFINET CBA.<\/li>\n<\/ol>\n

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      Il protocollo PROFINET IO si suddivide in diverse classi:<\/p>\n

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