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1 EDSETHIND.K>0 L force Communication Ä.K>0ä Manuale di comunicazione Ethernet Ethernet nelle applicazioni industriali

2 i Sommario 1 Introduzione Nozioni di base Determinismo Jitter Tempo di ciclo Switched Ethernet Procedura con assegnazione di time slot Sincronizzazione di clock Porte Hub o switch Indirizzamento Esempio Classi di reti Indirizzi IP riservati Assegnazione dell indirizzo IP Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" Ethernet/IP (CIP Sync) Principio Architettura di rete / Topologia EtherCAT Principio Architettura di rete / Topologia PROFINET Principio Architettura di rete / Topologia Ethernet POWERLINK Principio Architettura di rete / Topologia SERCOS III Principio Architettura di rete / Topologia

3 Introduzione 1 0Fig. 0Tab. 0 1 Introduzione Il sistema di rete Ethernet, che ha avuto origine nell ambiente di ufficio, viene ora sempre più utilizzato anche in ambito industriale. Si tende ormai a dotare tutti i dispositivi di rete di un collegamento Ethernet e si ricorre sempre meno al classico bus di campo. I livelli di ufficio e di campo crescono sempre più in correlazione tra loro. Oltre all ambito di applicazione, cambiano anche i requisiti della rete Ethernet. Mentre nell ambiente di ufficio si trasferiscono prevalentemente grosse quantità di dati tra PC, la comunicazione tra dispositivi di campo è essenzialmente costituita da telegrammi molto brevi. Di conseguenza, a livello di campo sono richiesti tempi di risposta molto rapidi, nonché altamente deterministici ( 4) requisiti che la "normale" Ethernet non è in grado di soddisfare. Queste mutate esigenze hanno inoltre portato allo sviluppo di diversi protocolli per l hardware Ethernet che a volte prevedono una separazione tra le linee Ethernet in tempo reale e le normali reti Ethernet. In particolare, i moduli di comunicazione sviluppati da Lenze rispondono ai requisiti dei seguenti protocolli Ethernet: Ethernet Ethernet POWERLINK PROFINET EtherCAT EtherNet/IP Nella sezione seguente vengono brevemente spiegati i meccanismi fondamentali di Ethernet, con una panoramica delle differenze tra i diversi protocolli Ethernet e informazioni sull architettura della rete Ethernet. 3

4 2 Nozioni di base Determinismo 2 Nozioni di base All inizio degli anni 70 presso lo "Xerox Palo Alto Research Center" si iniziò a pensare a come fare in modo che diversi impiegati potessero condividere l uso di una stampante, finché nel 1983 fu presentato il primo standard Ethernet (IEEE802.3). Da allora si è continuato a svilupparlo e migliorarlo e ancora oggi nel protocollo Ethernet sono presenti alcuni dei meccanismi originari, che tuttavia ne rendono difficoltoso l impiego in ambiti al di fuori dell ufficio, in particolare il problema delle collisioni. Diverse organizzazioni hanno nel frattempo avviato attività di sviluppo per rendere possibile l utilizzo dello standard Ethernet anche in campo industriale, con la redazione di diverse specifiche in concorrenza tra loro. Le più importanti vengono brevemente illustrate nelle sezioni seguenti, in particolare il sistema bus di campo tra cui EtherCAT, promosso da Lenze. Di seguito viene fornita la spiegazione di alcuni concetti chiave, mentre più avanti sono illustrati in sintesi i diversi sistemi, con presentazione di vantaggi e svantaggi. 2.1 Determinismo Si parla di determinismo quando un sistema si sviluppa nel tempo strettamente secondo determinate regole. In riferimento alla tecnologia di comunicazione, ciò significa la possibilità di determinare con precisione il momento in cui un valore viene trasmesso da un nodo a un altro. Le collisioni di telegrammi sono il problema principale per l Ethernet in tempo reale. Ciò avviene quando 2 nodi vogliono trasmettere simultaneamente. I controller Ethernet rilevano in questo caso una collisione ed interrompono la trasmissione. Quindi, secondo una procedura con una componente casuale (CSMA/CD), cercano di ripetere l invio. Nell Ethernet standard non è pertanto possibile alcun determinismo. 2.2 Jitter Tra l attivazione di un segnale e il momento nel quale il destinatario reagisce sussiste un certo ritardo. Se tale intervallo di ritardo non è costante si parla di "jitter". Nei sistemi di "Motion Control" i valori attesi sono comunque inferiori a 1 s. 2.3 Tempo di ciclo Per ciclo (di comunicazione) si intende il tempo necessario per l invio di un nuovo valore di riferimento a tutti i nodi che partecipano alla comunicazione e per la lettura del valore istantaneo attuale da tutti i nodi. Il tempo di ciclo più breve possibile dipende quindi sempre dal numero di nodi nel bus. 4

5 Nozioni di base Switched Ethernet Switched Ethernet Nell Ethernet originaria, tutti i nodi erano collegati a un cavo. In questo caso, se più nodi inviavano contemporaneamente dei dati si verificavano delle collisioni. Con l evoluzione del protocollo Ethernet furono quindi inseriti gli hub (accoppiatori a stella). Tra nodi e hub è presente un collegamento punto punto. L hub connette tutti i nodi tra loro senza ritardi, ed è quindi molto veloce, tuttavia possono comunque verificarsi delle collisioni. Questo problema viene risolto con una nuova generazione di accoppiatori a stella (switch), che inoltrano i messaggi solo in modo mirato ai dispositivi e se necessario li trattengono. Vantaggio: non sono più possibili collisioni. Svantaggio: gli switch ritardano l invio dei messaggi. Il tempo di ritardo dipende dal carico sulla rete. Non è quindi possibile parlare in questo caso di "real time". 2.5 Procedura con assegnazione di time slot Al protocollo Ethernet non deterministico viene sovraordinata una procedura con assegnazione di un time slot, ovvero di un intervallo di tempo specifico. Nell ambito dell intero ciclo, ciascun nodo "comunica" solo quando è attivo il proprio time slot. In tal modo si evitano le collisioni che comprometterebbero il determinismo. Vantaggio: possibilità di completo controllo del determinismo. Svantaggio: tutti i nodi che si trovano sullo stesso segmento della rete devono conoscere la procedura sovraordinata con assegnazione di time slot. Basta un nodo non conforme per disturbare il determinismo. 2.6 Sincronizzazione di clock Ciascun dispositivo sul bus possiede un orologio interno (clock). Tramite uno speciale protocollo di sincronizzazione (IEEE1588) viene assicurato che tutti gli orologi funzionino in modo sincronizzato e che pertanto determinate azioni vengano eseguite da tutti i nodi nello stesso momento. Vantaggio: il determinismo è possibile tramite Ethernet standard. Svantaggio: è richiesto un hardware particolare (con orologio interno) anche per gli switch. Inoltre è possibile controllare solo gli eventi ciclici in tempo reale. 5

6 2 Nozioni di base Porte 2.7 Porte Un nodo Ethernet può offrire diversi programmi (servizi server) contemporaneamente in rete. Ciascun servizio è "in ascolto" su una porta. I client, cioè gli altri dispositivi Ethernet, possono così richiedere un determinato servizio. La maggior parte dei servizi può essere fornita a più client contemporaneamente. Esempi Servizio server Porta Multi client Web (HTTP) 80 Sì E mail (SMTP) 25 Sì DNS 53 Sì Abilitazione file (SMB) 445 Sì Per motivi di sicurezza, alcuni router, firewall e altri componenti dell infrastruttura non consentono l accesso a tutte le porte possibili. È quindi necessario sapere quali porte sono necessarie per la comunicazione con un nodo Ethernet. 2.8 Hub o switch Il cablaggio dei sistemi Ethernet è oggi prevalentemente a stella. Normalmente, due nodi non sono collegati direttamente tra loro, ma tramite un distributore a stella. Esistono due tipi di distributori a stella: hub e switch. Mentre in passato gli hub erano lo standard per l ambiente di ufficio, oggi si stanno diffondendo anche in questo ambito gli switch, offrendo il vantaggio di poter collegare in serie un numero praticamente illimitato di switch e di costruire così strutture di rete ad albero. Uno switch riceve i telegrammi e decide su quale porta di commutazione dovrà inoltrarli. La comunicazione tra i nodi Ethernet avviene quindi sempre in assenza di collisioni. Se più nodi interagiscono con lo stesso switch contemporaneamente, quest ultimo memorizza temporaneamente i messaggi e li invia quindi successivamente. Ciò comporta dei tempi di ritardo, che rendono critico l uso degli switch in applicazioni in tempo reale. Gli hub possono essere collegati in serie l uno all altro solo in misura limitata, poiché quando sono collegati in serie più di due hub, il rilevamento collisioni CSMA/CD non funziona più. Un chiaro vantaggio offerto dagli hub è però il tempo di ritardo estremamente ridotto rispetto agli switch, dato che i telegrammi vengono ripetuti ed inviati su ciascuna porta, senza essere interpretati. Per questo motivo, è preferibile utilizzare hub in reti per applicazioni in tempo reale. Con l ausilio di un protocollo aggiuntivo, quale Ethernet POWERLINK, per prevenire le collisioni, gli hub rappresentano l alternativa migliore per il livello di campo. 6

7 Nozioni di base Indirizzamento Indirizzamento Ogni nodo Ethernet ha un indirizzo MAC. L indirizzo MAC è un indirizzo fisico assegnato a un dispositivo Ethernet al momento della produzione e non può essere modificato. È un indirizzo univoco a livello mondiale e non possono esservi due dispositivi con lo stesso indirizzo MAC. Spesso tale indirizzo è stampato sulla parte esterna del dispositivo. Questo indirizzo univoco consente l interazione con il dispositivo, indipendentemente dagli altri dispositivi Ethernet collegati al bus. Non può verificarsi alcun conflitto di indirizzo. L indirizzo MAC viene rappresentato tramite 6 byte. In tal modo esistono 2 48, cioè circa 280 miliardi di indirizzi MAC diversi, che permettono di identificare in modo univoco ciascun dispositivo Ethernet. La rappresentazione avviene generalmente nel formato esadecimale, dove i singoli byte sono divisi da punti. I primi tre byte identificano il costruttore, mentre i restanti byte servono per l identificazione del dispositivo. Esempio: 00.0A A (il codice costruttore per Lenze è 00.0A.86). Poiché ogni sostituzione di un dispositivo comporta la modifica dell indirizzo MAC, viene eseguito anche l indirizzamento logico tramite l indirizzo IP. Ciascun nodo della rete riceve quindi un indirizzo IP, che deve essere univoco nell ambito della rete. Si tratta di un indirizzo "logico", che può essere modificato tramite software. Questo indirizzo è composto da 32 bit e per agevolarne la lettura viene utilizzato sempre il formato con 4 numeri decimali separati da un punto ("dot notation", ovvero notazione con punti). L indirizzo IP è composto dal Net ID e dall Host ID. Il Net ID specifica il segmento di rete, mentre l Host ID identifica il nodo. La suddivisione dei 32 bit tra Net ID e Host ID dipende dalla classe dell indirizzo IP. Il tipo di classe è indicato nel primo byte. Solo i nodi che si trovano nello stesso segmento di rete (sottorete) possono comunicare direttamente tra loro. Se i nodi si trovano su segmenti diversi è necessario disporre di un router per lo smistamento dei telegrammi ai segmenti di destinazione. La grandezza massima di un segmento di rete dipende dalla lunghezza del Net ID. Con l ausilio della maschera di rete sono poi possibili ulteriori suddivisioni. 7

8 2 Nozioni di base Indirizzamento Esempio Esempio L indirizzo IP è La maschera di rete è Indirizzo IP Maschera di rete Descrizione dell esempio: Tutti i nodi che vogliono comunicare con il dispositivo di esempio devono avere anch essi un indirizzo che inizia per Solo l ultimo byte dell indirizzo IP deve essere diverso. In caso contrario, per la comunicazione è necessario un router. L indirizzo IP del router viene indicato come gateway standard. I router (gateway) trasmettono pacchetti tra reti diverse. Un sistema conosce solo la propria rete ed invia quindi ad un router tutti i pacchetti destinati a sistemi in altre reti. Un sistema conosce inoltre solo determinati percorsi: "per la rete X, inviare al router Y". I pacchetti per tutte le altre reti sconosciute vengono inviate al gateway standard (gateway di default). Il routing, o instradamento, deve funzionare anche in senso inverso, altrimenti non si riceve alcuna risposta Classi di reti Classe A Indirizzi da 1.x.x.x a 126.x.x.x Maschera di rete Consente 126 reti, ciascuna con massimo 16 milioni di host. Classe B Indirizzi da x.x a x.x Maschera di rete Consente reti, ciascun con massimo host. Classe Indirizzi da x a x Maschera di rete Consente 2 milioni di reti, ciascuna con massimo 254 host. Subnetting: maschere di rete più lunghe di quanto consentito dalla classe. 8

9 Nozioni di base Indirizzamento Indirizzi IP riservati Indirizzi IP riservati , "local host" Con questo indirizzo un nodo può comunicare solo con se stesso. xxx.xxx.xxx.0, identificatore per il segmento di rete Non può essere utilizzato come indirizzo di nodo. xxx.xxx.xxx.255, "broadcast" Comunicazione con tutti i nodi di una rete. Determinati intervalli di indirizzi sono riservati per reti private e non possono essere utilizzati in Internet: Assegnazione dell indirizzo IP In linea di principio vale quanto segue: se un dispositivo Ethernet deve essere collegato a una rete esistente, è necessario contattare l amministratore di rete, che provvederà ad assegnare un indirizzo IP. Inoltre, occorre decidere se il dispositivo può essere collegato direttamente alla rete, oppure se sono necessarie misure di protezione, quali firewall. Non è possibile utilizzare qualsiasi indirizzo. L indirizzo infatti deve essere idoneo per la rete esistente e non può essere doppio. Per l impostazione dell indirizzo IP esistono diversi meccanismi. In campo industriale, nella maggior parte dei casi gli indirizzi IP vengono assegnati in modo fisso. Nell ambiente di ufficio, si utilizzano spesso server DHCP, che assegnano dinamicamente un indirizzo a ciascun dispositivo all avvio. Questa procedura è tuttavia poco utilizzata in ambito industriale. Quando un PC vuole comunicare tramite il protocollo IP con un dispositivo di campo, è necessario prima procedere con l impostazione degli indirizzi IP. Prima occorre verificare l indirizzo IP del dispositivo di campo o impostare l indirizzo desiderato. Quindi si dovrà assicurare che il PC possieda un indirizzo IP nella stessa sottorete o che sia presente un router nella rete, per l inoltro dei telegrammi da un segmento della rete a un altro. In alcuni casi occorre eseguire specifiche impostazioni nel pannello di controllo del PC. A tal fine mettersi in contatto con l amministratore di sistema. 9

10 3 Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" Ethernet/IP (CIP Sync) Principio 3 Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" 3.1 Ethernet/IP (CIP Sync) Ethernet/IP è stato elaborato dal gruppo di utenti "Open DeviceNet Vendor Association" (ODVA), di cui Rockwell è il principale esponente. L IP in questo caso rappresenta l estensione del protocollo industriale CIP (Common Industrial Protocol ), che fornisce il layer applicativo. Il CIP viene utilizzato anche come layer applicativo per DeviceNet e ControlNet ed è definito congiuntamente da ODVA e "ControlNet International". Questo protocollo è stato ampliato con funzioni di sincronizzazione per applicazioni in tempo reale e viene quindi chiamato "CIP Sync". Principali caratteristiche dichiarate: Vengono utilizzati solo standard (IEEE 802.3, IEEE 1588) Sono richiesti switch speciali (con "boundary clock" per la sincronizzazione degli orologi) Possibilità di combinazione con componenti Ethernet standard Tecnologia di sicurezza tramite CIP "Safety" possibile Principio Il principio della funzionalità in tempo reale (real time) si basa sul fatto che ciascun nodo Ethernet possiede un orologio interno ad alta precisione. Tutti gli orologi vengono costantemente risincronizzati tramite un protocollo predefinito (IEEE 1588), in modo da assicurare il funzionamento sincrono di tutti gli orologi del sistema. I pacchetti di dati, inoltre, devono essere prioritizzati. È comunque possibile controllare soltanto eventi ciclici in real time. Per ulteriori informazioni su Ethernet/IP (CIP Sync), vedere... in Internet all indirizzo Architettura di rete / Topologia Ethernet/IP consente le topologie tipiche dell ambiente Ethernet, quali le topologie a stella e ad albero. Come componenti dell infrastruttura è necessario installare degli switch speciali con "boundary clock". È possibile utilizzare gli strumenti standard per l analisi della rete. 10

11 Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" EtherCAT Principio EtherCAT EtherCAT è un marchio registrato, la tecnologia è brevettata ed è concessa in licenza da Beckhoff Automation GmbH, Germania. È stato costituito un gruppo di utenti, chiamato "EtherCAT Technology Group" (ETG), al quale è possibile aderire gratuitamente, alla sola condizione di mettere a disposizione il proprio logo aziendale. Questo gruppo di utenti ed i relativi "membri" non detengono, tuttavia, alcun diritto legale su questo sistema. Principali caratteristiche dichiarate da Beckhoff: Completa compatibilità con Ethernet Comunicazione completamente integrata nell hardware; massime prestazioni Protocollo con un alto livello di efficienza Utilizzo di schede Ethernet standard Topologia liberamente selezionabile Possibilità di multiplexing di dati in tempo reale con TCP/IP standard Ethernet come backplane. Il punto di forza di questo sistema è il suo utilizzo come sistema backplane per i morsetti. Viene offerto in due diverse varianti fisiche: E bus e Ethernet. Il sistema E bus, basato sui segnali differenziali di tensione (LVDS), è idoneo solo per brevi tratti (<10 m, ad es. all interno di una morsettiera) e non assicura alcun isolamento galvanico. Il vantaggio rispetto alla variante Ethernet è la maggiore rapidità in termini di tempo di transito. Per l utilizzo effettivo di Ethernet (connettore standard, collegamento ad altri dispositivi Ethernet, ecc.) è necessario utilizzare la variante fisica Ethernet Principio I dati vengono rilevati e/o inseriti al runtime del telegramma Ethernet ("principio Interbus"). Per ulteriori informazioni su EtherCAT, vedere... in Internet all indirizzo 11

12 3 Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" EtherCAT Architettura di rete / Topologia Architettura di rete / Topologia La topologia di un sistema EtherCAT è in linea di principio liberamente selezionabile. Generalmente viene utilizzata una struttura lineare, anche se di fatto si realizza implicitamente sempre un anello. Le diramazioni sono possibili tramite un accoppiatore I/O. La topologia a stella può essere realizzata solo se il PLC è già dotato di un numero sufficiente di collegamenti Ethernet (ovvero, schede di rete in un PC). Non è possibile utilizzare switch standard per creare una struttura a stella. Le strutture ad albero sono possibili mediante l uso di morsetti I/O con linea derivata, anche se sussistono delle limitazioni nella realizzazione di tali strutture ad albero. Gli switch sono consentiti solo tra il master e il primo nodo EtherCAT. I componenti Ethernet standard possono quindi essere collegati a questo switch, oppure a speciali morsetti sulla porta di commutazione. La comunicazione tra i componenti standard e i dispositivi EtherCAT non è mai diretta, ma avviene sempre tramite il cosiddetto "virtual switch" nel PLC, quindi attraverso un percorso più lungo che penalizza il tempo di esecuzione e rappresenta un collo di bottiglia. Per l analisi della rete sono richiesti dispositivi di analisi speciali, poiché il flusso di dati dipende dal punto di misurazione. 12

13 Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" PROFINET Principio PROFINET PROFINET è definito dall organizzazione degli utenti di PROFIBUS & PROFINET International (PI). PROFINET rappresenta la logica successione a PROFIBUS. Viene operata una distinzione tra il modello di componenti PROFINET (CBA, V1), il cui principale obiettivo è l interconnessione dei componenti di automazione, e il PROFINET I/O, che corrisponde all evoluzione del PROFIBUS. La comunicazione nel modello di componenti è basata sul protocollo TCP/IP standard, non è real time e pertanto non pertinente per quest analisi. Nel caso di PROFINET I/O è necessario fare un ulteriore differenziazione. Esiste infatti una variante con capacità real time, tuttavia con dati prestazionali non adatti per applicazioni di Motion Control. Viene definita SRT (Soft Real Time, V2) e in linea di principio può essere implementata su qualsiasi controller che supporti Ethernet. Le prestazioni raggiunte corrispondono approssimativamente a quelle dello standard PROFIBUS. Esiste poi la variante IRT (Isochronous Real Time, V3), che è l unica indicata per le applicazioni di "Motion Control". Per realizzare questa variante è necessario utilizzare speciali chip (ASIC) di concezione Siemens. Principali caratteristiche dichiarate: Utilizzo contemporaneo della comunicazione IT real time e basata su TCP su un unico cavo Protocollo unico tra i componenti e tra sistema di controllo e dispositivo di campo Comunicazione scalare Principio Soft Real Time (SRT): Switched Ethernet per la prevenzione delle collisioni Ottimizzazione dello stack di protocollo TCP/IP Lunghezza dei telegrammi ridotta e tempi di trasmissione abbreviati Prioritizzazione dei pacchetti di dati secondo IEEE 802.1Q (Prio 6) Isochronous Real Time (IRT): Procedura con assegnazione di time slot: il ciclo di comunicazione è diviso in una parte deterministica (real time) e in una parte aperta (Ethernet standard) Realizzazione su base hardware (speciali ASIC) Sincronizzazione del ciclo e assegnazione dei time slot realizzata via hardware Per ulteriori informazioni su PROFINET, vedere... in Internet all indirizzo 13

14 3 Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" PROFINET Architettura di rete / Topologia Architettura di rete / Topologia La topologia di una rete PROFINET è in linea di principio liberamente selezionabile. Come accoppiatori a stella è possibile utilizzare degli switch. In PROFINET SRT (V2) questi switch devono supportare la prioritizzazione dei pacchetti di dati secondo IEEE802.1Q. In PROFINET IRT (V3) è possibile utilizzare solo switch speciali, che contengono l ASIC PROFINET di Siemens. In questo caso a tutt oggi sono utilizzabili solo switch a 4 porte. Con l ausilio di switch integrati nei dispositivi di campo è possibile realizzare strutture lineari. Per l analisi della rete con PROFINET IRT (V3) sono richiesti dispositivi di analisi speciali, poiché il flusso di dati dipende dal punto di misurazione. 14

15 Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" Ethernet POWERLINK Principio Ethernet POWERLINK Ethernet POWERLINK è un sistema Ethernet Real Time. Originariamente concepito dalla ditta B&R (versione 1.0), questo sistema è stato quindi reso pubblico e ulteriormente sviluppato attraverso l Ethernet POWERLINK Standardisation Group (EPSG). Le attività svolte da questo gruppo hanno portato alla costituzione di uno standard industriale riconosciuto (versione 2.0), che coniuga in modo ottimale le caratteristiche tecniche dell Ethernet con le esigenze di operatività in tempo reale e di integrazione Principio Ethernet POWERLINK evita le collisioni grazie a un processo software sovraordinato, lo "Slot Communication Network Management". Si tratta di una procedura con assegnazione di time slot in base alla quale il master (Managing Node) attribuisce esplicitamente ad ogni slave (Controlled Node) il diritto di trasmettere attivamente. La ricezione è sempre possibile ad opera di tutti i nodi. Confronto con CAN: nel sistema CAN è presente anche un master che stabilisce l inizio di un nuovo ciclo. L assegnazione dei nodi viene tuttavia regolata in modo automatico tramite funzioni CAN. In ogni ciclo è possibile trasmettere anche un telegramma non real time (a). Si possono così spedire diversi telegrammi Ethernet (ad es. telegrammi TCP/IP generici). Anche per questi telegrammi il master (Managing Node) conferisce esplicitamente ad uno slave (Controlled Node) il diritto di trasmissione. i i n a i Ciclo 1... n Trasferimento dati ciclico (HRT) per nodo 1... n a Trasferimento dati aciclico (ad es. TCP/IP) t E94YCEP014 Per ulteriori informazioni su Ethernet POWERLINK, vedere... in Internet all indirizzo powerlink.org. nella brochure "Real Time Industrial Ethernet is Reality". 15

16 3 Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" Ethernet POWERLINK Architettura di rete / Topologia Architettura di rete / Topologia I vantaggi di una comunicazione universale, resa possibile mediante l uso di cavi e standard unificati, sono chiari. Ma questo sistema consente anche di abbattere la separazione finora presente tra il livello di ufficio e il livello di campo. Tuttavia, anche nelle reti Ethernet, non è opportuno eliminare totalmente qualsiasi strutturazione, per i seguenti motivi: Sicurezza e protezione degli accessi Creazione di segmenti di rete Necessità di segmentazione determinata dai sistemi. La segmentazione di una rete è quindi raccomandabile in ogni caso. Non è necessario che ogni nodo comunichi costantemente con qualsiasi altro nodo. Raggruppando in un segmento di rete i nodi che devono essere costantemente in comunicazione tra loro, è possibile separare gli altri tratti della rete da questo carico sul bus. In una rete aziendale estesa, generalmente viene operata una separazione tra il livello di ufficio e il livello di campo, anche se si utilizza lo stesso sistema bus. Esistono infatti dei collegamenti possibili tra queste reti (router), tuttavia essi consentono l accesso solo in seguito alla verifica del rispetto di specifiche regole. I router provvedono quindi alla protezione degli accessi, poiché non tutti i PC del livello ufficio devono poter accedere a piacimento ad un dispositivo di campo. Mediante questa separazione, inoltre, si assicura che i disturbi in un segmento della rete non determinino disturbi in altri segmenti. In particolare, nel collegamento tra Real Time Ethernet e Ethernet standard, il router svolge anche altre funzioni. I nodi Ethernet POWERLINK non possono essere collegati con nodi Ethernet standard ad un segmento di rete. Poiché i nodi standard non riconoscono il protocollo Real Time, si verificherebbero delle collisioni che potrebbero compromettere il funzionamento in tempo reale del bus. 16

17 Varianti della tecnologia "Industrial Ethernet" SERCOS III Principio SERCOS III L obiettivo di SERCOS III è coniugare i meccanismi comprovati di SERCOS con i vantaggi del livello fisico Ethernet. I meccanismi, i profili e le strutture dei telegrammi esistenti sono così stati trasferiti invariati al livello fisico Ethernet. Questo sistema dovrebbe inoltre consentire il raggiungimento dei seguenti obiettivi: Riduzione dei costi per la connessione hardware Possibilità di integrazione di protocolli TCP/IP Comunicazione trasversale Trasmissione di dati rilevanti per la sicurezza Tolleranza agli errori rispetto a rotture dei cavi Principio SERCOS III prevede un canale IP tramite il quale è possibile trasmettere telegrammi Ethernet standard. Tale canale non sostituisce il Service Channel proprio del sistema SERCOS, che viene ancora utilizzato per la trasmissione dei dati ciclici. Il canale IP può essere disattivato e nella maggior parte dei casi non viene preso in considerazione in esempi di calcolo tipici. Analogamente ad Interbus, in ogni ciclo di comunicazione viene trasmesso un frame di somma, dal quale ciascuno slave ricava o inserisce i propri dati. Per questo motivo, per la realizzazione di questo sistema, sono richiesti componenti hardware speciali (ASIC o FPGA). Per ulteriori informazioni su SERCOS III, vedere... in Internet all indirizzo Architettura di rete / Topologia Il SERCOS originario è sempre costituito da un anello in fibra ottica. La struttura ad anello è stata trasferita anche al livello fisico Ethernet. Poiché ogni collegamento Ethernet offre un canale di andata e uno di ritorno, si realizza un doppio anello e viene conseguentemente offerta la possibilità di creare sistemi ridondanti. In caso di guasto di uno slave l anello logico è in effetti interrotto, ma la comunicazione è comunque ancora possibile. La struttura lineare non permette alcuna ridondanza, ma consente di eliminare un collegamento, aspetto che può portare a un significativo risparmio in caso di sistemi estesi. Le strutture a stella non sono possibili con SERCOS. Non è infatti possibile l impiego di accoppiatori a stella, né di hub o switch. Le reti SERCOS III sono sempre reti separate. La connessione a sistemi di livello superiore può avvenire solo tramite il "Motion Controller" o il PLC. Questo passaggio non è ancora stato definito. Per l analisi della rete sono richiesti dispositivi di analisi speciali, poiché il flusso di dati dipende dal punto di misurazione. 17

18 11/2012 Lenze Automation GmbH Grünstraße 36 D Meerbusch Germany Service Lenze Service GmbH Breslauer Straße 3 D Extertal Germany +49 (0)21 32 / / (24 h helpline) +49 (0)21 32 / (0)51 54 / EDSETHIND.K>0 IT 3.1 TD

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