La comunicazione fra macchine
29.01.2008
La liberalizzazione dei servizi di pubblica utilità è ormai realtà: anche le imprese di piccole dimensioni possono acquistare dal migliore offerente elettricità, gas e acqua.
I fornitori sono quindi alla ricerca di vantaggi che permettano di uscire dalla spirale della semplice concorrenza sul prezzo. Una soluzione tecnologica interessante è quella di utilizzare contatori telecontrollati tramite comunicazioni wireless.
Che cos'è L'M2M?
Dodici anni sono volati. Era il 1995: Amazon era appena nata, Internet era chiamata "l'autostrada digitale" dai suoi pochi utilizzatori e i telefoni cellulari erano già una mania (ma suonerie, sfondi, anche la SMS-mania erano ancora di là da venire). Qualche visionario si ingegnava a far parlare apparecchiature di diverso tipo via cellulare, ricorrendo ad espedienti ottenuti sventrando telefonini standard. In questo mondo alieno ma non troppo, un grande produttore di elettronica mise sul mercato un modulo industriale contenente un modem cellulare GSM, l'alloggiamento per una SIM e poco altro. Sembrava un fatto naturale ma fu una rivoluzione: in altre parole era nato il mercato della comunicazione wireless machine-to-machine (m2m). La comunicazione m2m è utilizzata da molto tempo proprio nel telerilevamento e telecontrollo dei contatori per la fornitura dell'energia elettrica, del gas e dell'acqua a uso industriale. L'impiego di nuovi canali trasmissivi (Gprs, Umts e wi-fi) a grande portata e la maggiore potenza dei microcontrollori permette già di configurare da remoto i contatori e diventa così possibile l'applicazione in tempo reale di schemi di tariffazione anche molto complessi. Altri ambiti pubblici dove le comunicazioni m2m trovano impiego sono quelli dei parchimetri e dei distributori.
Questa tecnologia arriverà presto anche nel mondo residenziale, inserita in prodotti semplici come l'antifurto domestico, il condizionatore o l'elettrocardiografo personale. Ma la comunicazione m2m sta avendo un impatto importante anche nel campo della produzione industriale, perché le macchine possono comunicare fra loro e/o con centri di programmazione, assistenza, eccetera senza l'uso di cavi ed anche in modo non presidiato.
Più in dettaglio
Ma vediamo più in dettaglio come funziona un sistema m2m.
La comunicazione m2m inizia con l'acquisizione dei dati da una macchina o un apparecchio mediante un dispositivo o una tecnologia di raccolta. Si tratta quindi di installare sulla macchina una serie di sensori adeguati, che rilevino le condizioni da tenere sotto controllo a distanza. Per un motore elettrico si potrà usare un encoder; per un contatore si potrà usare un dispositivo di lettura del conteggio; per un serbatoio un sensore di livello; per un cancello un sensore di prossimità o un finecorsa, eccetera I dati così acquisiti possono eventualmente richiedere una conversione analogico/digitale prima dell'invio. Quindi, si procederà alla comunicazione vera e propria verso il dispositivo di raccolta, che può essere un PC, una scheda elettronica o anche un PLC.
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I metodi di comunicazione disponibili vanno dai protocolli seriali (RS232, RS485), utilizzati da bus di campo come il Modbus, a protocolli di tipo Ethernet, come Modbus TCP, Profinet, Powerlink, eccetera, a bus di campo più "tradizionali", come Profibus, CAN, Devicenet, LonWorks, eccetera, alle linee Isdn o Adsl (utilizzate solo se le comunicazioni non sono critiche, dato che si tratta di linee pubbliche), alla comunicazione wireless, come i sistemi Gprs, Umts, wi-fi, eccetera Opportuni sistemi di "crittazione" delle comunicazioni rendono queste ultime sicure e protette contro eventuali tentativi di intercettazione non autorizzati.
L'informazione così ottenuta dal dispositivo di raccolta (concentratore di dati) può essere trasmessa a un server centrale, attraverso una rete, che tipicamente può essere la rete GSM/Gprs, la rete telefonica, un collegamento via satellite o Internet. I dati possono essere trasferiti in tempo reale o periodicamente, dopo la loro memorizzazione locale nel concentratore. Ciò avviene in genere quando l'applicazione non è critica nel tempo e per ridurre i costi di invio dei dati. L'applicazione può essere spesso programmata per inviare dati completi su base temporale periodica o a richiesta del server centrale.
Quando i dati sono sul server centrale server è possibile eseguire vari tipi di operazioni. Per esempio, creare un portale web per monitorare e tenere sotto controllo i dati; integrare i dati in un sistema di gestione dell'azienda; instradare eventuali allarmi verso telefoni mobili; registrare semplicemente i dati raccolti per ricavare delle tendenze di funzionamento o il comportamento delle apparecchiature; integrare i dati in un sistema GPS per seguire gli spostamenti di eventuali apparati mobili, eccetera
Applicazioni industriali
Il potenziale delle soluzioni m2m di tipo wireless è veramente illimitato. Collegando le macchine fra loro, le aziende possono migliorare il controllo e l'accesso alle macchine e ad altre apparecchiature e seguire il comportamento di una certa macchina o di un intero ambiente nell'intero ciclo di vita della macchina, di una certa produzione, eccetera
In sostanza, la tecnologia m2m può essere utilizzata per oggetti fissi o mobili.
Le applicazioni m2m di tipo fisso (telemetria) includono il monitoraggio ed il controllo di sistemi di allarme, processi industriali, terminali di pagamento elettronico, distributori automatici e contatori (di gas, acqua, elettricità, eccetera).Includono anche assistenza e manutenzione in aree come ascensori, scale mobili, distributori automatici e POS.
Le applicazioni m2m di tipo mobile (telematica) includono invece soluzioni di gestione delle flotte di veicoli (per esempio, i veicoli di un corriere, di un centro di assistenza elettrodomestici, eccetera) e di pacchi o altri colli (tracciamento dei cargo, pianificazione dei percorsi, gestione degli ordini e logistica su strada, binari, aria e mare). Appartengono a questa categoria anche applicazioni telematiche come la navigazione satellitare, la sicurezza, la diagnostica dei veicoli, servizi di mobilità e informazioni sul traffico.
Un esempio di quest'ultimo settore? Semplice: immaginiamo di dotare gli autobus che si muovono in città di un sensore che comunichi la posizione del rispettivo mezzo alle paline "intelligenti" delle fermate. Chi abita in una grande città avrà già visto questo tipo di applicazione, che permette agli utenti di stimare i tempi di attesa alle fermate. Ma forse non tutti sanno che questa è una tipica applicazione m2m: l'autobus parla alla palina senza richiedere un intervento umano, è una comunicazione "da macchina a macchina'.
Indipendentemente dal fatto che le applicazioni siano fisse o mobili, vi è poi la possibilità (utile soprattutto in campo industriale) di "reagire" ai dati raccolti, inviando comandi alle macchine remote per ottenere il funzionamento desiderato. Il concetto può essere esteso all'infinito: in uno scenario da "Grande fratello" si potrebbe pensare di dotare ogni dispositivo, sensore o macchina esistente di un proprio indirizzo Internet (indirizzo IP) in modo da poterne conoscere in tempo reale la posizione e lo stato di funzionamento. E un indirizzo IP può essere assegnato facilmente anche alle persone, in modo più o meno diretto: tutti sappiamo che quando usiamo il cellulare qualcuno può conoscere il luogo di origine della nostra chiamata, così come quando usiamo la carta di credito, quando una telecamera ci riprende, eccetera Ma ritorniamo in tema.
In conclusione, possiamo affermare che la tecnologia m2m promuove un ambiente nel quale tipi di dispositivi differenti possono essere connessi attraverso Internet o un'altra architettura di comunicazione per condividere qualsiasi tipo d'informazione. Ciò permette un flusso di dati e servizi regolare ed automatizzato, la telegestione ed il telecontrollo di macchine ed altre apparecchiature. Poiché la connettività wireless può esistere praticamente in ogni macchina, ambiente o mercato, è possibile creare un'ampia gamma di soluzioni per fornire nuovi tipi di "servizi intelligenti'. Ciò è reso possibile proprio dai recenti progressi compiuti nelle tecnologie e nei protocolli a radiofrequenza (RF), che permettono la trasmissione dei dati m2m attraverso reti di sensori wireless economici e a bassa potenza.
Altre possibili applicazioni
In uno scenario che vede la presenza diffusa di Internet e l'elaborazione "incorporata" nell'ambiente e nelle macchine, l'm2m equivale grosso modo a un altro concetto, quello di "Internet pervasiva".
L'obiettivo di Internet pervasiva è quello di permettere a chiunque di interagire con più dispositivi di elaborazione dell'informazione di quanti ne usi attualmente ed in modi più appropriati mal luogo ed al contesto in cui ci si trova. E questo presuppone, appunto, l'integrazione di intelligenza nei prodotti.
Vediamo quindi alcune possibili applicazioni che la tecnologia m2m (o Internet pervasiva) permetterà di realizzare.
In campo automobilistico, per esempio, sarà possibile migliorare la sicurezza degli pneumatici mediante il monitoraggio remoto della pressione, trasmettendo informazioni dagli pneumatici al computer di bordo; sarà altresì possibile migliorare le prestazioni del veicolo, mediante la raccolta di dati sulle condizioni di funzionamento che potranno notificare e coordinare servizi di garanzia e manutenzione di routine; l'uso di sistemi GPS (Global Positioning System) permetterà di offrire servizi "intelligenti" agli automobilisti, come l'identificazione geografica del veicolo e antifurti satellitari; altre applicazioni potranno riguardare l'apertura delle portiere senza l'uso di chiavi, l'accensione a distanza del motore e l'attivazione di sistemi anticongelamento.
In campo medicale, sono già disponibili sistemi di monitoraggio remoto dei pazienti, che potranno essere ulteriormente migliorati ed arricchiti. La qualità della vita dei pazienti potrà migliorare grazie al monitoraggio remoto di pacemaker, pompe di insulina, elettrocardiografi e altri dispositivi o servizi.
Nel campo dell'automazione domestica, infine, si potranno ottenere migliori condizioni di sicurezza grazie a sistemi in grado di monitorare e rilevare condizioni di pericolo dovute a incendi, fughe di gas, intrusioni, eccetera Nello stesso tempo, sarà possibile mettere a punto piani di risparmio energetico attraverso sistemi di illuminazione, termostatici, di irrigazione di altra utilità che non solo permetteranno il controllo remoto, ma potranno anche monitorare le condizioni di funzionamento di condizionatori, piscine, scaldabagni, rilevando gli eccessi di consumo ed anticipando i potenziali guasti. Da segnalare, infine, le applicazioni su altoparlanti wireless, controlli d'intrattenimento, tastiere wireless, cuffie wireless e controllori di giochi.
Il futuro
Per la creazione di un vero mercato di massa sarà necessario raggiungere una maggiore standardizzazione e interoperabilità fra dispositivi di diversi fornitori. Attualmente, infatti, ciascun costruttore offre moduli proprietari con dimensioni, prestazioni, caratteristiche meccaniche, interfacce elettriche e set di comandi leggermente diversi dagli altri. Per quanto riguarda i protocolli di comunicazione, la rete Gprs porterà ad utilizzare lo standard IP, mentre dal punto di vista applicativo la comunicazione è ancora basata su protocolli proprietari.
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