Bus di campo: perché sono importanti nei controlli industriali

I bus di campo costituiscono il fondamento dell’automazione industriale perché permettono la gestione di impianti e dispositivi, garantendo uno scambio di dati solido e affidabile.

Si tratta di sistemi di networking omologhi a Ethernet nel campo dei collegamenti fra computer, ma con alcune importanti differenze.

Per capirne l’importanza, ripercorriamo i passaggi fondamentali.

Da quando l’automazione industriale ha iniziato a diffondersi, c’è sempre stata la necessità di trasferire i dati da e verso i macchinari.

• dai macchinari si ottengono dati attraverso i sensori, con lo scopo di monitoraggio automatico o manuale;
• verso i macchinari è necessario trasferire le istruzioni ai diversi tipi di attuatori (interruttori, valvole, motori elettrici e così via).

Inizialmente queste comunicazioni avvenivano attraverso collegamenti 1:1, in cui ogni segnale doveva essere fisicamente portato quantomeno al sistema a bordo macchina. Una soluzione complessa e poco efficiente, anche per l’ingombro necessario in termini di cablaggio.

Grazie all’uso dei bus di campo al cablaggio 1:1 è stato sostituito un sistema di connessione di rete. Analogamente a quanto avviene nelle reti digitali, diversi segnali possono circolare contemporaneamente sullo stesso cablaggio dorsale.

Questo significa che sensori e attuatori devono essere semplicemente collegati a un punto rete per essere connessi all’intera infrastruttura. Qui, attraverso logiche di networking e dispositivi di controllo, ciascun segnale raggiunge il macchinario o i controlli designati.

In pratica, immaginando una infrastruttura industriale tipica, il collegamento fra sensori e attuatori e i PLC (o i controllori logici scelti) avviene attraverso bus di campo, mentre il collegamento fra i PLC e gli strati più alti, per esempio HMI e SCADA, avviene attraverso rete di tipo più tradizionale, tipicamente Ethernet.

Verrebbe spontaneo chiedersi perché non usare direttamente un protocollo come Ethernet per tutta l’infrastruttura. Esistono diverse ragioni per cui questa procedura è sconsigliata:

1. la diffusione del bus di campo è antecedente a quella delle reti di computer e, vista l’importanza della retrocompatibilità in ambito industriale, protocolli come Profibus, PROFINET e EtherCAT sono ancora ampiamente diffusi;

2. i protocolli e l’architettura delle reti tipicamente usate per i computer sono complessi e la loro implementazione all’interno di dispositivi elettronici basilari come i sensori ne aumenterebbe il costo in modo considerevole;

3. i bus di campo sono più resilienti ai disturbi esterni, anche di natura elettromagnetica, e questo contribuisce a migliorare le prestazioni delle connessioni.

Con l’avvento di Industria 4.0, le soluzioni per l’interconnessione di impianti industriali e di produzione si sono moltiplicate.

Oggi anche i compiti tipicamente assegnati a dispositivi di controllo come i PLC vengano spesso svolti da controller di tipo più avanzato o da computer industriali. Questo permette di rendere il processo di ingestione e organizzazione dei dati più efficiente e di accedere a funzionalità di tipi più avanzato.

Per far fronte a questa necessità, SisAv offre una serie di soluzioni. Vediamone alcune:

• Panel PC industriali della famiglia OPC9000 di ADS-Tec: possono essere integrati con moduli Hilscher per il collegamento ai principali bus di campo come DeviceNet, CANopen, PROFIBUS e EtherCAT.
• Moduli modbus: per la connessione alle reti del tipo Modbus, permettono l’integrazione in qualsiasi rete esistente.
• PC embedded IPC9000:PC fanless ultracompatto in grado di integrare bus di campo direttamente a bordo.

Come abbiamo visto, l’uso dei bus di campo presenta numerosi vantaggi in termini di efficienza e affidabilità.

Grazie ai prodotti SisAv le connessioni di questo tipo possono essere integrate facilmente anche nelle infrastrutture più moderne, permettendo operazioni di revamping industriale e conservando il controllo dei costi.