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Classificazione dei 5 principali protocolli industriali

Oggi molti addetti ai lavori parlano di interconnessione di macchinari industriali con software e piattaforme di gestione, monitoraggio e controllo degli impianti, ma a cosa fanno riferimento esattamente?

 

Introduzione

Con questo articolo proviamo a fare un po’ di chiarezza nella Babele dei protocolli di comunicazione industriali, la condicio sine qua non per l’interconnessione e lo scambio dati. Infatti, alla base dell’interconnessione tra un macchinario e un software, c’è necessariamente un protocollo di comunicazione.

Nella maggior parte delle aziende (piccole, medie o grandi che siano) il parco macchine è estremamente variegato. Capita spesso di vedere all’interno di un’azienda macchinari di età, fornitori e tecnologie differenti. Tale eterogeneità richiede spesso l’utilizzo di protocolli di comunicazione diversi rendendo quindi l’operazione di interconnessione complessa e non immediata.

Prima di riportare una carrellata dei principali protocolli industriali, vediamo che cos'è esattamente un protocollo di comunicazione.

 

Definizione

Un protocollo non è altro che un linguaggio con il quale una macchina, una scheda elettronica, un software o più in generale un dispositivo comunica con il mondo esterno. Esistono centinaia (forse migliaia) di protocolli utilizzati nell'ambito delle reti informatiche, in elettronica e, appunto, nell'industria.

Possiamo pensare a un protocollo come ad una lingua vera e propria. Prendiamo per esempio due possibili interlocutori: un macchinario e un software di monitoraggio dell’impianto. L’unico modo affinché i due si scambino tra loro informazioni (per esempio per conoscere lo stato del macchinario e il numero di pezzi prodotti) è che parlino la stessa lingua. Va da sé che parlare lo stesso linguaggio (utilizzare cioè lo stesso protocollo) è essenziale per permettere a macchinari, dispositivi e software di comunicare tra loro.

Detto così appare molto semplice: basta scegliere un protocollo comune per lo scambio dati e il gioco è fatto. Nella pratica, tuttavia, macchinari e software sono acquistati in momenti diversi ma soprattutto sono realizzati da costruttori e progettisti diversi. Ogni costruttore quindi sceglie arbitrariamente un protocollo per il proprio macchinario. Seppur tale scelta possa vertere su di un protocollo standard, ciò porta alla proliferazione di numerose tipologie di linguaggi praticamente in ogni impianto produttivo.

Il software che scambia informazioni con i macchinari in produzione funge da interprete e deve quindi conoscere tutte le lingue utilizzate dai macchinari interconnessi. A complicare le cose, in alcuni casi neanche troppo isolati, il macchinario utilizza un protocollo non standard, ideato cioè dal costruttore stesso. È come se il macchinario parlasse una lingua o un dialetto che nessun altro conosce. Il software di interconnessione dovrà quindi conoscere il nuovo protocollo per comunicare con quello specifico macchinario. Fortunatamente, negli ultimi anni, la tendenza è quella di muoversi verso protocolli sempre più standardizzati. Avere un unico protocollo industriale adatto a tutte le esigenze sarebbe ambizioso, ma riuscire ad avere un set limitato di protocolli industriali sarebbe, senza dubbio, già un ottimo risultato.

 

Classificazione dei principali protocolli industriali

Mai come in questi ultimi anni, il mercato dell’industria sta vivendo una forte evoluzione, favorita sia dall'impiego di intelligenza distribuita, sia dalla necessità di far dialogare piattaforme e macchinari differenti.

Vediamo quindi quali sono i principali protocolli che si sono affermati anche a seguito della rivoluzione industriale che stiamo vivendo.

 

EtherNet / IP

È uno standard industriale aperto che nasce nel 2000 con l’obiettivo di avere un protocollo su Ethernet in grado di rispondere alle esigenze di performance ed affidabilità richieste dal mondo industriale. È un protocollo completo perché supporta il trasferimento di dati I/O basilari, il monitoraggio ciclico e su eventi di cambio di stato [1]. L’accesso alle variabili avviene per nome (TAG).

EtherNet / IP è un protocollo real-time con prestazioni discrete (relativamente al mondo real-time), che comunque si adattano perfettamente al campo del monitoraggio.

È un protocollo ben consolidato nel mercato americano, un po’ meno in quello europeo. Viene spesso utilizzato con i sistemi di controllo Rockwell (PLC Allen Bradley).

 

Profinet IO

Basato su tecnologia Ethernet standard, Profinet utilizza Ethernet tradizionali per definire una rete con il compito di scambiare dati, allarmi e diagnostica con PLC e altri dispositivi industriali.

PROFINET IO utilizza tre diversi canali di comunicazione per lo scambio di dati con controllori programmabili e altri dispositivi. Il canale standard TCP / IP viene utilizzato per parametrizzazione, configurazione e operazioni di lettura/scrittura acicliche. Il canale real-time viene utilizzato per il trasferimento di dati ciclici standard e gli allarmi. Il terzo canale, Isochronous Real Time (IRT) è il canale ad altissima velocità utilizzato per le applicazioni Motion Control [2].

Essendo un protocollo real-time, presenta prestazioni elevate che lo rendono adatto al controllo veloce. I requisiti hardware di Profinet sono spesso restrittivi quando si ha la necessità di utilizzare un dispositivo non real-time. Una necessità frequente nel campo del monitoraggio è quella di collegarsi da un PC con sistema operativo Windows verso il campo. In questi casi, spesso, si preferisce appoggiarsi ad un altro protocollo (magari anche con prestazioni inferiori).

Profinet è utilizzato dai PLC e dispositivi del mondo Siemens.

 

MTConnect

È uno standard industriale utilizzato per la raccolta dati e il monitoraggio sulle macchine a controllo numerico (CNC). Il protocollo supporta solo la lettura dei dati e non permette quindi di scrivere parametri, ricette o comandi. I dati sono presentati in formato XML.

La prima dimostrazione pubblica di MTConnect è avvenuta all'International Manufacturing Technology Show (IMTS) tenutosi a Chicago nel settembre 2008. Lì, 25 produttori di apparecchiature industriali collegarono in rete i loro sistemi di controllo delle macchine, fornendo informazioni sui processi che potevano essere recuperati da qualsiasi client abilitato al web connesso alla rete[3].

MTConnect è spesso disponibile su CNC Mazak, Mitsubishi e Mori Seki.

 

Modbus

È il più longevo tra i protocolli presentati. Nasce infatti nel 1979 dalla Schneider Automation e diventa in breve tempo uno standard de facto. Modbus è implementato su reti Ethernet (ModBus TCP) e su seriale RS 485, 232 e 422 [4].

Nel protocollo Modbus, i dati sono organizzati in registri il cui accesso avviene per indirizzo. Il registro è la più piccola entità su cui è possibile effettuare un’operazione di scrittura e lettura. A loro volta, i registri sono organizzati in una serie di tabelle ben precise:

  • Input register, per operazione di sola lettura su registri numerici.
  • Holding register, per operazione di lettura e scrittura su registri numerici.
  • Discrete input, per operazioni di sola lettura su registri booleani.
  • Coils, per operazione di lettura e scrittura su registri booleani.

Nonostante ci siano protocolli alternativi che presentano prestazioni migliori, il protocollo ModBus è largamente utilizzato perché è open source, ha un basso costo di sviluppo e richiede hardware limitato. Non presenta velocità elevate ma è perfettamente adatto per il monitoraggio dove le velocità richieste sono, appunto, contenute.

ModBus è spesso utilizzato dai dispositivi Schneider ma anche su dispositivi più semplici come sensori di temperatura e per il monitoraggio energetico.

 

OPC-UA

È un protocollo industriale multipiattaforma e aperto, sviluppato dalla OPC Foundation. Il nome lascia ben sperare. UA infatti sta per Unified Architecture.

OPC UA soppianta il vecchio OPC, mantenendo tutte le funzionalità del suo predecessore. La forza di OPC-UA è senza dubbio la sua flessibilità. Oltre ai PLC dell’ambito industriale, è infatti supportato da Windows, Linux, iOS ed anche Android.

 

I protocolli presentati sopra non sono altro che una piccolissima parte del mondo dei protocolli industriali. In questo articolo ci siamo limitati a presentarne i principali soprattutto nell'ottica del monitoraggio. Per completezza di informazione, nel settore industriale esistono altri protocolli ad alta affidabilità e prestazioni (uno su tutti EtherCat) ma che poco si sposano con il monitoraggio di impianti.

Per concludere, è facile intuire che non esiste un protocollo migliore di un altro. Semplicemente, protocolli diversi si adattano ad esigenze, hardware e specifiche di progetto diverse. Nell'ottica di standardizzare la comunicazione e di andare in questa direzione di omogeneità di linguaggio, potremmo considerare OPC-UA un protocollo che strizza l’occhio al futuro grazie alla sua versatilità. È stato, infatti, anche ben accolto dai costruttori di dispositivi industriali (i PLC Siemens di ultima generazione S7-1500 supportano nativamente la comunicazione basata su OPC-UA) e allo stesso tempo è supportato dai principali sistemi operativi.

 

Conclusioni

Abbiamo visto come nel mondo industriale convivano numerosi protocolli che differiscono tra loro per prestazioni e modalità di accesso.

T4SM, grazie ad iDaq, la sua piattaforma di raccolta dati, garantisce l’interconnessione e il monitoraggio degli impianti in modo rapido e semplice. iDaq infatti supporta numerosi protocolli di uso industriale dando anche la possibilità di interconnettere macchinari con protocolli non standard. Grazie a ciò, le nostre soluzioni costituiscono un'unica piattaforma per il monitoraggio di macchinari di costruttori, funzionalità e tecnologie differenti.

» Contattaci allo 030 2681510 o alla mail Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. per maggiori informazioni

 

Fonti

[1] https://www.manufacturingtomorrow.com/article/2016/05/5-real-time-ethernet-based-fieldbuses-compared/8044/

[2] https://www.rtautomation.com/technologies/profinet-io/

[3] https://web.archive.org/web/20110727101505/http://mtconnect.org/download/MTConnect%20NEWS%2010_07_08.pdf

[4] http://www.swappa.it/wiki/uploads/Uni/progetto_LR_mcavenaghi.pdf

 

 

 

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“La T4SM è stato e lo è tuttora, un partner fondamentale nel realizzare e migliorare   l’idea di “Smart Factory “ che avevamo in mente, facendola diventare realtà.

Oggi, la nostra azienda ha iniziato un percorso di integrazione e costante implementazione con  software della T4SM  dei ns. plant , consentendoci di gestire i nostri processi produttivi  con dati elaborati in tempo reale, con l’obiettivo di realizzare la  Specialinsert srl 4.0 , in grado di affrontare il mercato globale del presente e del futuro.”

Dott. Franco Pioggia

Headquarter Quality Management

Specialinsert srl

 

 

“La scelta di T4SM si è rivelata più che soddisfacente. Siamo molto soddisfatti del sistema scelto poiché si è dimostrato estremamente efficacie ed innovativo, allo stesso modo siamo rimasti positivamente sorpresi dalla disponibilità e professionalità dei collaboratori T4SM. Senza alcun dubbio la nostra scelta ci permetterà di essere competitivi sul mercato e di distinguerci da tutti i nostri competitors. “

Azienda Avicola Monteverde

 

 

“Nella T4SM abbiamo trovato la professionalità e l’esperienza che cercavamo. La loro disponibilità ci ha permesso di raggiungere il nostro obiettivo in tempi brevi ed ora abbiamo una situazione costantemente aggiornata del processo produttivo.”

Paolo Bonicalzi

Socio

Flexamek Srl

 

“ Da più di venti anni abbiamo deciso, strategicamente, di cercare di combinare il più possibile innovazione e qualità, sia dal punto di vista progettuale che dal punto di vista tecnico produttivo. La scelta di collaborare con la T4SM ci ha permesso di mantenere fede alle nostre linee guida e di migliorare sensibilmente dal punto di vista gestionale/acquisizione dati. Competenza e disponibilità sono le parole chiave se si vuol descrivere la T4SM ed i collaboratori che ne fanno parte.”  

Ottavio Massarenti

Responsabile Produzione

IMT Armaturen Srl

 

“Siamo molto soddisfatti dell’esperienza con T4SM, abbiamo avuto modo di constatare la grande esperienza e professionalità in ogni passaggio dell’interconnessione dei nostri macchinari. Il personale si è sempre dimostrato estremamente disponibile contattando direttamente le aziende produttrici dei macchinari oggetto di interconnessione ed illustrando con la massima precisione i passaggi svolti. Ciò che abbiamo ottenuto è un sistema funzionale, intuitivo e pratico per una gestione più efficiente della nostra azienda, che ci permette di tenere monitorata la produzione ed i consumi.”

Dott.ssa Elisa Mora

Responsabile Commerciale

Rubinetteria Mora

 

 

“Abbiamo richiesto la collaborazione della T4SM in un momento di vera urgenza. Nonostante il poco tempo disponibile la T4SM ci ha fornito un prodotto che ha risposto totalmente alle nostre richieste e che ci ha permesso di raggiungere con successo gli obiettivi prefissati. Vorremmo sottolineare la grande professionalità e disponibilità di tutti i collaboratori interessati al progetto. “

Foppoli Luigi   

Responsabile automazione

Deral S.p.A

 

 

“Nell’ultimo anno abbiamo rinnovato il nostro reparto cernita con l’automazione tecnologica delle strumentazioni già in uso.

Siamo molto soddisfatti di questo nuovo impianto, che è stato il frutto di una stretta collaborazione con il team di esperti di T4SM.

TOOLS for SMART MINDS ha dimostrato buone capacità tecniche e disponibilità, permettendoci di raggiungere l’obiettivo desiderato. ”

Daniele Bettinzoli

Responsabile Ricerca e Sviluppo

Tobanelli SPA

 

“T4SM è stata coinvolta per individuare la soluzione a diverse problematiche che rendevano complessa la realizzazione di un innovativo banco di collaudo. Con estrema competenza, concretezza e velocità è stata in grado di implementare una soluzione efficace e robusta, che ci ha consentito di terminare il progetto con successo.”

Andrea Turati

ICT Department ‑ Business Information Manager

Cembre SPA

 

“Abbiamo trovato in T4SM il partner ideale per risolvere i problemi di interfacciamento delle macchine col MES aziendale; un partner con elevate competenze tecniche, capacità di ascolto attivo e con la giusta efficacia nel problem solving.

Con la loro soluzione è stato facile/possibile risolvere anche i problemi legati all’invio e gestione automatizzata dei Part Program.

Siamo molto soddisfatti dei risultati ottenuti e certi di aver iniziato con T4SM un rapporto di collaborazione destinato a consolidarsi nel tempo.”

Ing. Stefano Bergamaschi

Responsabile Programmazione Produzione

Cembre S.p.A.

 

“Grazie mille per il vostro intervento molto professionale e mirato.

Avete risolto in pochi minuti i problemi con cui stavamo lottando, in modo molto cordiale e tranquillo, ma focalizzato su un livello di alta qualità.

Siamo felici di avere il vostro team a supportarci e i vostri software per il nostro banco di collaudo.”

Nicolaus Hirsch -  CEO / General Manager -  A. Linnepe GmbH

"Sono molto soddisfatto di questo nuovo macchinario che completa molto bene le lavorazioni del reparto pulitura. Sono molto contento della collaborazione avuta con la T4SM perché tutti i collaboratori hanno dimostrato oltre alla disponibilità, buone capacità tecniche precise e puntuali che mi hanno permesso di raggiungere il mio obiettivo in tempi brevi ed insperati." 

Luigi Bigoloni Presidente MANITAL SRL 

“Con T4SM è stato integrato nel nostro processo un sistema in grado di controllare lo stato della produzione, di monitorare i consumi energetici, di controllare i costi e i margini di prodotto e commessa.

Il Sistema sviluppato da T4SM è in grado di offrire un quadro completo dell’andamento delle operazioni e dei risultati aziendali, agevolando i processi decisionali della proprietà.

T4SM ha la forza e la tempestività di cogliere le esigenze dell’azienda e realizzarle in tempi rapidi mettendo a disposizione risorse di alta professionalità. “

 

Roberto Cimaschi

Operation Manager

BONPRESS SRL 

“TOOLS for SMART MINDS è stata selezionata, nel panorama delle software house presenti sul mercato, per la competenza e la capacità di dare concretezza ai nostri progetti. Iniziando un percorso per noi completamente nuovo, abbiamo voluto fortemente un partner tecnico in grado di dare forma alle nostre idee, di supportarci a tutti i livelli nell’ingegnerizzazione e nella realizzazione del nuovo software di manutenzione predittiva.

L’approccio dialettico, il confronto continuo e le proposte innovative che TOOLS for SMART MINDS ha dimostrato ci hanno permesso di raggiungere gli obbiettivi prefissati.”

Tiziana Tronci -  Responsabile sviluppo nuovi prodotti -  GEFOND

“La collaborazione con T4SM è stata importantissima per la realizzazione della nostra nuova fabbrica digitale 4.0. Non solo ha proposto soluzione innovative ed efficaci, ma ha dimostrato grande capacità ed energia nell’implementazione sul campo della progettualità coordinando e stimolando tutte gli attori coinvolti nel processo.”

Giancarlo Paris -  Titolare -  METALP

“Siamo pienamente soddisfatti della soluzione sviluppata da T4SM poiché, per quanto ci abbia fornito una soluzione evoluta e complessa, che traccia con efficacia tutti i dati delle fasi del nostro processo di taratura dei nostri prodotti, l’interfaccia è user friendly e gli operatori hanno imparato a gestire il processo velocemente, in completa autonomia.”

Ing. Riccardo Dusi -  ICT Manager -  WONDER SPA

“Siamo molto soddisfatti di T4SM, per il loro supporto professionale e competente. All’interno delle soluzioni da loro sviluppate, abbiamo trovato una risposta efficace alle nostre esigenze di laboratorio, che richiedono flessibilità e affidabilità. Il loro sistema ha reso il nostro lavoro più facile e possiamo ora concentrarci meglio sui nostri obiettivi.”

Francesco Chebat -  R&D Corporate Manager -  Rulmeca Holding

“Cercando di risolvere un problema di interconnessione produzione - magazzino - gestionale, e consigliati da un nostro storico fornitore, abbiamo avuto il piacere di conoscere l’Ing. Vivante e la T4SM.

Dopo una breve analisi, abbiamo immediatamente individuato la soluzione e stabilito i tempi di realizzazione. 

T4SM ha dimostrato competenza tecnica e serietà, collaborando con i vari soggetti coinvolti nel progetto e permettendo quindi di raggiungere l'obiettivo.”

Luca Moro

Amministratore

MORO Aratri Srl

 

“La scelta di T4SM come fornitore è stata azzeccata perché è stato in grado di comprendere e interpretare le nostre esigenze, proporci soluzioni per il raggiungimento dei nostri obiettivi, in una collaborazione proficua e serena.”

Roberto Poli -  Director -  PIZETA

“Con il team T4SM abbiamo finalmente trovato la tecnologia che ci consentirà di fare un importantissimo step in termini di quantità e qualità della raccolta dati, in modo da poter aspirare ad entrare in mercati altamente specializzati e sofisticati dove le tolleranze delle guarnizioni da produrre sono veramente molto strette.  

La disponibilità e competenza poi trovata con l’Ing. Vivante ci stimolerà ulteriormente a cercare soluzioni sempre più performanti per i nostri prodotti.”

Andrea Belometti -  Presidente -  Guarnimed

“Con il team T4SM abbiamo finalmente trovato la professionalità, l’esperienza e la tecnologia che ci permetterà di fare un grosso passo in avanti in termini di quantità e qualità dei dati di processo raccolti. Tutto questo ci offre la potenzialità per poter accedere a mercati internazionali fortemente specializzati e competitivi.”

Daniele Vacchelli -  Amministratore -  THERMO ENGINEERING SRL

“Sono molto soddisfatto della collaborazione che abbiamo avuto con la T4SM nella realizzazione di questo progetto. Oltre a dimostrare una notevole competenza tecnica e progettuale, hanno saputo proporre soluzioni innovative e molto utili, che ci permettono ora di avere una situazione costantemente aggiornata e monitorata del nostro processo produttivo.”

Osvaldo Ogliari  -  Titolare - Ogliari 

“Siamo ampiamente soddisfatti della collaborazione con T4SM perché sono stati capaci di tradurre le necessità di organizzazione e gestione della nostra produzione che avevamo, permettendoci così di monitorare costantemente il processo produttivo in maniera tale da averne veri e propri benefici.”

Guido Brevi -  Titolare -  CAST SYSTEM 

“T4SM è stato un partner ottimo. Abbiamo affrontato con professionalità e serietà il completamento della procedura Industry 4.0.

L’Ing.Vivante ed il suo staff hanno seguito in modo egregio i rapporti con i nostri fornitori permettendoci di raggiungere in tempi brevi gli obiettivi prefissati.

Sicuramente un fornitore-collaboratore prezioso!”

Tonini D.ssa Roberta  -  Amministratore - C.T.B. 

“La scelta di T4SM come fornitore è stata vincente perché il loro sistema ci permette ora di avere una situazione costantemente aggiornata e monitorata del nostro processo.”

Daniela Arrigoni  -  CEO - VERINCOLOR

“La nostra azienda era alla ricerca di un partner in grado di interconnettere i nostri nuovi macchinari al sistema gestionale in sviluppo. La nostra richiesta era di avere a disposizione tutti i dati relativi alla lavorazione, interconnetterli con il sistema gestionale che stavamo sviluppando e poterli gestire da un’unica postazione, riuscendo a rientrare nel piano di sviluppo dell’Industria 4.0. La scelta di affidarci a T4SM come fornitore è stata presa dopo alcuni incontri ed è risultata vincente. In pochissimo tempo sono riusciti a sviluppare quanto richiesto interfacciandosi direttamente anche con chi stava sviluppando il sistema gestionale. Visto l’ottimo lavoro abbiamo deciso di affidare a T4SM anche l’ampliamento dell’interconnessione degli altri macchinari.”

Marco Carminati -  Resp. Produzione e Logistica -  F.lli Carminati Snc

“Sono molto soddisfatto della realizzazione di questa nuova linea produttiva che realizza pienamente gli obiettivi e le aspettative che mi ero posto nella fase progettuale. Sono estremamente contento della collaborazione avuta con la T4SM perché, oltre ad una disponibilità precisa e puntuale, hanno mostrato una notevole competenza tecnica e progettuale proponendomi soluzioni innovative insperate.

Inoltre l’attenzione nel coordinare i vari fornitori mi è stata utilissima e molto preziosa. Raramente mi è capitato un fornitore che sollecitasse il cliente. Sicuramente in futuro mi sarà molto utile la sua collaborazione nell’implementare un controllo di processo in altri reparti dell’azienda.”

Alberto Bugatti -  Founder -  Inox House

“Il supporto di T4SM è sempre stato tempestivo e puntuale, sono sempre riusciti a soddisfare le nostre esigenze e trovare la soluzione ai problemi avvenuti in fase di avviamento della nuova strumentazione. Il software fornito ha ampiamente rispettato le nostre aspettative ed è risultato di facile impiego.”

Roberto Albanello CNH Industrial

“Sicuramente il miglior fornitore con cui abbiamo collaborato. Grande attenzione nel soddisfare le specifiche richieste. Professionalità e reattività nella risoluzione di qualsiasi tipo di problema. Il risultato, poi, ci ha permesso di risparmiare ben tre giorni di lavoro per ogni test eseguito, con una flessibilità di analisi dei dati unica.”

G. P. Bonelli Advanced Technology Manager Toyota Material Handling Manufacturing Italy Spa

“Il servizio offerto da T4SM è assolutamente positivo. I loro punti forti sono competenza, flessibilità e velocità nell'offrire una soluzione. Il software è molto facile da usare, completo e soddisfa pienamente le nostre esigenze. Grazie al sistema proposto abbiamo ora maggiore conoscenza di ciò che accade durante il test.”

Ing. Simone Bertoli, Ing. Alessandro Gamba  Application Engineer and R&D Manager Carlisle Brake & Friction

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