sabato 26 Novembre 2022

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Bus di campo, una tecnologia cruciale. Approfondire per competere

In data 20 ottobre si terrà il seminario gratuito di G.I.S.I., dal titolo “Stato dell’arte dei sistemi di comunicazione digitale nell’automazione industriale”, promosso per informare i professionisti dell’automazione di processo sulle più recenti novità tecnologiche dei bus di campo. 
Oggi, pressoché tutti i settori industriali sono infatti toccati dal fenomeno dell’automazione e, indirettamente, dai sistemi di comunicazione industriale, meglio conosciuti come bus di campo.
Cercheremo quindi di spiegare brevemente, anche ai non addetti ai lavori, quali siano il concetto, il ruolo e l’apporto dei bus di campo per il futuro dell’automazione industriale.

Cos’è un bus di campo?

Il bus di campo o fieldbus è una rete industriale di comunicazione per il controllo distribuito in tempo reale, che opera al livello base della piramide dell’automazione in fabbrica, per coordinare e collegare tra loro i dispositivi di campo (azionamenti, attuatori, sensori), interagendo con i livelli superiori.
Il bus di campo consente la realizzazione di un’architettura multipunto in cui ogni dispositivo o nodo interessato allo scambio di dati è collegato ad un’unica linea di comunicazione, la quale costituisce il tramite della distribuzione e raccolta delle informazioni. 
Tale comunicazione avviene in forma digitale, seriale e a elevata velocità per servire tutti i nodi nei tempi richiesti.

Breve ripasso storico

La prima generazione di bus di campo fu sviluppata negli anni ‘80 a rimpiazzare il cablaggio parallelo. Il bus di campo sostituisce i fasci di cavi paralleli con un unico cavo bus, su cui vengono inviati i dati, dove viene chiaramente definito chi (identificatore) comunica cosa (valore o comando) e in quale momento (iniziativa).
Dal 1999, i sistemi di bus di campo sono stati standardizzati a livello internazionale nel modello IEC 61158 (Digital data communication for measurement and control – Fieldbus for use in industrial control systems). 

La struttura

Standardizzato come IEC 61158, un sistema industriale automatizzato complesso, come la catena di montaggio industriale, richiede generalmente un sistema di controllo distribuito e una gerarchia organizzata di sistemi di controllo per funzionare. In questa gerarchia, di solito si ha un’interfaccia uomo-macchina (HMI) nella parte superiore, dove un operatore può monitorare o controllare il sistema. Questo è tipicamente collegato a uno strato intermedio di controllori logici programmabili (PLC) tramite un sistema di comunicazione non temporale (ad esempio Ethernet). Alla fine della catena di controllo c’è il bus di campo che collega i PLC ai componenti che effettivamente svolgono il lavoro, come sensori, attuatori, motori elettrici, luci console, interruttori, valvole e contattori.

I vantaggi

Il protocollo bus di campo permette di semplificare il cablaggio, di risparmiare tempo durante la progettazione e l’installazione e, di conseguenza, di ridurre i costi per le imprese. In combinazione con IO-Link, la tecnologia a bus di campo si dimostra ancora più efficiente. IO-Link fornisce al bus di campo una velocità di trasmissione dati più elevata. I sistemi diventano meno soggetti a malfunzionamenti e più flessibili da utilizzare. Inoltre, i costi sono ridotti perché non è necessaria alcuna schermatura.

Le soluzioni

Tra i fieldbus maggiormente impiegati possiamo elencare: ModBus, Profibus DP, Profinet, ControlNet e DeviceNet.
Trattandosi di reti industriali che lavorano spesso in ambienti particolari, si deve ricorrere a cavi e connettori rinforzati o con diversi gradi di resistenza IP. Alti requisiti di robustezza e sicurezza sono richiesti anche agli switch, ai router e agli access point installati in campo.
Inoltre, in base alla velocità dei dati va regolata la lunghezza dei cavi nei bus di campo. Per tale ragione risulta necessario il corretto dimensionamento della rete in fase di progettazione.

La diffusione multisettoriale

In estrema sintesi, potremmo affermare che i fieldbus fanno parte di una realtà industriale sempre più diffusa. Essi sono oggi impegnati in tutte le installazioni che necessitano di un’elaborazione dei dati in tempo reale
Bisogna inoltre ricordare che i bus di campo non sono impiegati unicamente con lo scopo di automatizzare la catena produttiva, ma sono applicati in misura sempre maggiore in diversi ambiti, tra cui: la domotica, le installazioni di sicurezza, il controllo di antenne e ripetitori audiovisivi, i semafori, gli impianti di illuminazione e sorveglianza in opere quali gallerie e ponti.

Una guida alla competitività

Sebbene il passaggio al o ai bus di campo possa sembrare oneroso in una prima istanza, a medio e lungo termine l’investimento porterà numerosi profitti: non solo sarà possibile un risparmio di materiale e cablaggio, ma la messa in servizio e la diagnosi saranno semplificati e permetteranno una localizzazione rapida e dettagliata di eventuali guasti. A questo scopo, al momento di scegliere un bus di campo, le necessità dell’applicazione devono essere accompagnate da una valutazione dei servizi, degli strumenti e degli accessori di cui i vari bus dispongono. 
La transizione dalle tecniche di cablaggio tradizionale alla tecnica dei bus di campo si rivela così essere un mezzo per affrontare questo periodo di crisi, per riconquistare la credibilità e la competitività a livello nazionale ed internazionale. 

Fonti: people.na.infn.it, www-2.unipv.it, it.frwiki.wiki, balluff.com

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