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Fieldbus Stampa
I fieldbus sono sistemi di comunicazione industriale che, utilizzando un ampio spettro di canali fisici per realizzare la trasmissione dei segnali come cavi, fibre ottiche e onde radio, connettono i dispositivi di campo al sistema di controllo centrale.

La tecnologia fieldbus è stata sviluppata negli anni '80 con lo scopo di sostituire i cablaggi tradizionali e la trasmissione analogica dei segnali (interfacce 4-20 mA o +/- 10V) con tecnologie digitali. Le differenti esigenze industriali e le diverse soluzione proprietarie implementate dai principali produttori hanno prodotto molti tipi diversi di sistemi a bus. Le tecnologie chiave sono incluse nei recentemente adottati standard IEC 61158 e IEC 61784.
I fieldbus creano i prerequisiti di base, rispetto ai sistemi tradizionali, per la progettazione dei sistemi distribuiti.

Le tecnologie di trasmissione
Verranno di seguito descritte alcune delle principali tecnologie di trasmissione utilizzate a livello di campo:
  • RS485 - tecnologia di trasmissione semplice ed economica. Principalmente utilizzata per impieghi che richiedono elevate velocità di trasmissione. Vengono usati cavi composti da due conduttori intrecciati e a volte schermati. L'installazione del cavo non richiede conoscenze particolari. La struttura del bus permette l'aggiunta e la rimozione delle stazioni o l'installazione passo-passo nel sistema senza influenzare le altre stazioni. Le velocità di trasmissioni possono variare tra 9600 bit/s e 12 Mbit/s. La velocità di trasmissione viene selezionata all'atto dell'inizializzazione del sistema ed è la stessa per tutti i dispositivi. E' possibile connettere alcune decine di stazioni per ogni segmento (ad esempio fino a 32 stazioni per segmento nel sistema Profibus). Per connettere un numero maggiore di stazioni si possono inserire dei ripetitori. La lunghezza massima della linea dipende dalla velocità di trasmissione. In questa figura viene riportato un esempio di interfacciamento elettrico RS485.
  • RS485-IS - tecnologia che risponde alla crescente richiesta da parte del mercato di utilizzare l'elevata velocità di trasmissione dell'RS485 in aree intrinsecamente sicure. In questo caso è possibile passare in modo semplice a soluzioni RS485 intrinsecamente sicure mediante la semplice interscambiabilità del dispositivo. Le specifiche di interfaccia chiariscono i livelli di corrente e tensione che devono essere mantenuti da tutte le stazioni per assicurare un funzionamento sicuro durante l'interconnessione. Un circuito elettrico limita il livello massimo di corrente erogabile ad uno specifico livello di tensione. Quando vengono connesse sorgenti attive, la somma delle correnti di tutte le stazioni non deve eccedere il massimo valore di corrente consentito. A differenza del modello FISCO (descritto oltre), tutte le stazioni sono sorgenti attive. Il numero di stazioni che è possibile connettere nel circuito intrinsecamente sicuro dipende dal tipo di standard usato (ad esempio nel sistema Profibus il limite è di 32 stazioni).
  • MBP - ("Manchester Coding" and "Bus Powered") è una tecnologia di trasmissione intrinsecamente sicura, conforme a quanto previsto nello standard IEC 61158-2 (strato fisico). Come caratteristiche ha quelle di essere una trasmissione sincrona con una velocità di trasmissione definita in 31,25 kbit/s, codifica Manchester, utilizza due conduttori e distribuisce l'alimentazione direttamente dal bus. Viene frequentemente usata nella automazione di processo, dato che soddisfa la richiesta principale delle industrie chimiche e petrolchimiche riguardo alle tecnologie di comunicazione a due conduttori intrinsecamente sicure. La tecnologia di trasmissione MBP viene di solito impiegata in modo limitato, installandola solamente nei tratti dove viene richiesto l'impiego di dispositivi sicuri in quanto le aree sono a pericolo di esplosione. I segmenti MBP vengono uniti al resto della rete RS485 tramite dispositivi di collegamento. Questi dispositivi possono essere dei convertitori di segnale: modulano il segnale RS485 per trasformarlo nel segnale MBP e viceversa, in modo trasparente rispetto al protocollo. In alternativa possono essere dispositivi di collegamento intelligenti, potendo mappare i dispositivi del segmento MBP e presentarli alla rete RS485 come un singolo dispositivo.
  • Fibre Ottiche - tecnologia di trasmissione usata per applicazioni a fieldbus che presentino delle restrizioni nell'utilizzo di tecnologie basate sui cavi, come ambienti con alte interferenze di tipo elettromagnetico o necessità di copertura di lunghe distanze. Nelle scelte progettuali è importante considerare con grande cura l'integrazione nella rete a fibre ottiche dei dispositivi esistenti, evitando protocolli diversi da quelli utilizzati nel restante sistema.
  • FISCO - (Fieldbus Intrinsically Safe COncept) modello che semplifica considerevolmente la pianificazione, l'installazione e l'espansione delle reti, in aree potenzialmente esplosive. Il modello è basato sulla considerazione che una rete è intrinsecamente sicura, senza la necessità di ulteriori calcoli riguardo alla sicurezza, quando vengono rispettati alcuni prerequisiti riguardanti i componenti utilizzati (dispositivi di campo, cavi, dispositivi di collegamento tra segmenti della rete, terminatori). In particolare i componenti devono mantenere all'interno di prefissati valori alcuni parametri (tra cui tensione, corrente, induttanza, capacità). L'utilizzo di componenti certificati consente non solo il collegamento di più dispositivi sulla stessa linea, ma anche la sostituzione di un dispositivo durante il funzionamento, l'utilizzo di dispositivi di produttori diversi, espansioni della linea, il tutto senza necessità di calcoli o certificazioni del sistema.

Tecniche di comunicazione

A differenza dei sistemi paralleli, le comunicazioni tra dispositivi di un sistema a bus avvengono attraverso un unico canale. Questo comporta la condivisione della linea da parte di tutti i dispositivi, i quali possono trasmettere solamente uno alla volta. Per gestire efficacemente questa problematica esistono diverse tecniche. Le due descritte di seguito, oltre a essere molto impiegate nei sistemi fieldbus, si differenziano per quanto riguarda uno degli aspetti più importanti: quello gerarchico. Nella prima tecnica (Master-Slave), a un solo dispositivo, il master, viene data la possibilità di iniziare una comunicazione e di decidere con che dispositivo comunicare. Nella seconda (Peer to Peer), tutti i dispositivi sono sullo stesso livello e l'unica regola per iniziare una comunicaione è quella di attendere che il bus sia libero.
  • Master-Slave - in questa tecnica solamente un dispositivo (il master) può iniziare la comunicazione. La sequenza di comunicazione inizia con la trasmissione, da parte del master, di un comando o di una richiesta sul bus. Il comando contiene l'identificativo del dispositivo al quale è stata inviata la comunicazione e perciò, nonostante la trasmissione venga ricevuta da tutti i dispositivi connessi alla rete, solamente quello interessato risponderà (vedi figura). La risposta consiste nell'eseguire l'appropriata azione, fornendo i dati richiesti dal master o informando il master che la richiesta non può venire soddisfatta. Gli slaves trasmettono sulla rete solo quando richiesto dal master. La tecnica non prevede che gli slaves trasmettano messaggi non sollecitati dal master.
  • Peer to Peer - in questa tecnica i dispositivi comunicano direttamente fra loro senza dover passare attraverso un computer centrale. Ogni nodo può tentare di trasmettere un messaggio quando non ci sono altre trasmissioni sul bus. Questo rende possibile la realizzazione di strategie di controllo molto potenti e avanzate, coinvolgendo le variabili di controllo attraverso l'intero impianto senza la necessità di dipendere esclusivamente dai computers centrali e riducendo così i rischi.

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