{"id":4781,"date":"2021-01-28T16:45:43","date_gmt":"2021-01-28T16:45:43","guid":{"rendered":"https:\/\/www.publiteconline.it\/assemblaggio\/?p=4781"},"modified":"2021-01-29T10:13:48","modified_gmt":"2021-01-29T10:13:48","slug":"il-giusto-protocollo-ethernet","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.publiteconline.it\/assemblaggio\/il-giusto-protocollo-ethernet\/","title":{"rendered":"Come scegliere il giusto protocollo Ethernet"},"content":{"rendered":"\n

Ethernet domina le comunicazioni nell\u2019automazione industriale, ma gli utenti devono comunque scegliere i migliori protocolli industriali da utilizzare ai vari livelli dell\u2019architettura, che richiedono che qualsiasi comunicazione sia sicura, contestualizzata e orientata agli oggetti. Per questo motivo, Emerson<\/a> consiglia il protocollo OPC UA, il quale vede integrate tutte le caratteristiche ricercate dai progettisti.<\/h2>\n\n\n\n

Le applicazioni di automazione industriale si basano sulla connettivit\u00e0 dai livelli pi\u00f9 bassi a quelli pi\u00f9 alti. Le connessioni di campo pi\u00f9 basilari sono i punti di I\/O cablati, che nel corso degli anni sono stati integrati e poi sostituiti dai bus di campo industriali. Per le comunicazioni tra gli elementi di automazione di livello superiore sono pi\u00f9 adatti reti e protocolli di altro tipo. Nell\u2019ultimo decennio, un progresso significativo \u00e8 stato il crescente utilizzo di Ethernet per la connettivit\u00e0 industriale. Gli impianti possono richiedere pi\u00f9 protocolli a seconda dell\u2019applicazione e del luogo in cui ogni protocollo deve essere utilizzato all\u2019interno dell\u2019architettura di un sistema di automazione. Alcuni protocolli Ethernet industriali hanno radici profonde e sono maturi, ma molti altri incorporano concetti legacy tutt\u2019altro che ideali. Altri protocolli sono ottimizzati per applicazioni specifiche, come i movimenti ad alta velocit\u00e0. Ai livelli superiori delle architetture di automazione industriale, dove si trova la rete di stabilimento sopra la rete dei controllori, ci sono requisiti specifici che guidano la selezione del protocollo, con un\u2019enfasi diversa rispetto alle reti dei dispositivi di campo e alle reti degli I\/O di livello inferiore. Nelle reti a livello di impianto molti sistemi diversi interagiscono tra loro, richiedendo un protocollo di rete sicuro in grado di fornire ricchi oggetti contestuali in modo da rendere disponibili i dati grezzi come informazioni utili. Emerson sa quanto la scelta del giusto protocollo Ethernet pu\u00f2 essere importante, e consiglia l\u2019OPC UA per ottenere queste funzionalit\u00e0 in una rete a livello di impianto. Il suo set di funzionalit\u00e0 lo rende un protocollo efficace per la connessione di supervisione all\u2019Internet industriale.<\/p>\n\n\n\n

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L\u2019architettura \ndei sistemi \ndi automazione industriale \ne controllo \n\u00e8 composta da molti livelli di dispositivi e reti.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Costruire una rete di impianto<\/h3>\n\n\n\n

I sistemi di automazione industriale sono composti da molti dispositivi e componenti connessi o collegati in rete tra loro. I dispositivi di campo, come sensori, attuatori e sistemi intelligenti, sono collegati ai controllori. Questi controllori programmabili e controllori di automazione programmabili monitorizzano e comandano i dispositivi di campo, comunicano tra loro e sono collegati in rete a sistemi di livello superiore per compiti di interfaccia uomo-macchina (HMI), controllo, supervisione e acquisizione dati, storicizzazione, analisi e altri. Le gerarchie delle reti industriali sono definite da molte caratteristiche e non hanno sempre una definizione precisa perch\u00e9 alcuni livelli di rete possono essere virtualizzati o compressi nella stessa rete fisica. I livelli rilevanti che devono essere collegati in rete all\u2019interno di un impianto industriale sono: Livello 4, pianificazione aziendale & logistica; Livello 3, MES, per la supervisione del sito; Livello 2, HMI e SCADA, controllo di supervisione; Livello 1, controllo di automazione tramite PLC e PAC locali; Livello 0, sensori, dispositivi e reti di campo. Le reti industriali che collegano i Livelli 1 e superiori sono talvolta denominate collettivamente reti a livello di impianto. Rispetto alle comunicazioni di livello inferiore, i pacchetti di dati a livello di impianto possono avere requisiti di tempo meno rigorosi. Le reti a livello di impianto interconnettono sistemi molto diversi rispetto ai livelli inferiori, pi\u00f9 dedicati. Ci\u00f2 impone nuovi requisiti per le moderne comunicazioni di rete a livello di impianto industriale: sicurezza, dotate di funzionalit\u00e0 di sicurezza incorporate; contestualizzazione e orientamento agli oggetti, capacit\u00e0 di definire e organizzare i dati trasportati; indipendenza dalla piattaforma, permettere alle applicazioni distribuite di comunicare senza ostacoli.
Ai livelli 1 e superiori, l\u2019OPC UA definisce il modo in cui le informazioni vengono modellate e comunicate con specifiche funzionalit\u00e0 di sicurezza, contestualizzazione e orientamento agli oggetti, rendendola una scelta valida per la maggior parte delle applicazioni industriali. La natura completa, modulare e scalabile dell\u2019OPC UA consente agli utenti di creare un \u201csistema di sistemi\u201d, ossia un sistema di automazione industriale globale integrato composto da molti sottosistemi di tutte le dimensioni che interagiscono perfettamente tra loro. Client e server sono definiti come partner interagenti.<\/p>\n\n\n\n

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Il protocollo di comunicazione industriale OPC UA fornisce sicurezza e contestualizzazione dei dati utilizzando un\u2019architettura indipendente dalla piattaforma.\n<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Sicurezza<\/h3>\n\n\n\n

Le tradizionali reti fieldbus e i primi protocolli Ethernet industriali erano incentrati su disponibilit\u00e0 e integrit\u00e0, con una considerazione scarsa o assente per la riservatezza. Spesso si parla di un approccio basato su disponibilit\u00e0, integrit\u00e0 e riservatezza o inverso. Il networking di livello superiore richiede tuttavia un approccio pi\u00f9 equilibrato, indipendentemente dall\u2019adozione del RID o del DIR. Alcuni protocolli possono essere estesi con l\u2019aggiunta di funzionalit\u00e0 di sicurezza come le reti private virtuali (VPN) o la TLS (Transport Layer Security), anche se questo non \u00e8 l\u2019ideale. Un metodo migliore \u00e8 quello di progettare costrutti di sicurezza direttamente nel protocollo. L\u2019OPC UA utilizza un set integrato di servizi per la gestione dei certificati di sicurezza e per stabilire sessioni client\/server protette al livello dell\u2019applicazione, canali al livello di comunicazione e connessioni socket al livello di trasporto. L\u2019OPC UA offre dei meccanismi di sicurezza nativi per consentire ai client di rilevare i server disponibili, gestire e distribuire certificati ed elenchi di attendibilit\u00e0 e mediare con l\u2019autorit\u00e0 di certificazione. L\u2019OPC UA ha quindi tutte le qualifiche per il ruolo di un moderno protocollo Ethernet per comunicazioni industriali sicure che abbraccia i Livelli da 0 a 4.<\/p>\n\n\n\n

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Le tecniche orientate agli oggetti migliorano l\u2019efficienza e la coerenza consentendo ai progettisti di creare, riutilizzare e combinare modelli di informazioni.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Contestualizzazione e orientamento agli oggetti<\/h3>\n\n\n\n

I protocolli industriali classici enfatizzavano la trasmissione affidabile di dati grezzi. Spettava ai progettisti organizzare i segnali di dati in ingresso e quindi elaborare questi segnali nei controllori di destinazione per trasformare i dati grezzi in informazioni utili. Ci\u00f2 diventa gravoso se deve essere eseguito in ogni fase di un canale di comunicazione. Un metodo migliore, chiamato contestualizzazione, richiede che i dati siano trasportati con una semantica intrinseca, eliminando la necessit\u00e0 di programmare e configurare PLC e HMI in modo indipendente e mappare attentamente i segnali tra di loro, perch\u00e9 il significato dei dati \u00e8 compreso da entrambe le applicazioni che collaborano.
La contestualizzazione consente agli utenti di lavorare utilizzando gli stessi dati di origine. La sofisticata capacit\u00e0 di auto-discovery dell\u2019OPC UA consente a una configurazione HMI di navigare in una configurazione PLC per ottenere i dati desiderati, con tutta la scalatura e tutte le propriet\u00e0 intrinsecamente disponibili in un formato standard. L\u2019OPC UA supporta anche il concetto di gerarchia, che pu\u00f2 essere utilizzato da progettisti attenti per mantenere i dati organizzati in disposizioni utili, proprio come un file system basato su cartelle su un PC. La contestualizzazione consente a un server di aggregazione di centralizzare le informazioni per una o pi\u00f9 aree di un sito di automazione industriale. Pu\u00f2 quindi fornire queste informazioni a molti client per l\u2019utilizzo da parte delle applicazioni di visualizzazione, analisi, storicizzazione e altre. Ogni client deve solo puntare al nodo che incapsula tutte le informazioni necessarie perch\u00e9 i dati supplementari vengono forniti in un formato strutturato in cui le variabili e le propriet\u00e0 dei dati sono separate da riferimenti che definiscono la relazione tra loro. Ci\u00f2 appiattisce in una certa misura la gerarchia dell\u2019automazione e rende disponibili a portata di mano dati significativi per ogni stakeholder chiave. Le tecniche orientate agli oggetti sono una caratteristica organizzativa che pu\u00f2 essere utilizzata per formulare un modello informativo e trasmettere il significato in un formato standard. Utilizzando concetti orientati agli oggetti, i progettisti possono sviluppare configurazioni di best practice che possono essere riutilizzate. Non solo, il concetto \u00e8 espandibile in modo tale che gli oggetti possano anche riferirsi ed essere assemblati da altri oggetti. La progettazione orientata agli oggetti migliora quindi l\u2019efficienza e la coerenza. Oltre a esporre le informazioni, un server OPC UA fornisce ai client una serie sofisticata di servizi, inclusi servizi di rilevamento, servizi di sottoscrizione, servizi di query e gestione dei nodi. Consente agli utenti di creare modelli a oggetti che qualsiasi applicazione client pu\u00f2 utilizzare facilmente.<\/p>\n\n\n\n

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Le gerarchie delle reti industriali sono definite da molte caratteristiche e non hanno sempre una definizione precisa perch\u00e9 alcuni livelli di rete possono essere virtualizzati o compressi nella stessa rete fisica.\n<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Indipendenza dalla piattaforma e Time sensitive Networking<\/h3>\n\n\n\n

L\u2019OPC UA \u00e8 stato creato per rimuovere i limiti imposti dall\u2019OPC Classic, compresa la dipendenza dalla tecnologia Microsoft, e per soddisfare i requisiti emergenti di sicurezza, comunicazione attraverso i firewall e supporto di strutture di dati complesse. Ci\u00f2 consente alle applicazioni distribuite in esecuzione su una variet\u00e0 di piattaforme, inclusi i sistemi operativi in tempo reale come VxWorks o QNX, prevalenti nei PLC\/PAC deterministici in tempo reale ad alta velocit\u00e0 di Livello 1, di comunicare con i sistemi di Livello 2 senza interruzioni.
Il Time sensitive Networking (TSN) \u00e8 uno sviluppo che completa l\u2019Ethernet standard nelle aree della Qualit\u00e0 del Servizio (QoS), inclusa la prenotazione della larghezza di banda, e della sincronizzazione. Il TSN rende possibili il determinismo, la sicurezza e il concetto di larghezza di banda garantita, cruciali per le applicazioni industriali pi\u00f9 impegnative, facendo convergere vari protocolli standard e in tempo reale in un\u2019unica rete. L\u2019utilizzo dell\u2019OPC-UA sul TSN \u00e8 un\u2019ovvia evoluzione nello spazio dell\u2019automazione industriale per ottenere il meglio da entrambi i mondi: contestualizzazione, ancora pi\u00f9 sicurezza e larghezza di banda garantita.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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