• Le interfaccia hardware sono per esempio quelle fra i sistemi fisici in elettrotecnica ed in elettronica. Esse sono largamente utilizzate nella tecnica dei calcolatori. Esempi di interfaccia hardware utilizzate nei calcolatori sono il PCI-Bus, l'USB od il Firewire.
  • Con le interfaccia software si scambiano comandi e dati fra i diversi processi e componenti. Fra di esse si distinguono le interfaccia per l'accesso alle routine del sistema, per la comunicazione con gli altri processi e per connettere i singoli componenti di un programma o per la programmazione trasversale.
  • Le interfaccia di rete consentono ad un calcolatore o ad un componente di rete l'accesso ad una rete di calcolatori. La tipica interfaccia di rete di un PC è una delle varianti dello standard Ethernet.
  • Si definiscono interfaccia utente quelle fra l'uomo e lo strumento (o fra l'uomo e la macchina), mediante le quali una persona interagisce con uno strumento. Esse possono essere degli interruttori od altri organi di comando, gli indicatori degli strumenti, ma anche l'interfaccia grafica utente (GUI) di un moderno calcolatore. Nella strumentazione moderna queste interfaccia stanno assumendo un'importanza sempre maggiore.


I controlli moderni, come p.es. i Cockpits, servono da interfaccia Uomo-Macchina. Qui: prova di un Cockpit con un amplificatore di misura HBM.

Per normalizzare il tipo di interfaccia di appartenenza, sono state descritte un insieme di regole. Oltre alla descrizione di quali funzioni sono disponibili e di come esse sono utilizzate, c'è anche la semantica, che descrive le singole funzioni. Le interfaccia normalizzate offrono il vantaggio che i componenti od i moduli che supportano la stessa interfaccia, possono essere scambiati, cioè che esse siano compatibili fra di loro.

Bus di campo nell'ambiente di automazione

Per il controllo o regolazione di una macchina od impianto, sono necessari almeno un controllore e solitamente molteplici sensori di misura ed attuatori. La connessione dei sensori di misura e degli attuatori può avvenire in modo seriale o parallelo.

Con la crescente complessità delle macchine od impianti, cresce anche l'impegno del cablaggio parallelo, dato il gran numero di sensori ed attuatori. Ciò comporta un grande impegno nella progettazione, installazione, messa in funzione e manutenzione. Pertanto, il cablaggio parallelo in campo diventa un forte fattore di costo e di tempo nella tecnica di automazione.

In confronto, l'interconnessione seriale dei componenti in campo mediante sistemi a bus di campo, è molto più economicamente redditizia. Il bus di campo connette con un cavo bus tutti i livelli, da quello di campo al livello di gestione. Indipendentemente dal tipo di strumento di automazione, il media di trasferimento interconnette i bus di campo di tutti i componenti. Essi possono essere suddivisi a piacere in campi, e connessi in modo decentralizzato in loco. Per i moderni concetti di automazione, si dispone così di un'efficiente rete di comunicazione.

Selezione dei Bus di Campo

Per la scelta del sistema di bus di campo da impiegare giocano un certo ruolo parecchi fattori diversi. Dato che ogni sistema soddisfa particolarmente bene determinati requisiti, i diversi bus di campo hanno elevate quote di mercato nei singoli settori, restando appena o per nulla presenti in altri settori industriali.

Per cui, ad esempio, in molti impianti di processo si utilizzano solo sistemi di bus che permettano la sostituzione dei componenti o partecipanti durante il funzionamento (Hot Swapping). Se nella macchina esistono molti azionamenti od assi, il criterio di scelta può essere la sincronizzazione dei singoli partecipanti. Qui diventano poi importanti la velocità di trasferimento oppure il comportamento deterministico dello scambio dei dati. Nella produzione di macchine di serie si pone grande importanza sulle proprietà di installazione, per poter produrre le macchine in modo rapido ed efficiente.

Se invece di un sistema a bus di campo si vuole usare Ethernet nella tecnica di automazione, diventa di particolare importanza la capacità di operare in tempo reale. Fondamentalmente il termine 'in tempo reale' è una questione di definizione. Per cui nella sincronizzazione degli azionamenti, il tempo reale può essere di microsecondi mentre nelle applicazioni di processo sono sufficienti tempi di reazione nel campo dei secondi. Il comportamento in tempo reale non è determinato dall'effettiva cadenza di trasferimento, bensì da altri fattori quali il transito dei dati netti ed il protocollo impiegato.

Il seguente diagramma mostra la diffusione delle interfaccia nel mondo (numero dei nodi nuovi installati nel 2006): 

Confrontando i diversi sistemi a bus di campo con Ethernet in riferimento alla efficienza del trasferimento dei dati, si nota che Ethernet ha bassa efficienza. Ciò risulta dal metodo CSMA/CD utilizzato, il quale deve operare con l'assoluta sicurezza di riconoscimento delle collisioni (Collision Detected) con una grande lunghezza minima del messaggio. Tuttavia questa mancanza viene compensata dall'elevata velocità di trasferimento di fino a 100 Mbit/s. Tale elevata velocità si può ottenere solo con una connessione punto a punto fra gli strumenti che, nel caso di Ethernet, è disponibile solo col sistema Interbus. Nei sistemi con velocità di trasferimento variabile come Profibus o CAN, varia la massima distanza fra i partecipanti all'aumentare della cadenza. Più è alta la velocità di trasferimento tanto è più bassa la lunghezza della linea. Nel caso peggiore ciò può comportare che il percorso di comunicazione si riduca a solo pochi metri il che, in sistemi chiusi od in parti di impianti, può anche non essere uno svantaggio. Tuttavia, dovendo interconnettere parti di un impianto o moduli di una macchina, è necessario considerare la possibile estensione della linea.

Caduta del sistema

A causa delle differenti possibilità tecniche dei singoli sistemi di bus, negli impianti si può arrivare alla caduta del sistema, vale a dire che l'utente utilizzerà diverse varianti di un sistema di bus oppure diversi sistemi di bus uno vicino all'altro. Qui l'utente dovrebbe essere guidato non solo dai vantaggi tecnici, ma effettuare anche una dettagliata analisi dei costi /benefici, dato che l'investimento nella gestione, addestramento e manutenzione dei singoli sistemi rappresenta un importante fattore di costo. La facilità di integrazione e la interoperabilità dei componenti impiegati ha la stessa importanza della loro connessione alle soprastanti e sottostanti strutture di rete. Ad esempio, ciò può avvenire mediante Gateway (convertitori di protocollo), che consentono il passaggio fra i diversi sistemi di bus utilizzati.

Ethernet ha oggi assunto un ruolo importante per le strutture soprastanti, dato che i componenti già usati nell'ambito degli uffici, quali gli Hub, Switch e Router, possono essere impiegati anche per il trasferimento e la gestione dei dati di produzione. Connettendo le macchine e gli impianti ad Internet, con l'ausilio della manutenzione remota l'utente ottiene un elevato potenziale di risparmio. Tuttavia, una significativa integrazione verticale necessita la coerente rappresentazione dei dati di processo e degli stati dell'impianto. Un ulteriore requisito è la configurazione e parametrizzazione del bus di campo su Internet.


Efficiente gestione dell'impianto mediante interfaccia software normalizzate.
Qui, la Interfaccia dei Dati di Processo IPM.

Sicurezza di trasmissione

Mentre l'accesso universale alle macchin ed impianti non è ancora un criterio di scelta primario, risulta di notevole importanza il comportamento diagnostico del sistema bus impiegato. Essendo l'elettronica usata nei sistemi di automazione sufficientemente matura e potente, secondo uno studio della ZVEI, l'85 % di tutti i guasti degli impianti sono riconducibili a difetti d'installazione. Si tratta pertanto spesso di errori "striscianti", che appaiono solo dopo mesi od anni di esercizio. Un notevole potenziale di risparmio risiede anche nella disponibilità dell'impianto e la conseguente minimizzazione dei tempi di fermo macchina. Pertanto è necessaria una univoca diagnosi del bus, che consenta la rapida identificazione degli errori e, conseguentemente, non riduca solo i tempi di fermo ma anche i costi del personale per le riparazioni.

Dato il costante aumento dell'impiego di strumenti intelligenti nel gravoso ambiente industriale, la sicurezza di trasferimento è un altro fattore da prendere in considerazione nella scelta del sistema di bus più adeguato. Si deve garantire che anche i singoli errori (p.es. le influenze EMC) vengano riconosciuti univocamente. La rapida identificazione degli errori è un bene, ma evitare le cadute è ancora meglio. Per la prevenzione degli errori viene quindi usata la tecnologia a fibra ottica, con cui i singoli sistemi di bus mettono a disposizione diverse opzioni tecniche.

Ethernet Industriale e richieste in tempo reale

Ethernet Industriale è un termine generico che indica la possibilità di usare la Ethernet standard per la messa in rete gli strumenti anche per l'impiego nella produzione industriale. Nell'ambito della Ethernet Industriale vengono impiegati Switch, Hub e convertitori di media adattati alle condizioni ambientali industriali. In particolare sono compresi alcuni accorgimenti quali il montaggio su binari-guida, l'alimentazione in continua (24 V=), un campo di temperatura esteso, un grado di protezione più elevato, la resistenza alle vibrazioni e, sovente, anche speciali precauzioni per la sicurezza contro i guasti o cadute.

Dato che in ambito industriale la connessione fra macchina e macchina è spesso effettuata in serie, le reti Ethernet Industriali sono solitamente del tipo ad anello. Ne consegue che un incidente viene limitato a massimo uno Switch per cui, se cade una linea, il resto della rete continua a funzionare normalmente. La suddivisione della rete in anelli viene effettuata sia mediante Rapid Spanning Tree che con un protocollo non normalizzato, il quale consenta tempi di reazione molto rapidi. I contatti di messaggio a potenziale libero permettono la rapida identificazione degli errori.


Comunicazione senza fili: Il Controllore di Processo HBM della serie MP85A trasmette e relaziona i dati di produzione tramite WLAN.

Conclusioni

La comunicazione nelle applicazioni industriali ha assunto un notevole significato a tutti i livelli. Nonostante gli sforzi, non si è ancora giunti alla definizione di uno Standard unitario che consenta di operare con gli strumenti di diversi sistemi. Per merito della più alta larghezza di banda, nonostante i costi più elevati, i singoli sistemi di bus vengono sostituiti dalla Ethernet Industriale nelle singole applicazioni.

Già durante lo sviluppo la HBM da molto valore all'offerta degli standard di mercato più comuni. Questi sforzi vanno dalle interfaccia hardware degli strumenti di misura, proseguono con l'architettura software aperta ed il supporto di tecnologie come la FDT, fino alla connessione nei più comuni sistemi a bus di campo degli strumenti  da impiegare nel monitoraggio dei processi. La HBM si basa principalmente su Firewire, Profinet ed EtherCat. I maggiori costi vengono largamente compensati da vantaggi quali la velocità del processo, la più elevata quantità di dati, l'universalità della messa in rete e la manutenzione remota.

Contatti Prego, contattateci se desiderate conoscere cosa può offrirvi la HBM.