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Fieldbus (Bus di campo)

en-lang Fieldbus

Il fieldbus o bus di campo è la parte del sistema di comunicazione attraverso il quale vengono trasmesse le informazioni necessarie a controllare i processi industriali distribuiti. I bus di campo sono connessioni “intelligenti” che permettono di ridurre drasticamente i cablaggi. Oggi i fieldbus sono la sorgente di tutte le informazioni alla base della conduzione di impianto.

Il bus di campo, o fieldbus, è un sistema di comunicazione digitale di tipo seriale tra apparati installati nei reparti di produzione, ovvero dispositivi di campo (sensori, attuatori, variatori di velocità, strumenti di misura e regolatori, a livello 1 del modello CIM, Computer Integrated Manufacturing), oppure tra sistemi di controllo automatico (a livello 1 e 2 del modello CIM). I fieldbus operano a livello dei gruppi di byte e implementano i livelli Iso-Osi 1, 2, 7, oltre a un ulteriore livello “utente”. I bus di campo sono connessioni “intelligenti” in grado di ridurre drasticamente il numero di cavi utilizzati, senza diminuire la funzionalità del sistema. Essi forniscono una disponibilità di collegamenti virtuali molto elevata che consente di ampliare il sistema senza aggiunta di cablaggi. Se in passato i dati di impianto si basavano sulla misurazione continua delle variabili di processo e sulla generazione di segnali elettrici ad esse proporzionali, oggi il bus di campo è la sorgente di tutte le informazioni necessarie per la definizione delle strategie di controllo, produttività, manutenzione, diagnostica, calibrazione e asset management. Il fieldbus consente l’utilizzo del mezzo fisico (generalmente un doppino) per trasmettere misure, comandi e informazioni digitalizzate in senso bidirezionale. Un bus di campo può essere realizzato con un protocollo proprietario, ma nei sistemi complessi e aperti è preferibile optare per uno standard di mercato. Attualmente si è lontani dalla prevalenza di un unico standard. CAN, ad esempio, si è diffuso nell’automotive, Profibus nelle applicazioni ad alta intensità di scambio dati, Modbus è orientato agli I/O distribuiti per sistemi di media complessità, AS-I fornisce un’interfaccia di basso livello per I/O programmabili, Sercos si fa preferire nella comunicazione tra azionamenti digitali e sistemi di comando. La scelta dello standard è in definitiva legata all’hardware utilizzato, all’applicazione e all’ambiente in cui dovrà operare. Alla base di una possibile classificazione dei bus di campo strettamente legati all’automazione industriale, vi è la norma Iec 61158 caratterizzata dall’apertura ai bus commerciali secondo gli standard europei. Tra questi vanno segnalati EN 50170 (bus general purpose), EN 50254; EN 50295 (bit oriented, interfaccia dispositivi di segnalazione e comando digitali), Iec 62026 (bit oriented, interfaccia tra dispositivi di comando e controllori, PC, PLC, DCS).

 

Settori di impiego

 

I bus di campo nel controllo della produzione supportano lo scambio dati necessario all’effettuazione delle sequenze di operazioni e lavorazioni cicliche. Sensori e attuatori in campo, di cui va garantita la gestione, sono in prevalenza di tipo binario (finecorsa, fotocellule, elettrovalvole, relè, drive di controllo assi, encoder, moduli I/O, azionamenti ecc). I bus di campo per il manaufacturing offrono la possibilità di realizzare architetture in grado di adattarsi alla struttura delle macchine e la capacità di trasmettere piccoli pacchetti di dati ad alta velocità. DeviceNet, ControlNet, Modbus-RTU, Profibus-DP, Interbus, CANopen, AS-Interface, CC-Link sono gli standard più diffusi nell’automazione di fabbrica. Nell’industria di processo, il bus di campo deve garantire efficienza e tempi di refresh idonei alla gestione dei loop di regolazione e alla trasmissione ciclica delle variabili controllate. A tale scopo, l’elemento fondamentale è la tecnica di accesso al mezzo trasmissivo (Medium Access Control – MAC), definita a livello Data Link. Fieldbus Foundation, Profibus PA, Hart, P-Net sono le proposte fieldbus maggiormente diffuse nell’industria di processo. La standardizzazione dei sistemi di comunicazione investe anche il settore della gestione dell’energia elettrica. Benché il panorama elettrico veda una notevole diffusione di bus proprietari, negli ultimi anni si è affermato l’uso di bus di campo basati su tecnologia Ethernet. La famiglia di standard più diffusa è la Iec 60870, soggetta a costanti sviluppi e aggiornamenti dagli anni ‘80. Un approccio più moderno è dettato dal recente standard Iec 61850, che utilizza protocolli e tecnologie esistenti nel settore dell’informatica generale (Ethernet, TCP/IP, XML, MMS, ecc.), oltre a consentire lo scambio di dati real-time (comandi, blocchi, trascinamenti) e di metadati (registrazioni, tarature, misure, allarmi).

 


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