La scelta del protocollo di comunicazione corretto è fondamentale affinché i PLC possano connettersi in modo affidabile con i sistemi SCADA, le interfacce HMI e altri dispositivi. Questa guida illustra in dettaglio 10 protocolli comuni, le loro caratteristiche e le tipiche applicazioni industriali, per aiutarti a fare la scelta giusta.
10 protocolli di comunicazione comuni per i PLC
N. 1 Ethernet/IP
Ethernet/IP è un protocollo aperto a livello di applicazione. È destinato esclusivamente all'uso domestico e aziendale. Non è progettato per funzionare in applicazioni industriali. Si tratta di una versione avanzata dello standard Ethernet. Il protocollo è stato sviluppato da Rockwell Automation.
N. 2 Modbus
Modbus è un protocollo basato sulla tecnologia master-slave per il trasferimento di informazioni tramite linee seriali o Ethernet. Si suddivide a sua volta in Modbus RTU, Modbus ASCII e Modbus TCP/IP.
N. 3 Profibus e Profinet
PROFIBUS è un classico bus di campo seriale. PROFINET è un tipo di Ethernet industriale caratterizzato da velocità più elevate, maggiore larghezza di banda e messaggi più grandi. Il protocollo PROFIBUS è progettato per la comunicazione ad alta velocità con dispositivi I/O distribuiti (I/O remoto). Il sistema PROFIBUS utilizza un master di bus per interrogare i bus seriali RS485 con dispositivi I/O DP distribuiti in configurazione multipunto. Il sistema PROFIBUS utilizza un master di bus per interrogare i dispositivi I/O DP distribuiti in più punti sul bus seriale RS485.
N. 4 EtherCAT
Sviluppata originariamente da Beckhoff Automation, EtherCAT è una tecnologia Industrial Ethernet in tempo reale incentrata su tempi di ciclo brevi (<= 100 us). Ogni dispositivo legge i dati contenuti nel proprio frame e li inserisce nel frame man mano che questo procede a valle. Il flusso di dati può variare da pochi bit a kilobyte di informazioni. Se il controllore richiede informazioni da un solo dispositivo, il flusso di dati sarà più breve e più veloce rispetto alla raccolta di informazioni da tutti i dispositivi.
N. 5 Optomux
Optomux è un protocollo di rete seriale che opera su RS-232/RS-485 e si basa sullo standard ASCII. È stato sviluppato da Opto22. Protocolli simili a questi standard sono Interbus e DirectNet.
N. 6 DF-1
DF-1 è un protocollo asincrono, orientato ai byte, utilizzato per comunicare con i dispositivi Rockwell basati su RS-232.
N. 7 Interbus
Interbus è un protocollo di rete seriale che opera su RS-232/RS-485 e si basa sullo standard RTU. Sviluppato da Phoenix Contact.
N. 8 HostLink
HostLink: questo protocollo è stato sviluppato sulla base del protocollo ASCII, che viene solitamente utilizzato per comunicare tramite RS232 o RS422.
N. 9 Data Highway (DH+)
Si tratta di un protocollo sviluppato da Rockwell Automation che utilizza trasformatori per accoppiare segnali differenziali; ciò significa che il trasmettitore e la stazione ricevente non devono necessariamente trovarsi allo stesso potenziale di terra. Funziona secondo il principio della segnalazione differenziale. Utilizza due fili per la trasmissione dei dati, che vengono rappresentati dalla differenza di tensione tra i due fili. In questo caso, i dati vengono trasmessi tramite tensione differenziale e il rumore viene facilmente eliminato su entrambi i fili. Per la comunicazione utilizza la trasmissione half-duplex. Si tratta di un protocollo molto datato, utilizzato esclusivamente per i PLC Rockwell. Oggi è obsoleto e viene utilizzato raramente. È adatto ai protocolli a passaggio di token e utilizza linee a relè con derivazioni.
N. 10 CAN
Il protocollo CAN è un protocollo a livello di applicazione che utilizza messaggi peer-to-peer per comunicare con vari dispositivi. Si tratta di un sistema di comunicazione multi-master-slave dotato di un dizionario degli oggetti che contiene tutte le funzioni di un dispositivo. Si tratta di un metodo di comunicazione pratico che utilizza oggetti di comunicazione standard per dati in tempo reale (PDO), dati di configurazione (SDO), timestamp, messaggi di sincronizzazione, messaggi di emergenza, messaggi di avvio, messaggi NMT e messaggi di controllo degli errori, oltre ad altri dati. In una configurazione hardware, è necessaria la terminazione sul dispositivo finale per stabilire la comunicazione lungo l’intero collegamento.
Confronto rapido dei protocolli di comunicazione più diffusi per i PLC
La tabella seguente offre una rapida panoramica dei protocolli di comunicazione PLC più comuni, indicando il tipo di comunicazione, la velocità relativa e le tipiche applicazioni industriali. Sebbene le prestazioni effettive dipendano dall'implementazione e dalla progettazione della rete, questo confronto può aiutarti a identificare rapidamente quale protocollo sia più adatto a un particolare progetto di automazione.
| Protocollo | Tipo di comunicazione | Velocità relativa | Applicazione tipica |
|---|---|---|---|
| Ethernet/IP | Ethernet industriale | Alto | Sistemi Rockwell Automation |
| Modbus RTU | Seriale | Basso | Comunicazione tra PLC e dispositivo |
| Modbus TCP | Ethernet | Medio | SCADA e reti industriali |
| Profibus | Bus di campo seriale | Medio | Automazione industriale tradizionale |
| Profinet | Ethernet industriale | Alto | Automazione industriale in tempo reale |
| EtherCAT | Ethernet in tempo reale | Molto alto | Controllo del movimento e robotica |
| Optomux | Seriale (ASCII) | Basso | Comunicazione I/O remota |
| DF1 | Seriale | Basso | Comunicazione PLC Allen-Bradley |
| Interbus | Bus di campo | Medio | Reti industriali distribuite |
| HostLink | Seriale | Basso | Comunicazione PLC Omron |
| Data Highway Plus (DH+) | Rete proprietaria | Medio | Sistemi Rockwell di vecchia generazione |
| CAN | Bus di campo | Medio | Controllo nel settore automobilistico e dei sistemi embedded |
Come illustrato nella tabella sopra riportata, i protocolli basati su Ethernet, quali EtherCAT, Profinet ed Ethernet/IP, dominano il panorama dell’automazione industriale moderna, mentre Modbus, Profibus e altri protocolli seriali continuano a svolgere un ruolo importante nei sistemi legacy e nelle applicazioni in cui il fattore costo è determinante.
Sfide relative all'integrazione dei protocolli di comunicazione dei PLC
Sebbene sia importante comprendere i singoli protocolli di comunicazione dei PLC, molti progetti di automazione prevedono l’utilizzo di più protocolli all’interno dello stesso sistema. L’integrazione di dispositivi di produttori diversi richiede spesso la conversione dei protocolli, la raccolta dei dati e la gestione centralizzata. Di conseguenza, i gateway industriali sono diventati una soluzione pratica per collegare PLC, HMI, sistemi SCADA e piattaforme cloud che utilizzano standard di comunicazione diversi.
Ad esempio, Gateway perimetrali serie EG IOTRouter Supporta il collegamento di PLC delle principali marche, tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, SIEMENS, MELSEC, OMRON, LSis, AllenBrandly, Beckhoff, Inovance, Keyence, Panasonic, Delta, XinJE, MegMeet, Yaskawa, Fatek, Vigor, Fuji e così via.
Sintesi
In pratica, non esiste un unico protocollo di comunicazione PLC adatto a ogni scenario. Modbus e Profibus rimangono affidabili per i sistemi legacy, EtherCAT e Profinet eccellono nell’automazione ad alta velocità, mentre CAN è ideale per le reti distribuite o automobilistiche. Nei progetti reali, la sfida raramente consiste nella scelta di un unico protocollo, ma piuttosto nel garantire che dispositivi, sistemi e fornitori possano comunicare in modo efficace attraverso più protocolli. Dedicare il tempo necessario a comprendere i punti di forza e i limiti di ciascun protocollo e a pianificare l’interoperabilità è fondamentale per realizzare un sistema di automazione stabile, efficiente e a prova di futuro.
