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GENNAIO-FEBBRAIO 2025 FIELDBUS & NETWORKS 17 Fieldbus & Networks di campo, come sensori e attuatori, senza interrompere il segnale analogico di processo 4-20 mA, e mantenendo la piena compatibilità con le infrastrutture esistenti. Infatti, al segnale analogico 4-20 mA, che continua a rappresentare il valore di processo principale (usato per temperatura, pressione, livello ecc.), viene so- vrapposto un segnale digitale con modulazione FSK (Frequency Shift Keying): due frequenze specifiche, pari a 1.200 Hz e 2.200 Hz, sono utilizzate per rappre- sentare rispettivamente i bit ‘1’ e ‘0’, con i quali costruire le parole digitali che vengono scambiate. Pertanto, la comunicazione analogica e quella digitale pos- sono coesistere senza interferenze. La velocità di trasmissione è di 1.200 baud, inteso come simboli trasmessi nell’unità di tempo e, quindi, corrispondente a 1.200 bps) e la comunicazione è bidirezionale ma half-duplex. Basato sullo stan- dard Bell 202, il segnale digitale modula la corrente nel circuito con un segnale di ampiezza 0,4 mA ma a media nulla (si veda la figura 1), che, pertanto, non interferisce con il segnale analogico sovrapposto. Distanze di comunicazione nell’ordine di diversi km possono essere facilmente raggiungibili. Hart è un protocollo di tipo master-slave: un dispositivo master, come per esempio un DCS o un PLC, invia inizialmente delle richieste ai dispositivi slave, ovvero sensori o attuatori, che rispondono fornendo dati di processo, diagnostica o configurazione. In una rete possono esserci 2 master: quello primario, generalmente il sistema di controllo, e quello secondario, per esempio un dispositivo configuratore portatile; normalmente, quindi, si possono eseguire diverse (2 o 3) comunicazioni al secondo tra master e slave. Sebbene sia possibile una modalità di comunicazione punto-a-punto, nella quale il singolo dispositivo slave ha una connessione ‘dedicata’ con il master, la topologia più versatile è quella detta ‘multi-drop’, dove i dispo- sitivi slave condividono lo stesso bus e il master può essere posizionato in qualunque punto; in questo caso, ogni trasmettitore ha un indirizzo diffe- rente (compreso tra 1 e 15 nel caso di Hart5, e tra 1 e 63 nel caso di Hart7) e l’uscita del trasmettitore è fissata al valore analogico minimo (4 mA) o meno. È anche prevista una modalità detta ‘broadcasting’, nella quale i trasmettitori hanno tutti l’indirizzo ‘0’, come nel caso del punto-a-punto, ma sono comunque accessibili individualmente attraverso un multiplexer. Un multiplexer Hart si posiziona tra il sistema di controllo (master primario) e i dispositivi di campo, e agisce come un intermediario per raccogliere e instradare i dati digitali, ancora una volta senza interferire con il normale funzionamento del segnale analogico. Il multiplexer svolge il ruolo di ma- ster secondario Hart e si preoccupa di scansionare ciclicamente i dispositivi fisicamente a esso collegati. L’ industria di processo, capitanata dalle applicazioni nel settore oil&gas e utility, e caratterizzata da una produzione continua in impianti di ele- vata estensione, ha nel lungo ciclo di vita degli impianti (anche diversi decenni) e nell’elevato livello di rischio (derivante, per esempio, dalla gestione di materiali pericolosi quali sostanze tossiche, infiammabili o esplosive) i suoi requisiti chiave. Ovviamente, queste ‘necessità’ hanno da sempre avuto un notevole impatto sulle caratteristiche dell’infrastruttura di comunicazione destinata al monito- raggio, al controllo e all’ottimizzazione delle operazioni in ambienti che, per loro natura, sono spesso remoti e difficili, perché caratterizzati da tempera- ture e umidità estreme, esposizione alla corrosione e ad atmosfere potenzial- mente esplosive (Atex). Ed è per questo che, generalmente, l’adozione delle tecnologie più recenti, più performanti ma anche più complesse di quelle proprie delle generazioni precedenti, è spesso stata malvista, nonostante i potenziali vantaggi a livello, per esempio, di capacità di monitorare e con- trollare in maniera semplice ed efficace asset distribuiti su aree sempre più vaste, come pipeline, piattaforme offshore e serbatoi. Non a caso, tuttora le comunicazioni analogiche, che in altri settori sono state completamente soppiantate, in questo ambito convivono con gli standard digitali più recenti. Da qui, la necessità di integrare una varietà di mezzi trasmissivi, dal doppino dell’ormai ‘preistorico’ 4-20 mA, al più recente Ethernet industriale, sia su rame, sia su fibra o wireless, e di garantire l’interoperabilità con una serie disparata di protocolli di comunicazione. Inoltre, la flessibilità e le prestazioni che le tecnologie più recenti offrono, sono spesso messe in secondo piano dalla necessità di un’elevata affidabilità e di- sponibilità, in modo da garantire la continuità delle operazioni anche in caso di guasti o interruzioni; da qui le strategie di ridondanza, che prevedono l’imple- mentazione di percorsi di comunicazione alternativi per minimizzare i tempi di inattività. In generale, poi, restano fondamentali i requisiti in termini di bassa latenza, soprattutto negli scenari più critici, come il controllo in tempo reale di processi industriali, piuttosto che la capacità di supportare il trasferimento di grandi volumi di dati, anche verso piattaforme cloud, come nel caso della manutenzione preventiva. Infine, tenuto conto delle esigenze aziendali, quali per esempio l’allargamento di un sito produttivo e, di conseguenza, l’aggiunta di nuovi impianti e dispositivi (sensori/attuatori), la scalabilità è un’altra caratte- ristica imprescindibile. Più recentemente, sono diventate significative in questo ambito anche le capacità di resistenza agli attacchi informatici, dettate dalla crescente digitalizzazione del settore e conseguente integrazione con le reti del mondo office, e di efficienza energetica. Queste caratteristiche, essenziali per migliorare la si- curezza, ottimizzare le operazioni e ridurre i costi nel settore dell’industria di processo, sono alla base della trasformazione che gli standard per il processo hanno subito nel tempo, per esempio passando dal protocollo Hart a WirelessHart, fino al più recente Ethernet APL. Il ‘caso’ Hart Il protocollo Hart (Highway addressable remote transdu- cer), sviluppato dall’azienda Rosemount nell’ormai lon- tano 1986, è stato la risposta a quella che allora era la sempre più pressante esigenza di trasferire informazioni diagnostiche e di configurazione da e verso i dispositivi La modulazione FSK-Hart sovrapposta al loop di corrente analogico