Rete di comunicazione

19.40 Comunicazioni

Reti in generale. Le reti di comunicazione sono state utilizzate per trasmettere istruzioni e dati per il monitoraggio e il controllo dei processi per molti anni. Le reti di controllo dei processi hanno utilizzato varie tecnologie e topologie, così come le reti aziendali e informatiche in situazioni meno critiche. Le reti di controllo dei processi richiedono robustezza, determinazione e compatibilità.

La robustezza è una misura dell’affidabilità della rete per svolgere la sua funzione per tutta la durata dell’installazione. Il progettista di una rete deve valutare la necessità di ridondanza dei componenti di rete e del cablaggio, nonché di test degli errori e di correzione degli errori, per fornire una rete che soddisfi le esigenze del sistema che serve. Determinacy è una garanzia specifica che i messaggi entrano nella rete e raggiungono la loro destinazione entro tempi noti. Le reti non deterministiche non possono garantire la consegna dei messaggi in un tempo specifico, ma le recenti tecnologie hanno permesso ad alcune reti non deterministiche (come Ethernet) di funzionare in modo soddisfacente nel settore del controllo dei processi. La compatibilità descrive la capacità della rete di comunicare tra apparecchiature di vari produttori o fornitori senza conflitti di protocollo.

L’ovvio vantaggio di utilizzare una rete piuttosto che il cablaggio tradizionale è che tutti i dati vengono passati lungo un unico cavo riducendo così significativamente il numero di cavi da installare.

Ethernet. Le prestazioni CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detection) si sono evolute a uno standard molto elevato sin dalla sua introduzione nel 1973. Sebbene non sia deterministico, CSMA / CD consente a ogni dispositivo su una rete di verificare se un altro dispositivo sta trasmettendo prima di tentare di trasmettere e, se più dispositivi trasmettono contemporaneamente, il rilevamento delle collisioni scarta i messaggi danneggiati (pacchetti) e istruisce i dispositivi a inviare nuovamente i loro messaggi dopo tempi di attesa casuali. La rete non è deterministica perché non vi è alcuna garanzia che un messaggio raggiungerà la sua destinazione è un momento specifico. Tuttavia, le reti Ethernet industrializzate sono diventate così affidabili che sono lo standard nel settore per il collegamento di sistemi di controllo di processo a livello di sito. Le specifiche di progettazione Ethernet devono essere seguite per quanto riguarda la connettività e le lunghezze dei cavi, ad esempio utilizzando un massimo di 100 m di cavo in rame da uno switch di rete.

Le reti Ethernet possono far parte di reti locali (LAN) o reti geografiche (WAN). Sebbene non ci siano definizioni specifiche, un sistema SCADA a livello di sito per un impianto di processo sarebbe generalmente indicato come LAN e una rete regionale che collega più siti sarebbe considerata una WAN.

Mentre Ethernet sta diventando sempre più prevalente, è improbabile che sostituisca totalmente altri protocolli di rete nel settore idrico. Uno degli svantaggi di Ethernet è che non è un sistema multi-drop in modo che ogni dispositivo separato ha bisogno di un proprio cavo individuale di nuovo al dispositivo interruttore di comunicazione locale. Anche se questo non può essere un problema in una fabbrica o piccolo edificio può essere un problema importante con grandi banche di filtri o serbatoi. Anche la lunghezza massima del cavo dallo switch Ethernet è più limitata rispetto ad altre tecniche (di solito 100 m). Le velocità di comunicazione Ethernet sono in genere 10-100 Mbps (Megabit al secondo) e alcune reti attualmente operano a 1000 Mbps.

Una rete bus è una disposizione in una LAN in cui un singolo cavo di rame multi-conduttore collega più dispositivi. Il cavo è il ” bus “a cui sono collegati i “nodi”. Ogni nodo corrisponde generalmente a un elemento specifico di equipaggiamento. Le reti di autobus sono semplici, affidabili e ragionevoli. Se un dispositivo nodo si guasta, il bus continua a funzionare con i dispositivi funzionali rimanenti. Solo se il cavo del bus stesso è rotto ci sarebbero seri problemi di comunicazione nella rete. Le reti bus forniscono un semplice mezzo di espansione perché generalmente consentono di aggiungere nodi abbastanza facilmente.

I limiti delle reti bus sono principalmente le proprietà fisiche del cavo bus stesso. All’aumentare della lunghezza del cavo, le perdite influenzano l’affidabilità dei dati trasmessi. Pertanto la topologia della rete di autobus ha bisogno di una buona progettazione. Altre topologie di rete come “ring” o “star” possono a volte fornire una migliore flessibilità e possono essere più economiche.

Se è necessario un collegamento punto a punto, è possibile utilizzare un collegamento in fibra ottica per estendere la distanza raggiungibile e fornire protezione contro i fulmini, ma questo non è adatto per connessioni multiple senza dispositivi di commutazione aggiuntivi.

Profibus è una tecnologia bus che l’industria ha generalmente adottato. Profibus è un sistema di comunicazione digitale ad alta velocità che utilizza un singolo cavo (bus) per collegare i dispositivi. Molti produttori di apparecchiature elettriche, elettromeccaniche e di strumentazione ora forniscono prodotti compatibili con Profibus. È comune collegare un certo numero di elementi dell’impianto correlati da una rete Profibus mentre collega questa area dell’impianto ad altre aree dell’impianto da una rete diversa come Ethernet. Come per le reti Ethernet, è importante che la progettazione di una rete Profibus sia conforme alle specifiche Profibus.

Esistono tre tipi di Profibus: Distributed Protocol (DP), Process Automation (PA) e ProfiNET. Ci sono due parti della specifica Profibus; il linguaggio utilizzato che è comune tra i tre tipi di Profibus (chiamati comunicazioni a livello di applicazione) e il supporto fisico che è diverso in ogni caso. ProfiNET non è una tecnologia bus unica poiché funziona su Ethernet, ma consente comunicazioni Profibus su reti Ethernet.

all’Interno del regno UNITO WIMES 3.02 (2014) suggerisce una Profibus DP velocità di 1,5 Mbit/s (che limita il segmento di cavo di lunghezza di 200 m), ma la maggior parte delle opere in grado di operare con successo con velocità di rete fino a 500 Kbit/s (500 m lunghezza del cavo) o anche 187.5 Kbit/s (1000 m lunghezza del cavo). Le reti a velocità inferiore sono meglio in grado di sopportare il rumore e le interferenze, ma i dati richiede un po ‘ più tempo (probabilmente un extra di 0,5 secondi) per viaggiare attraverso la rete. Questo non è visto come un problema su un trattamento delle acque funziona dove i tempi di campionamento strumento può essere molti ordini maggiore di questo.

Mentre il cablaggio di rete è relativamente semplice (twisted pair in entrambi i casi) vale la pena investire in un set di test diagnostici che verificherà lo stato della rete in tempo reale. Sono disponibili varie versioni: Profitrace2 di Procentec e il modulo diagnostico Fieldbus di Pepperl & Fuchs sono due unità.

È importante aggiornare rapidamente le schermate SCADA dai dati contenuti nel PC locale, altrimenti gli operatori non riusciranno a utilizzare il sistema se lo schermo non si aggiorna rapidamente quando si passa da una schermata all’altra. Tuttavia, il fatto che i dati di campo impieghino 1-2 secondi per spostarsi dallo strumento di campo al PC non è un problema (una velocità di rete Profibus DP di soli 93,75 Kbit/s lo raggiungerà facilmente). Questo “ritardo” non influirà sulla maggior parte dei processi di trattamento delle acque e può ridurre i costi di installazione e rendere la rete più resistente al rumore e alle interferenze.

Le reti di comunicazione dati wireless sono diventate molto popolari per l’uso aziendale e domestico e per alcune applicazioni di monitoraggio dei processi, ma rimangono molte preoccupazioni per la sicurezza e la sicurezza con il suo uso per il controllo dell’impianto. Per questi motivi, le reti wireless dovrebbero essere utilizzate per il controllo dell’impianto solo dopo un’attenta considerazione e dove i sistemi collegati direttamente non sono pratici o impossibili da installare.

Le tecnologie wireless come la radio a bassa potenza e le microonde sono state utilizzate per il controllo di alcune apparecchiature, ma devono essere sempre utilizzate con cautela in quanto devono essere sempre considerati i rischi associati alla protezione delle piante e alla sicurezza del personale. In genere, queste tecnologie vengono utilizzate su aree relativamente piccole e principalmente per la trasmissione di segnali di monitoraggio dello stato.

Configurazione remota. Le ultime implementazioni di Profibus ed Ethernet consentono all’ingegnere di configurare tutti i dispositivi sulla rete da una posizione centrale. I due pacchetti principali utilizzano FDT/DTM (Field Device Type / Device Type Manager) o EDDL (Extended Device Description Language) per comunicare con gli strumenti.