Mentre i sistemi di comunicazione wireless destinati ai consumatori hanno già preso piede, nell’industria la comunicazione tra macchine utilizza ancora i cavi. Oggi però le macchine hanno cominciato a comunicare tra loro via etere.Oggi ci serviamo delle onde radio per innumerevoli applicazioni, dal telecomando per aprire la porta del garage al telefono cellulare.
   Già da tempo si stanno esaminando i possibili vantaggi dell’impiego della comunicazione wireless nell’industria. In questo caso, comunque, l’aspetto principale è non tanto la comodità quanto il costo e l’efficienza. Sono questi i parametri che hanno dato impulso ai più recenti sviluppi nell’uso di applicazioni radio industriali al posto dei cavi.
   Hugh Burchett dirige il gruppo RF Products della Cambridge Consultants, un’importante azienda britannica nel campo della tecnologia e dell’innovazione. «Generalmente,» afferma Burchett, «sostituire i cavi con la radio non è economico.» Infatti, la maggior parte delle macchine è dotata di cavi di alimentazione ed in genere aggiungere un cavo di comunicazione ad un cavo di alimentazione già esistente non costa molto. «D’altra parte,» continua, «esistono casi in cui l’installazione di cavi è costosa o difficile, o ancora in cui la radio offre maggiori opzioni.» Un esempio è il controllo delle gru. In questo campo sono disponibili sistemi che permettono all’operatore di restare vicino al carico e comandare la gru da terra, in modo più sicuro.
   Ma a volte il problema è proprio la distanza. Nello stato del New Mexico, per esempio, la TMC Design Corporation sta progettando e sviluppando una vastissima rete radio per il monitoraggio ed il controllo del sistema d’irrigazione agricola del distretto Elephante Butte, situato nella parte meridionale dello stato. Su una superficie totale di 600.000 ettari di questo territorio desertico, sensori e ricetrasmettitori piccoli e poco costosi consentono il monitoraggio ed il controllo di fiumi, canali di distribuzione, pozzi e canali d’irrigazione. Gli agricoltori pagano il proprio consumo d’acqua e la società erogatrice può pianificare le esigenze idriche di 55.000 ettari di terre irrigate. I computer principali mappano l’intero sistema d’irrigazione del New Mexico centromeridionale, ricevendo dai ricetrasmettitori le informazioni relative ai livelli idrici e di piena. «Alla fine,» dice il vicepresidente della TMC Christopher Ham, «ci saranno 5000-10.000 piccoli ricetrasmettitori a energia solare facenti capo a 500 unità più grandi che a loro volta comunicheranno col centro del progetto.»
   Ma la radio non è utile soltanto là dove le lunghe distanze costituiscono un problema. A volte, si tratta di distanze brevi ma difficili da superare. Il progetto MoFDI (Mobile Fieldbus Devices in Industry), finanziato dall’UE, sviluppa soluzioni radio per il controllo di applicazioni in cui le distanze da superare ammontano appena a qualche centimetro, o addirittura a pochi millimetri. Un esempio sono i casi in cui è necessario trasmettere un segnale di controllo attraverso una parte mobile come un cuscinetto. Nell’ambito del progetto MoFDI, l’azienda svedese Kvaser, con sede a Kinnahult, ha sviluppato il ricetrasmettitore WaveCan che adatta i segnali delle reti a fieldbus in modo da consentirne la trasmissione via radio. Nei sistemi a fieldbus i segnali viaggiano tra le varie unità tramite un solo circuito a doppino ritorto. In questo modo si risparmiano cablaggi complessi, e la codifica dei segnali fa in modo che solo l’unità giusta risponda ad un segnale specifico. La Kvaser fornisce e sviluppa sistemi a fieldbus utilizzando CAN (Controller Area Network), uno dei principali protocolli per bus di campo.
   Ma i sistemi a fieldbus incontrano anche ostacoli. Se il sistema incontra una parte mobile come ad esempio un anello di contatto che trasferisce la corrente elettrica da un organo stazionario ad uno rotante, spiega il direttore della Kvaser Lars-Berno Fredriksson, la radio può costituire un’alternativa migliore. «Il segnale radio fa da ponte tra due reti CAN,» dice Fredriksson, «ma si deve essere certi che i protocolli di correzione degli errori sopravvivano attraverso il link wireless anche se i protocolli wireless sono diversi.» Per risolvere questo problema, la Kvaser «avvolge» il segnale CAN in un segnale che utilizza il protocollo wireless Bluetooth.
La velocità è importante
Sebbene ideato per le applicazioni destinate ai consumatori, Bluetooth è uno strumento interessante anche per il controllo nell’industria. Infatti esso consente una trasmissione veloce, di alta qualità ed in tempo reale nella banda libera di 2,45 gigahertz. Burchett della Cambridge Consultants dice che, dato l’interesse dei consumatori ed i notevoli volumi potenziali, le grandi aziende stanno investendo grandi somme in questo campo. Se fossero costrette ad affidarsi ai volumi ridotti di una produzione destinata al solo mercato industriale, non lo farebbero. Ma, sottolinea Fredriksson, il fatto che si tratta di un prodotto sviluppato per i consumatori causa anche problemi. «Per il consumatore, ‘tempo reale’ significa ‘abbastanza veloce’,» spiega. «Per l’industria, invece, è una questione di millisecondi.» Se un segnale Bluetooth che collega un cellulare a un laptop è un po’ in ritardo a causa di un’interferenza, non ha una grande importanza. Se invece ciò implica un ritardo nel controllo di una macchina, gli effetti possono essere disastrosi.
   Bluetooth viene anche considerato una possibile soluzione per applicazioni di manutenzione più avventurose. Il progetto ARVIKA, condotto dalla Siemens e promosso dal Ministero tedesco dell’istruzione, sta studiando le possibilità di utilizzare la cosiddetta Augmented Reality in applicazioni di manutenzione. Il tecnico ha un computer «wearable» ed un visore per realtà virtuale al quale è collegata una videocamera. Le immagini video della macchina vengono confrontate con un modello computerizzato, il quale viene sovrapposto all’immagine nel visore.
   Le istruzioni del tecnico si presentano sotto forma di testi che vengono «appesi» al componente in questione. Egli può inoltre ricorrere a distanza ai consigli di un esperto che avrà a disposizione le stesse immagini. Wolfgang Friedrich della Siemens, che dirige il consorzio ARVIKA, dice: «La comunicazione radio tra computer e visore è una soluzione più ergonomica e sicura rispetto a quella tramite cavo. Però Bluetooth non è ancora abbastanza veloce per il video.» La comunicazione tra il computer «wearable» e la LAN dello stabilimento avviene già oggi via radio.
   Burchett della Cambridge Consultants dice che si sta studiando come utilizzare Bluetooth nell’ambiente industriale e quale livello di performance ci si potrebbe attendere nelle funzioni in cui il tempo ha importanza critica. Inoltre, aggiunge, ci si adopera per rendere questo sistema meno costoso. La Cambridge Silicon Radio, azienda affiliata alla Cambridge Consultants, si pone come obiettivo un prezzo di circa 5 dollari per ciascun chip CMPS.
«Sostituiscimi»
Ma per alcune applicazioni questa cifra potrebbe essere ancora troppo alta. Waldemar Grudzien, che svolge presso il Politecnico di Berlino un progetto speciale di ricerca sulla tecnologia dell’assemblaggio e sulla gestione degli stabilimenti, vorrebbe che il prezzo di un chip si aggirasse attorno ai 50 centesimi di dollaro. Grudzien sta lavorando ad un chip ricetrasmettitore destinato a registrare i dati riguardanti l’usura di vari prodotti per i consumatori, dati che potrebbero essere utili per la manutenzione e lo smantellamento dei prodotti stessi. Ma un chip da inserire in un elettrodomestico deve costare poco, se si vuole che non influisca negativamente sul prezzo del prodotto.
   Finora il suo progetto si è occupato di lavatrici. I costo e l’efficienza. Sono questi i parametri che hanno dato impulso ai più recenti sviluppi nell’uso di applicazioni radio al posto dei cavi nelle applicazioni industriali. Il chip contiene informazioni sulla macchina e registra le modalità di usura dei vari componenti. Prima che un componente si rompa, il ricetrasmettitore segnala che la parte deve essere sostituita. Il computer del tecnico di manutenzione invia al componente l’istruzione di sganciarsi aprendo il pannello laterale e scollegando l’unità.
   Al termine della vita del prodotto, il chip istruisce i robot dello stabilimento di riciclaggio su come smantellare la macchina e sui componenti adatti a essere riciclati. Quando in Europa arriveranno nuove leggi che imporranno il riciclaggio dei prodotti per i consumatori, la Life Cycle Unit sarà uno strumento utile per evitare di dover smantellare manualmente ogni macchina.
   Nell’industria, l’utilizzo delle radiofrequenze per il monitoraggio e controllo industriale è ancora agli albori. La vera sfida consiste nel realizzare radiocomunicazioni resistenti a interferenze e distorsioni, in modo da ottenere un’affidabilità assoluta. Anche se ci vorrà ancora tempo prima che possiamo fidarci della radio tanto quanto ci fidiamo dei cavi elettrici, l’importanza della radio non fa che crescere.
Michael Lawton  
specialista in economia, Colonia  
illustrazioni Peter Varhelyi