Per non cadere nella rete, le indicazioni di Genoa Fieldbus Competence Centre

Le applicazioni di automazione industriale sono basate, necessariamente, sullo scambio di informazioni tra i componenti e gli apparecchi utilizzati e per realizzare una simile comunicazione è necessario disporre di reti in grado di supportare adeguatamente una simile comunicazione.

Solitamente, per 'rete industriale' si intende l'infrastruttura di comunicazione che permette lo scambio di informazioni e dati tra i diversi livelli nei quali è suddiviso il sistema aziendale, in particolare, il collegamento tra il campo (sensori e attuatori) e il controllo (plc o controllori) e tra questo e la control room, dove risiedono l'Hmi, lo Scada e così via.

Si parla il più delle volte di reti fieldbus, includendo in questo termine sia i protocolli di tipo seriale (Profibus, Fieldbus Foundation...) sia quelli Ethernet-based (Profinet, Powerlink...).

La progettazione e l'installazione di una rete industriale si basano su norme precise, dettate da standard mondiali Iec. Il rispetto di tali prescrizioni viene certificato da enti terzi e autonomi, chiamati a verificare, tra l'altro, che personale e società incaricate possiedano tutti i requisiti prescritti dalla legge. La certificazione, o audit, di una rete industriale diventa quindi necessaria per garantire che tutto sia stato fatto nel rispetto delle norme e delle specifiche prescritte.

In particolare, nel caso di reti basate sul protocollo Profibus e Profinet, l'azienda installatrice deve essere certificata Picc - Pi Competence Center (dove Pi sta per Profibus/Profinet International), mentre il personale deve possedere la qualifica di Profibus/Profinet Certified Engineer, rilasciata da un Pitc (Pi Training Center, società certificate a erogare i relativi corsi).

Il processo di certificazione prevede, in primo luogo, una verifica dello stato della rete installata, seguita da un'analisi delle soluzioni adottate per ottenere o ripristinare il corretto funzionamento della rete stessa. Il tutto è completato da un rapporto scritto finale, in cui sono indicati gli interventi necessari, con una particolare attenzione a evidenziare eventuali anomalie riscontrate. Questa attività, però, non deve essere effettuata esclusivamente alla consegna dei lavoro, ma va ripetuta in diversi momenti della vita dell'impianto. L'analisi precedente la consegna, nota con il termine di 'commissioning', offre infatti una certificazione autonoma e, quindi, indipendente rispetto ai singoli fornitori, mentre un'analoga verifica può essere effettuata anche prima dello start-up o nel corso della vita dell'impianto stesso, individuando così le cause di eventuali anomalie o problemi riscontrati in un processo automatizzato.

L'audit interessa diverse figure professionali coinvolte nell'installazione e nell'esercizio delle reti di comunicazione. In particolare, per l'installatore della rete o il system integrator, la certificazione affidata a un ente terzo attesta la rispondenza a tutti i requisiti e vincoli imposti dalla normativa e dalle best practice relative alla tecnologia utilizzata. Il cliente finale, proprietario del sistema di automazione, ha così la certezza del corretto funzionamento della propria rete.

L'audit comporta necessariamente una spesa che, anche se percentualmente limitata, viene spesso affrontata con una certa riluttanza, ma allo stesso tempo consente di ridurre sensibilmente il tempo necessario per la messa in servizio. Rete e cablaggi dell'impianto, infatti, sono verificati in anticipo, minimizzando eventuali interventi post-avviamento. Situazioni, queste ultime, che potrebbero comportare guasti occulti o sporadici, con conseguenti perdite di produttività, ma anche condizioni di pericolo per l'incolumità delle persone e l'integrità delle apparecchiature stesse.

Quando qualcosa non va

Capita spesso che un impianto, dopo aver funzionato correttamente per un certo lasso di tempo, inizi a presentare problemi imputabili proprio alla comunicazione. In questo caso l'analisi viene definita troubleshooting (letteralmente 'eliminazione del problema') e si basa su un procedimento di ricerca logica e sistematica delle cause, per riportare un impianto in condizioni di completa operatività. Questa analisi si rivela particolarmente necessaria nello sviluppo e nella manutenzione dei sistemi più articolati, nei quali risulta molto complesso identificare e correggere le cause di eventuali problemi.
Per questa ragione un'attività di troubleshooting si basa, in una prima fase, sull'identificazione del malfunzionamento e, quindi, sulla ricerca delle cause attraverso un processo di eliminazione progressiva delle possibili ragioni conosciute.

L'analisi e la successiva certificazione iniziano quindi da uno studio del progetto del cablaggio, per verificare il rispetto dei principi fondamentali della trasmissione dati. Il certificatore può così conoscere meglio la topografia della rete prima di analizzare l'integrità del livello fisico, per certificare il corretto posizionamento e il collegamento di tutti i componenti attivi e passivi, comprese le schermature e la messa a terra. In particolare, vengono analizzate le lunghezze massime dei segmenti in funzione della velocità di trasmissione. In caso di carenze viene prescritta la necessità di installare componenti di rete aggiuntivi, ad esempio dei repeater che permettono di avere segmenti più lunghi a parità di velocità di trasmissione o di collegare più strumenti.

La corretta installazione prevede anche il conteggio del numero di device collegati e, se richiesti, anche dei particolari requisiti per le zone classificate Atex. Oltre a questo è fondamentale verificare il passaggio delle vie dei cavi, in quanto i cavi di segnale fieldbus devono essere separati da quelli di alimentazione per evitare problemi di interferenza.

Solo quando la struttura risulta perfettamente integra e conforme alle norme internazionali inizia l'analisi dei segnali elettrici in termini di alimentazione, livelli e interferenze. I segnali elettrici devono infatti raggiungere specifici livelli per poter soddisfare i requisiti di qualità e avere prestazioni adeguate sulla rete. Anche per le alimentazioni vale lo stesso discorso. Pertanto, si verificano tutti i parametri di qualità di tipo elettrico che devono essere rispettati per essere conformi alle normative vigenti.

La successiva verifica dell'elettronica, fondamentale per certificare la conformità al protocollo di comunicazione, rappresenta l'attività finale e prevede un controllo accurato del tipo di traffico e dell'accesso a ciascun device tramite la rete. In questo caso viene attestata l'integrità dei pacchetti trasmessi, la funzionalità di corretta configurazione dei dispositivi e il loro data exchange con una verifica anche dei tempi di ciclo.
L'audit comporta dunque operazioni particolarmente articolate ma necessarie per disporre di infrastrutture di comunicazione in grado di supportare processi automatizzati sempre più complessi e integrati.

Non esistono norme Iec che specificano i criteri di progettazione di una rete destinata all'automazione industriale. Sono però state definite famiglie di norme che definiscono i protocolli implementati e i profili degli stessi, oltre alle regole per una corretta installazione. Oltre alle norme Iec, esistono una serie di manuali d'uso e installazione forniti e pubblicati dai consorzi delle diverse tecnologie.

Le principali norme Iec sono:
- Iec 61158 'Digital data communication for measurement and control - Fieldbus for use in industrial control systems';

- Iec 61158-2 per la definizione del layer fisico;

- Iec 61158-3 e Iec 61158-4: per la definizione del data link layer;

- Iec 61158-5 e Iec 61158-6: per la definizione dell'application layer;
- Iec 61784 'Profile sets for continuous and discrete manufacturing relative to fieldbus use in industrial control systems';

- Iec 60079-27 per la definizione del modello fisico;

- Iec 60947-5-2 per la definizione dei connettori;
- Iec 61918 'Industrial communication networks Installation of communication networks in industrial premises'

Le reti di automazione sono sempre più spesso collegate all'infrastruttura di telecomunicazione, poiché questo consente di gestire e monitorare gli impianti da remoto. Contrariamente a quanto avveniva in passato, però, l'allacciamento alla rete pubblica non può essere effettuato da chiunque. Come ha ribadito il Decreto Legislativo 198/10, tutte le attività «di installazione, di allacciamento, di collaudo e di manutenzione» devono essere affidate ad aziende in possesso di una specifica autorizzazione ministeriale. In attesa del Decreto Attuativo, i requisiti per ottenere tale autorizzazione sono descritti dal Decreto Ministeriale 314/92. La violazione di questa norma comporta sanzioni comprese tra 15 e 150mila euro.  (www.camera.it/parlam/leggi/deleghe/10198dl.htm).