Appunti di Reti dati per applicazioni industriali

EDGE-EGPRS

È in grado di fornire prestazioni fino a tre volte superiori rispetto al traffico

GPRS. Vengono mantenute invariate le caratteristiche relative alla

modulazione di pacchetto.

UMTS

La rete UMTS è a modulazione di pacchetto con codifica CDMA (code division

multiple access) grazie alla quale tutti gli utenti possono usare

contemporaneamente la stessa banda, poiché a ogni utente viene assegnata

una particolare sequenza di codice.

La tecnologia UMTS è adatta a qualsiasi tipo di applicazione. L’unico

svantaggio è nella copertura, che è ancora inferiore rispetto alla tecnologia

GMS che copre il 99% della popolazione. In assenza della copertura il segnale

viene trasferito automaticamente su GPRS, senza la perdita di connessione.

LTE (Long Term Evolution)

È l’evoluzione degli standard di telefonia mobile UMTS. Con LTE si intende la

rete 4G.

ZigBee

ZigBee è uno standard di comunicazione wireless a basso consumo

energetico. Specifica una serie di protocolli di comunicazione ad alto livello,

utilizzato da dispositivi radio di bassa potenza e con modulazione digitale.

Sono protocolli progettati per l’uso in applicazioni embedded che richiedono un

basso transfer rate e bassi consumi. Ci sono tre differenti tipi di dispositivi

ZigBee:

-ZigBee Coordinator, che è il dispositivo più ‘intelligente’, è la base di una rete

ZB, e può operare come gateway tra più reti. Ogni rete ne può avere uno solo.

-ZigBee Router, agisce come instradatore intermedio.

-ZigBee End Device, include solo le funzionalità per dialogare con il suo nodo

parente, non può trasmettere dati provenienti da altri dispositivi, solitamente

ospitano l’applicazione finale.

RF-ID

RF-ID è la tecnologia di identificazione automatica in radiofrequenza di oggetti,

animali o persone tramite la lettura a distanza di informazioni contenute in un

sistema di microchip-antenna chiamato transponder o tag. È composta da un

trasponder che contiene le informazioni relative all’oggetto da identificare, e da

un lettore, reader, che interroga e riceve le informazioni dal tag.

Il tipo di trasmissione dei dati tra lettore e transponder differisce in base alle

caratteristiche del tag usato.

Nel contesto industriale, la necessità di creare macchine e linee di

assemblaggio automatiche, flessibili ed efficienti ha spinto i costruttori di

tecnologie automatizzate verso l’uso dei sistemi RF-ID.

Questi sistemi consentono di seguire un prodotto lungo tutto il processo

produttivo, senza la perdita di dati. Le informazioni vengono memorizzate nel

tag, che può essere scritto/letto durante tutto il percorso automatizzato. In

questo modo si ha una gestione efficiente e precisa dei dati.

LoRa

Le tecnologie LoRa (Long Race) e SIGFOX sono molto diffuse e progettate per

far comunicare fra loro dispositivi a basso consumo energetico in aree

geografiche ampie, LPWAN (Low Power Wide Area Network). Queste

tecnologie sono popolari nell’ambito dell’industrial IoT e delle Smart City.

Questi consentono il monitoraggio dei dati su vasti territori con una buona

penetrazione del segnale, consumando poca energia e mantenendo costi

relativamente bassi.

Può essere usato, ad esempio, per controllare la posizione degli animali

all’interno di estese aree geografiche.

C’è un concentratore che raccoglie le informazioni e le invia al server.

NB-IoT

L’NB-IoT (Narrowband Internet of Things) è progettato principalmente per

fornire una copertura interna, economica e con batteria a lunga durata. È

ottimizzata per situazioni in cui c’è un’elevata densità di dispositivi connessi e

una copertura estesa. Utilizza una versione ridotta dello standard LTE,

limitando notevolmente la larghezza di banda, è quindi una specializzazione

all’interno della rete 4G.

Utilizza una banda molto ridotta perché serve per i sensori, che quindi

producono pochi dati.

Differenze LoRa e NB-IoT

LoRa è più vecchio come sistema, e utilizza bande senza licenza, quindi, tutti

possono trasmettere su quella stessa banda, e può esserci interferenza. Il

sistema LoRa è più consigliato per ambienti rurali, mentre NB-IoT è più

performante in ambito urbano.

Ultra wide band (UWB)

Con ultra wide band si indica una tecnica di trasmissione che trasmette e riceve

segnali usando impulsi di energia a radiofrequenza di durata estremamente

ridotta, nell’ordine dei picosecondi e nanosecondi. Garantisce una

localizzazione molto accurata, alte velocità di connessione, resistenza alle

interferenze.

5G

È la quinta generazione di connettività radiomobile. La differenza con le

precedenti generazioni sta nel fatto che, prima si puntava di generazione in

generazione a dare agli utenti mobili una maggiore velocità. Lo scopo

principale era dare un data rate più alto possibile a un maggior numero di utenti

possibile.

Invece nel caso del 5G, si utilizzano nuovi spettri di frequenze, più alti, in modo

da avere più bande a disposizione, poiché le bande a frequenze più basse

sono già occupate da altri servizi. Il problema dell’utilizzo di frequenze più alte

è che il raggio di copertura è minore; quindi, serviranno molte più stazioni base

del 5G. Inoltre, si ha un uso più efficiente dello spettro, circa 3 volte maggiore

rispetto al 4G, poiché inserisce più utenti all’interno della stessa banda.

La differenza fondamentale è l’architettura di rete: nelle generazioni precedenti

ogni provider (vodafone, tim, …) aveva la sua rete, il suo hardware. Invece nel

caso del 5G la situazione è diversa le aziende che costituiscono l’hardware

della rete non sono le stesse che offrono i servizi di connessione agli utenti.

Quindi c’è un’unica rete fisica, che ha più padroni.

Le prestazioni della rete 5G, ovviamente, sono notevolmente superiori. Le

connessioni aumentano da 10k per km2 a 1000k per km2, in questo modo

sono possibili dei servizi di massive internet of things; quindi è possibile

connettere alla rete un numero incredibile di sensori.

Sistemi cyber-fisici

Affianco a un sistema fisico, ad esempio, di produzione, uno digitale. Questo

percepisce l’informazione, la analizza e decide se deve attuare qualcosa. Sono

tecnologie che prevedono la coesistenza di sistemi fisici e virtuali, in modo da

creare un mondo interconnesso, formato da oggetti intelligenti che comunicano

fra loro. Aumenta l’efficienza del sistema fisico, la risoluzione dei problemi

avviene in modo più rapido. Sistema fisico industriale:

lo strato IT e quello OT sono ben definiti.

Il sistema cyber-fisico tende a creare una

copia digitale del sistema fisico. Nel

sistema cyber-fisico la raccolta, l’analisi

e la rappresentazione dei dati

avvengono in real time.

Simulazioni

Le simulazioni fra macchine connesse, IoT, il cloud e l’analisi dei big data

lavano insieme per creare il ‘gemello digitale’. Cioè una versione virtuale di un

processo, prodotto o servizio, che può adattare i comportamenti in base ai

parametri controllati dagli utenti. In questo modo è possibile simulare le

decisioni prese a livello manageriale.

Cloud computing

il cloud computing è l’insieme di risorse e servizi informatici condivisi tramite

tecnologie web. I vantaggi non riguardano solo gli aspetti economici, come la

riduzione dei costi iniziali, ma comprendono anche la liberazione di risorse

umane, l’accessibilità da dispositivi mobili, e politiche di sicurezza dei dati

uniformi, per proteggere il sistema nel complesso.

Big Data

Il big data management coinvolge processi e tecnologie per l’acquisizione,

l’estrazione e la rappresentazione di informazioni. In modo da memorizzare le

informazioni su un’infrastruttura. Vengono trattate quantità di dati enormi.

È molto importante avere sistemi di sicurezza in modo da proteggere i propri

dati; il rischio che si corre non è solo quello di essere derubati dei propri dati,

ma che vengano alterati, o ad esempio, che venga bloccato un macchinario di

produzione.

PLC – Controllore Logico Programmabile

Controllo di un processo

Il controllo di un processo avviene in quattro fasi:

1- Rilevamento dello stato di processo.

2- Elaborazione dei segnali attraverso un controllore.

3- Invio al processo le azioni da eseguire.

4- Dialogo con un dispositivo, con il processo per ricevere informazioni.

Queste operazioni sono eseguite in modo estremamente veloce, e continuo,

in particolare per le prime fasi; cioè fra organi di rilevamento, controllore e

organi di comando la comunicazione deve essere rapidissima.

Organo di controllo: è un box che dati alcuni input da in uscita degli output, in

tempi veloci. Questo può avvenire in due modi, cioè seguendo la logica cablata

o la logica programmabile.

La prima è un qualcosa di fisico, una serie di cavi e di dispositivi, che dati alcuni

input restituiscono degli output, è una specie di computer costruito per fare una

sola cosa. Possono essere di tipo elettromeccanico o elettronico. L’elettronica

rende gli spazi un po’ più compatti, maggiore affidabilità, e una versatilità

leggermente maggiore.

La logica programmabile, invece, rende più flessibile la struttura, perdendo un

po’ di affidabilità. Possono essere PLC e PC.

Il PLC è un dispositivo che nasce per virtualizzare un circuito elettronico, quindi

non ha grandi doti computazionali, ma è molto affidabile, al contrario dei

computer. I computer permettono di sviluppare logiche molto più complesse,

ma diminuisce l’affidabilità.

Logica cablata

È costituito da un sistema in cui le funzioni decisionali si ottengono collegando

fisicamente (hardware) più componenti. Il cui sistema è costituito da circuiti ben

definiti e quindi difficilmente modificabili; qualunque modifica alla logica

comporta il cambiamento di intere aree di cablaggio.

Vantaggi PLC

-È un’apparecchiatura molto modulare, cioè compro un PLC di base e ci posso

aggiungere alcuni componenti se ne ho bisogno.

-Massima flessibilità.

-Migliore affidabilità, rispetto ai computer, non ci sono rischi di guasto, poiché

il sistema è molto semplice.

-Nel caso di guasto, questo è facilmente individuabile.

CPU

È il cervello del sistema, è costituita da un microprocessore, o microcontrollore,

con i relativi sistemi periferici. Determina il funzionamento logico del PLC, cioè:

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