Ecco cosa impariamo oggi:
Introduzione alla rete Ethernet /IP.
I pacchetti di dati nella comunicazione Ethernet.
Il modello TCP/IP.
I protocolli IP (Industrial protocol) e il protocollo CIP (Industrial Common Protocol).
Introduzione alla rete Ethernet /IP.
Nel mondo dell’automazione industriale i bus e le reti di comunicazione svolgono un ruolo fondamentale, del resto oggi assistiamo alla diffusione di applicazioni d’automazione sempre più distribuite, e di conseguenza senza adeguate reti per supportare l’integrazione dei prodotti, questo non sarebbe possibile.
Tra le varie reti a disposizione oggi ce n’è una molto performante che si chiama Ethernet/IP, e che nasce dall’unione del protocollo Ethernet (IEE 802.3) e il protocollo industriale IP (Industrial Protocol).
Quando parliamo di Ethernet solitamente pensiamo alla rete fisica, alle porte ethernet e a quella che chiamiamo comunemente LAN (Local Area Network). In effetti però Ethernet, come appena accennato, è un protocollo di rete, che lavora con altri protocolli, stacks, layers e altro; risulta naturalmente più semplice riferirsi semplicemente a “Ethernet”.
I pacchetti di dati nella comunicazione Ethernet.
In una rete di apparecchiature, i dati vengono scambiati utilizzando dei pacchetti, il protocollo ethernet interviene nella gestione di questo scambio, il quale deve avvenire secondo certe regole.
Per trasportare i pacchetti si utilizzano i protocolli di trasporto, tra questi uno dei più conosciuti è il TCP (Transmission Control Protocol), che nella versione TCP/IP trova largo utilizzo sulla rete Internet.
Visto che la sigla IP può assumere significati diversi, è bene non confondere il protocollo IP di Internet (Internet Protocol) con il protocollo industriale IP (Industrial Protocol). Quando parliamo di TCP/IP parliamo di protocollo internet, quando parliamo di Ethernet/IP parliamo di protocollo industriale.
Il modello TCP/IP.
Il protocollo TCP/IP è composto da alcuni layers (strati): il layer applicazione, quello TCP, lo strato IP e quello della rete. Su ognuno di questi strati si svolgono diverse funzioni, a questo proposito puoi leggere l’articolo dedicato al modello di comunicazione OSI quì.
Quando un apparecchio deve trasmettere dei dati, passa li stessi al layer applicazione, il quale utilizza protocolli come http, ftp, pop, dns, imap e altri per processarli. Successivamente questi dati vengono passati al protocollo di trasporto TCP che si occupa di impacchettare e spacchettare i dati da trasportare, nonché di controllare alcuni errori.
I dati dallo strato TCP vengono inviati al layer sottostante IP per essere trasmessi sulla rete Ethernet o su Internet, utilizzando altri protocolli.
Questo processo si compie sia in un verso (trasmissione di dati) che nell’altro (ricezione dei dati).
Nella prossima immagine vediamo i modelli TCP/IP e OSI. Notiamo che nel modello TCP/IP i layers Application, Presentation e Session sono tutti nel layer Application.
Tra i protocolli di trasporto è elencato anche l’UDP, mentre tra i protocolli di rete abbiamo, oltre che al protocollo IP, anche ARP, ICMP e IGMP.
Lo strato dell’interfaccia di rete è composto dai due strati Data Link e strato fisico.
I protocolli IP (Industrial protocol) e il protocollo CIP (Industrial Common Protocol).
Adesso che abbiamo visto in cosa consiste la parte Ethernet della rete Ethernet/IP, occupiamoci del protocollo industriale IP.
Questo protocollo utilizza modelli di comunicazione industriale come il CIP (Common Industrial Protocol), sviluppato da Allen Bradley e oggi gestito dall’azienda ODVA.
Il protocollo CIP è utilizzato, oltre che nella rete Ethernet/IP anche nella rete DeviceNet e ControlNet, quest’ultima di Rockwel Automation.
A seconda del tipo di apparecchiatura impiegata nell’automazione, nella rete vengono trasmessi i dati utilizzando o il protocollo di trasporto TCP oppure quello chiamato UDP (User Datagram Protocol). Senza scendere troppo nei particolari, il primo viene utilizzato quando la comunicazione richiede conferme della ricezione dei dati, il protocollo UDP invece funziona a senso unico e non sono inviate conferme.
Per chiarire meglio questi concetti, immaginiamo di avere un PLC che comunica con un inverter. In questo tipo di comunicazione passiamo all’inverter dei comandi per gestire il motore, e riceviamo dall’apparecchio lo stato del motore stesso.
In questo caso è meglio avere un controllo minuzioso della comunicazione, oltre che per assicurare la funzionalità, anche per motivi di sicurezza; per cui il protocollo TCP sarà quello più utile.
Se invece supponiamo di avere un trasmettitore di portata che invia il valore di portata al PLC, in questo caso anche se un pacchetto di dati non viene ricevuto non succede nulla perché dopo pochi millisecondi il prossimo pacchetto arriverà; il protocollo UDP può essere in questo caso sufficiente.
Nella prossima immagine troviamo riassunto quanto appena visto.
Per riassumere tutto ciò che abbiamo detto sulla rete Ethernet/IP, possiamo dire che essa sfrutta la tecnologia Ethernet per trasferire i pacchetti di messaggi in rete, avvalendosi del protocollo di trasporto TCP oppure UDP.
Sopra tutto questo abbiamo il protocollo CIP che rappresenta il protocollo industriale IP che funge da interfaccia tra l’applicazione e la rete.