In un impianto industriale moderno, l’efficienza della comunicazione tra dispositivi è un fattore chiave per garantire produttività, sicurezza e scalabilità. Il bus di campo rappresenta una delle tecnologie più importanti in questo ambito: un sistema di comunicazione che collega sensori, attuatori, PLC e altri dispositivi di campo a un sistema di controllo centrale.

Conoscere le tipologie di bus di campo industriali, il loro funzionamento e i criteri di scelta è essenziale per progettare soluzioni di automazione industriale realmente efficaci.

Cos’è un bus di campo e perché è fondamentale nell’automazione

Un bus di campo è una rete di comunicazione utilizzata per collegare componenti di automazione industriale come sensori, attuatori, interfacce uomo-macchina (HMI) e controllori logici programmabili (PLC). A differenza dei sistemi cablati punto-a-punto, il bus consente il trasferimento di dati su un singolo canale condiviso, riducendo significativamente la quantità di cablaggio necessaria.

Il ruolo del bus di campo non si limita alla trasmissione di segnali ON/OFF: consente anche lo scambio di dati diagnostici, parametri di funzionamento e comandi complessi. Questo tipo di comunicazione è particolarmente utile per l’integrazione di dispositivi eterogenei, spesso provenienti da produttori diversi, all’interno di un sistema unitario.

Come funzionano i bus di campo nei sistemi industriali

I bus di campo operano su livelli fisici, logici e applicativi secondo un modello a strati, spesso ispirato allo standard ISO/OSI. Sul piano fisico, utilizzano diversi mezzi trasmissivi: rame, fibra ottica o onde radio. A livello di protocollo, regolano il modo in cui i dispositivi comunicano e si sincronizzano tra loro.

Un PLC o una CPU centrale funge da master del bus, mentre i dispositivi periferici agiscono da slave. In alcuni casi, come con Ethernet/IP, è possibile implementare configurazioni peer-to-peer più avanzate. I dati viaggiano sotto forma di pacchetti strutturati, codificati secondo specifici protocolli industriali, spesso real-time.

Le tecnologie più comuni utilizzate includono Modbus RTU/TCP, PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT, e CANopen. Alcuni di questi protocolli sono aperti, altri proprietari, ciascuno con vantaggi specifici in termini di velocità, affidabilità e interoperabilità.

Tipologie di bus di campo più utilizzati

• Modbus (RTU/TCP)
  Uno dei bus più longevi, nato negli anni ’70, utilizza un protocollo semplice e aperto. Modbus RTU funziona su RS-485, mentre Modbus TCP su Ethernet. Ideale per sistemi legacy e integrazioni semplici.

• PROFIBUS
  Protocollo seriale sviluppato da Siemens, molto diffuso in Europa. Garantisce alta affidabilità e supporta anche funzioni diagnostiche avanzate. Funziona su RS-485 o fibra ottica.

• PROFINET
  Versione Ethernet-based del PROFIBUS. Offre alta velocità di trasmissione, compatibilità con IT, e capacità di integrazione con SCADA e MES. Supporta diagnostica e gestione avanzata dei dispositivi.

• EtherCAT
  Bus Ethernet real-time ad altissime prestazioni, ideale per sistemi con controllo di movimento e macchine CNC. Utilizza una struttura di telegrammi ciclici e accesso “on-the-fly” ai dati.

• CANopen
  Basato sul protocollo CAN, molto usato in ambito automotive e macchinari mobili. Offre alta resistenza ai disturbi e buona gestione delle priorità.

Come scegliere il giusto bus di campo per il tuo impianto

Budget disponibile

Alcuni bus, come Modbus RTU, sono particolarmente economici da implementare e mantenere. Sono ideali per piccole installazioni o impianti esistenti con dispositivi legacy. Al contrario, EtherCAT o PROFINET comportano costi più elevati ma offrono prestazioni nettamente superiori.

Esigenze di produzione

Se il tuo impianto richiede tempi di risposta brevissimi, ad esempio nel controllo di motori brushless o sistemi robotici, allora EtherCAT è la scelta migliore. In ambienti più stabili, dove la velocità non è critica, anche Modbus TCP può essere sufficiente.

Tipo di macchina

Macchine modulari e personalizzabili beneficiano di bus flessibili e scalabili come PROFINET o CANopen. In sistemi compatti con poche unità remote, può bastare un semplice bus seriale.

Interoperabilità

Se il tuo impianto include componenti di diversi fornitori, è meglio optare per un bus con ampia compatibilità. PROFINET e Modbus TCP sono spesso considerati più aperti rispetto a soluzioni completamente proprietarie.

Il futuro dei bus di campo nell’Industria 4.0

Con l’avvento dell’Industria 4.0, i bus di campo stanno evolvendo verso modelli sempre più intelligenti e integrabili con reti IT. Le soluzioni Ethernet-based sono sempre più richieste, grazie alla loro flessibilità e capacità di gestire grandi volumi di dati in tempo reale.

Inoltre, l’integrazione nativa con protocolli come OPC UA consente a questi bus di comunicare non solo tra dispositivi di campo, ma anche con piattaforme cloud e sistemi di analisi predittiva. S&T Automation offre supporto tecnico e consulenze su misura per scegliere, configurare e integrare al meglio i bus di campo automazione industriale. Contattaci per trovare la soluzione più adatta al tuo impianto.

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