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Che cos'è l'Ethernet?

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Ethernet è una tecnologia di rete proposta per la prima volta negli anni '70 e successivamente standardizzata come IEEE 802.3 nel 1983.

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Ethernet è una tecnologia di rete proposta per la prima volta negli anni '70 e successivamente standardizzata come IEEE 802.3 nel 1983. Definito dall'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), questo standard specifica i livelli fisico e di collegamento dati di Ethernet. Ethernet consente a computer e dispositivi di collegarsi e comunicare all'interno di reti locali (LAN) e reti geografiche (WAN).

La funzione principale di Ethernet è quella di consentire ai dispositivi collegati alla rete di scambiare dati. Immaginate uno scenario in cui molte persone parlano contemporaneamente: le conversazioni sarebbero caotiche e difficili da seguire. Allo stesso modo, i pacchetti di dati trasmessi contemporaneamente su un cavo Ethernet condiviso possono scontrarsi e creare confusione. I protocolli Ethernet gestiscono le regole di trasmissione dei dati per evitare tali conflitti, garantendo una comunicazione regolare ed efficiente.

Che cos'è l'Ethernet industriale?

L'Industrial Ethernet è una forma specializzata di Ethernet progettata per soddisfare le esigenze degli ambienti industriali. Appositamente progettata per i sistemi di automazione e controllo della produzione, si è affermata come tecnologia di rete leader negli stabilimenti di tutto il mondo.

Requisiti come la comunicazione in tempo reale, la bassa latenza e l'instradamento deterministico dei dati sono fondamentali negli ambienti industriali. L'Industrial Ethernet utilizza protocolli appositamente sviluppati per avere successo in questi ambienti difficili. Esistono circa 20 protocolli Ethernet industriali, ma cinque dei più comuni sono EtherCAT, EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP/IP e POWERLINK.

5 protocolli Ethernet industriali comuni

1. EtherCAT

EtherCAT, acronimo di Ethernet for Control Automation Technology, è stato lanciato da Beckhoff nel 2003. Utilizza l'architettura master-slave e si distingue per la capacità di "elaborazione al volo". Ogni nodo (dispositivo slave) decompone i dati rilevanti e li trasmette simultaneamente; in questo modo, l'efficienza e la velocità aumentano notevolmente.

2. EtherNet/IP

Sostenuto dalla Open Device Vendors Association (ODVA) e adottato da Rockwell Automation, EtherNet/IP si basa interamente sul protocollo Ethernet. Utilizza il Common Industrial Protocol (CIP) per i servizi universali di automazione industriale. EtherNet/IP supporta un numero illimitato di nodi grazie alla connessione a Ethernet e switch standard, ma le sue capacità di comunicazione in tempo reale sono piuttosto limitate.

3. PROFINET

Sviluppato nei primi anni 2000 da membri di Siemens e Profibus, PROFINET è una soluzione Ethernet industriale comune. Ha tre classi: CC-A (tempo reale di base), CC-B (aggiunge il supporto per il Simple Network Management Protocol) e CC-C (PROFINET IRT, che offre modifiche dei dati in tempo reale con tempi di ciclo inferiori a 1 ms). PROFINET è versatile e adatto a una varietà di compiti di automazione, dai sistemi di lavoro al controllo del movimento.

4. Modbus TCP/IP

Modbus è stato sviluppato a partire dal bus di campo Modbus RTU, combinando gli standard TCP/IP, Ethernet, TCP/IP e i metodi di trasmissione dei dati Modbus. Funziona nel modello master-slave (client-server), in cui solo il dispositivo master può avviare interrogazioni. Sebbene sia ampiamente utilizzato, Modbus TCP/IP non è progettato per la comunicazione in tempo reale.

5. POWERLINK

Sviluppato da B&R, POWERLINK è un protocollo Ethernet industriale in tempo reale, conforme allo standard IEEE 802.3. La topologia di rete flessibile offre la possibilità di collegarsi a caldo. La topologia di rete flessibile offre funzionalità di hot-plugging e cross-connect. Utilizzando i metodi di polling e di fuso orario, supporta diversi componenti di automazione industriale, consentendo a un solo nodo di trasmettere dati alla volta.

Ethernet industriale e commerciale

Mentre l'Ethernet commerciale è onnipresente nelle case e negli uffici, l'Ethernet industriale presenta differenze specifiche per le esigenze industriali.

- Standard e protocolli: L'Ethernet commerciale utilizza generalmente lo standard IEEE 802.3. Al contrario, l'Ethernet industriale si basa su protocolli specializzati come EtherNet/IP, EtherCAT e altri per soddisfare i requisiti industriali.

- Velocità di rete: l'Ethernet industriale funziona in genere a velocità inferiori rispetto all'Ethernet commerciale. Questo perché le reti industriali danno priorità ai dati di controllo e automazione rispetto al trasferimento di dati ad alta velocità.

- Stabilità, affidabilità e sicurezza: I componenti Industrial Ethernet sono progettati per resistere a condizioni difficili come polvere, sostanze chimiche, vibrazioni, temperature estreme e interferenze elettromagnetiche. Questa robustezza contrasta con l'Ethernet commerciale, che spesso non è in grado di resistere a tali ambienti.

- Comunicazione in tempo reale: A differenza dell'Ethernet commerciale, l'Ethernet industriale deve consentire la distribuzione dei dati in tempo reale. Questo è fondamentale per applicazioni come i sistemi di automazione e controllo, dove i dati devono essere trasmessi a intervalli di tempo precisi per un controllo accurato.

Immaginate l'Ethernet industriale come la forza invisibile che sta dietro ai vari processi industriali. Svolge un ruolo fondamentale nell'automazione di fabbrica, nei sistemi di controllo, nella robotica, nei trasporti e persino nell'industria petrolifera e del gas. Questa tecnologia si integra perfettamente con l'Industria 4.0, consentendo una trasmissione dati e una connettività efficienti per un'automazione avanzata. Grazie al suo design robusto e alla maggiore compatibilità, l'Ethernet industriale è destinata a un continuo sviluppo anche in futuro.