{"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\/novosti-interneta\/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 pubblicazione precedente<\/a><\/noindex> abbiamo parlato di come funzionano i bus e i protocolli nell'automazione industriale. Questa volta ci concentreremo su soluzioni lavorative moderne: daremo uno sguardo ai protocolli utilizzati nei sistemi in tutto il mondo. Esamineremo le tecnologie delle aziende tedesche Beckhoff e Siemens, dell'austriaca B&R, della statunitense Rockwell Automation e della russa Fastwel. Inoltre, esploreremo 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 troverete 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, poich\u00e9 su Habr ci sono gi\u00e0 ottimi articoli dei nostri colleghi ingegneri che si occupano dello sviluppo di sistemi di automazione industriale. Ad esempio, \u00abProtocolli di riserva 'senza interruzioni' PRP e HSR\u00bb<\/a><\/noindex> e \u00abGateway dei protocolli industriali su Linux. Costruisci tu stesso\u00bb<\/a><\/noindex>.<\/p>\n

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Iniziamo definendo la terminologia: Industrial Ethernet = rete industriale, Fieldbus = bus di campo. Nell'automazione industriale russa, c'\u00e8 spesso confusione sui termini riguardanti il bus di campo e la rete industriale di livello inferiore. Spesso questi termini vengono fusi in un concetto vago di \"livello inferiore\", che \u00e8 chiamato sia bus di campo che bus di livello inferiore, anche se potrebbe non essere affatto un bus. <\/p>\n

Perch\u00e9?<\/b>Questa confusione \u00e8 probabilmente legata al fatto che in molti moderni controllori la connessione dei moduli di input-output \u00e8 spesso realizzata tramite un pannello di interconnessione (inglese: backplane) o un bus fisico. In altre parole, vengono utilizzati alcuni contatti e connettori a bus per unire pi\u00f9 moduli in un'unica unit\u00e0. Tuttavia, tali unit\u00e0 possono essere collegate tra loro sia tramite rete industriale che bus di campo. Nella terminologia occidentale c'\u00e8 una chiara distinzione: rete \u00e8 rete, bus \u00e8 bus. Il primo \u00e8 designato dal termine Industrial Ethernet, il secondo dal termine Fieldbus. Nell'articolo si propone di utilizzare i termini \"rete industriale\" e \"bus di campo\" per questi concetti rispettivamente.<\/p>\n

Standard della rete industriale EtherCAT, sviluppato da Beckhoff<\/h2>\n

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Il protocollo e la rete industriale EtherCAT rappresentano uno dei sistemi di trasmissione dati pi\u00f9 veloci attualmente disponibili nei sistemi di automazione. La rete EtherCAT \u00e8 ampiamente utilizzata in sistemi di automazione distribuiti, dove i nodi interagenti sono situati a grande distanza l\u2019uno dall\u2019altro.<\/p>\n

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

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

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

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

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\r\n \"Riproduci\r\n
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L'alta velocit\u00e0 di scambio in questo protocollo \u2014 parliamo di unit\u00e0 di microsecondi \u2014 \u00e8 realizzata grazie al fatto che gli sviluppatori hanno rinunciato allo scambio tramite telegrammi inviati direttamente a specifici dispositivi. Invece, viene inviato in rete un unico telegramma indirizzato a tutti i dispositivi contemporaneamente; ciascun nodo subordinato di raccolta e trasmissione delle informazioni (spesso chiamato anche UCO \u2014 dispositivo di comunicazione con l'oggetto) preleva \u201cal volo\u201d i dati destinati a lui e inserisce nel telegramma i dati che \u00e8 pronto a fornire per lo scambio. Successivamente, il telegramma viene inviato al nodo subordinato successivo, dove avviene la stessa operazione. Dopo aver attraversato tutti gli UCO, il telegramma ritorna 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, i quali emettono il segnale di controllo all'attrezzatura.<\/p>\n

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La rete EtherCAT pu\u00f2 avere qualsiasi topologia, ma in sostanza sar\u00e0 sempre un anello, grazie all'uso della modalit\u00e0 full-duplex e a due connettori Ethernet. Pertanto, il telegramma verr\u00e0 sempre trasmesso in sequenza a ciascun dispositivo sulla rete.<\/p>\n

\"Panoramica
\nRappresentazione schematica della rete EtherCAT con pi\u00f9 nodi. Fonte: realpars.com<\/a><\/noindex><\/i><\/p>\n

A proposito, la specifica EtherCAT non impone limitazioni sul livello fisico 100Base-TX, pertanto l'implementazione del protocollo \u00e8 possibile anche su linee gigabit e ottiche.<\/p>\n

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Reti industriali aperte e standard PROFIBUS\/NET della Siemens<\/h2>\n

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Il gruppo tedesco Siemens \u00e8 da tempo noto 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 controllato dall'attrezzatura Siemens avviene sia tramite il bus di campo chiamato PROFIBUS, che attraverso la rete industriale PROFINET.<\/p>\n

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Il cavo PROFIBUS utilizza un cavo a doppio filo speciale con connettori DB-9. Presso Siemens \u00e8 di colore viola, ma in pratica abbiamo visto anche altri colori :). Per la comunicazione tra diversi nodi, il connettore pu\u00f2 collegare due cavi. Include anche un interruttore per la resistenza terminale. La resistenza terminale deve essere attivata sui dispositivi finali della rete, indicando cos\u00ec che questo \u00e8 il primo o l'ultimo dispositivo, e dopo di esso non c'\u00e8 nulla, solo buio e vuoto (tutti i sistemi RS485 funzionano in questo modo). Se la resistenza viene attivata su un connettore intermedio, la sezione successiva sar\u00e0 disattivata.<\/p>\n

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

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

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

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

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Per PROFIBUS:<\/p>\n

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  1. PROFIBUS DP \u2014 la realizzazione di questo protocollo implica la comunicazione con dispositivi remoti; per PROFINET, il protocollo corrispondente \u00e8 PROFINET IO.<\/li>\n
  2. PROFIBUS PA \u2014 \u00e8 essenzialmente lo stesso di PROFIBUS DP, ma utilizzato per le applicazioni di trasmissione dati e alimentazione nelle classificazioni antideflagranti (analogamente a PROFIBUS DP con caratteristiche fisiche diverse). Per un protocollo PROFINET antideflagrante, simile a PROFIBUS, al momento non esiste.<\/li>\n
  3. PROFIBUS FMS \u2014 \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 \u00e8 suddiviso in diverse classi:<\/p>\n

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