Reti Ethernet: evoluzione e prospettive future

Ethernet si è imposta come un’opzione interessante rispetto a protocolli concorrenti. L’evoluzione, tuttavia, prosegue con il Time Sensitive Networking, che soddisfa le esigenze dell’Industrial Internet of Things.

 Per le reti industriali di oggi, Ethernet si è imposta come un’opzione più interessante rispetto ai protocolli concorrenti poiché le prestazioni possono eguagliare e superare le tecnologie Fieldbus che, emerse negli ultimi decenni del ventesimo secolo, hanno costituito un passo avanti rispetto al cablaggio da punto a punto imponendosi nel mondo industriale. Molti protocolli relativi ai bus di campo, nel tempo, si sono affermati e quindi sono stati sorpassati, ma tutti hanno contribuito a collegare sensori, dispositivi di input/output (I/O) e altri dispositivi di campo ai sistemi di automazione.

La configurazione di una rete Ethernet è, in genere, meno costosa e più semplice rispetto ad altri protocolli. Inizialmente esistevano gli standard seriali open-communication di base come RS232 e RS422/485, che costituivano le fondamenta per standard meglio definiti come Modbus, che usavano standard di comunicazione seriale. Ethernet non era ancora maturo e i protocolli fieldbus offrivano prestazioni e affidabilità sufficienti in molte applicazioni. La tecnologia fieldbus, però, era spesso costosa e difficile da configurare e diversi protocolli erano incompatibili sia a livello hardware sia software.

Diverse implementazioni di bus di campo all’inizio sono state progettate per collegare I/O remoto a controllori logici programmabili (PLC). Molti di questi standard di comunicazione erano basati sullo standard RS422/485, ma la maggior parte, inizialmente, erano proprietari prima di essere trasferiti su basi indipendenti e resi disponibili.

Oggi esistono diverse opzioni fieldbus per il collegamento di PLC a I/O remoti e altri dispositivi semplici come avviatori del motore, collettori di sensori e collettori di valvole pneumatiche.

Secondo IMS Research, la crescita dell’Industrial Ethernet supera la crescita dei bus di campo per l’accesso ai dispositivi e diventerà le tecnologia dominante nei prossimi 15 anni; esistono, tuttavia, reti fieldbus con una base installata molto ampia, perché erano l’unica opzione disponibile prima che la tecnologia Ethernet maturasse. Un protocollo Ethernet industriale può essere considerato, invece dei sistemi fieldbus, in molte nuove applicazioni di automazione delle macchine che richiedono un elevato grado di scambio di informazioni, come il collegamento di un sistema di visione a un PLC. Man mano che i costi dell’hardware si riducono, sta diventando più conveniente anche per applicazioni semplici come I/O remoto e connessioni di dispositivi fieldbus.

I protocolli Ethernet più diffusi

I protocolli Ethernet industriali più diffusi includono:

  • EtherNet /IP, gestito da ODVA, è nato dai protocolli DeviceNet e ControlNet sviluppati da Rockwell Automation. EtherNet /IP è stato ampliato per permettere molti differenti usi nelle applicazioni industriali.
  • Modbus TCP è stato uno dei primi protocolli Ethernet industriali a emergere. Lo standard Modbus TCP è mantenuto e aggiornato dall’organizzazione Modbus. È usato frequentemente a causa del suo design semplice ma efficace.
  • Profinet è la progressione Ethernet di Profibus DP e PA. È gestito dall’organizzazione Profibus ed è il protocollo Ethernet di scelta per i dispositivi Siemens. Ha più architetture hardware disponibili, incluso il wireless, che lo rende adatto a una varietà di applicazioni.
  • EtherCAT è uno standard Ethernet progettato da Beckhoff Automation e basato su IEC 61158. Utilizza un meccanismo di clock distribuito ed è progettato per applicazioni di movimento ad alta velocità e sincronizzate.
  • Sercos era uno dei primi standard Ethernet destinati al controllo del movimento. Le prime versioni utilizzavano le fibre ottiche come mezzo di comunicazione. Le ultime versioni, tuttavia, l’hanno adottato per funzionare su Ethernet standard.
  • Powerlink è un protocollo Ethernet sviluppato da B & R Automation e, come EtherCAT, esegue anche un jitter molto basso utilizzando metodi di sincronizzazione temporale di basso livello.

EtherNet / IP e Modbus TCP sono i protocolli Ethernet più diffusi nel settore con molti PLC e altri controller che supportano uno o entrambi i protocolli. Entrambi possono essere eseguiti su hardware Ethernet standard e la scelta di quale utilizzare dipende dall’hardware adoperato e dal tipo di applicazione.

La maggior parte dei fornitori preferisce uno specifico protocollo Ethernet, ma spesso non si limita a uno solo. Se un’applicazione richiede un mix di fornitori ed entrambi i protocolli sono disponibili nei controller e nei dispositivi di campo, i requisiti di timing e velocità sono spesso i fattori decisivi. EtherNet/IP utilizza un meccanismo di pianificazione denominato intervallo di pacchetto richiesto (RPI) che può renderlo più desiderabile per le applicazioni ad alta velocità. Se ci sono molti fornitori diversi coinvolti e il basso costo è un fattore primario, Modbus TCP può essere una scelta migliore in quanto è stato implementato in molti dispositivi a causa del suo ingombro di memoria relativamente ridotto e semplicità di utilizzo.

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