In un contesto industriale, i tecnici che si occupano di sicurezza devono proteggere anche le reti di comunicazione seriali che trasportano dati da sovratensioni e transienti. Per questo possono orientarsi verso l’isolamento elettrico o verso la stabilizzazione di tensione. Vediamo quale soluzione è più efficace per diverse tipologie di problemi.In questo ambito gli standard di trasmissione digitale differenziale più utilizzati sono EIA/TIA-422 ed EIA/TIA-485, ovvero RS-422 e RS-485, grazie ai numerosi vantaggi che offrono in termini di robustezza, rapporto favorevole prezzo/prestazioni e immunità a disturbi esterni. C’è però un rovescio della medaglia: l’ambiente industriale è per definizione portatore di complessità, poiché integra apparecchiature che di solito funzionano per lunghi periodi, se non sempre, e con capacità eccezionali, in funzione del tipo di produzione. Inoltre, le reti dati spesso coprono lunghe distanze, aumentando ancora di più i possibili rischi. Di conseguenza, i circuiti dati potrebbero subire danni a causa di inconvenienti incontrati durante il percorso: rumori elettrici, lo scaricarsi di un fulmine, sovratensioni che possono provocare transitori che attraversano il sistema di comunicazione seriale e i macchinari che vi sono collegati. Oppure, la presenza di più “nodi” all’interno della rete, con potenziali di terra diversi, potrebbe causare correnti di terra le quali percorrerebbero la strada che offre meno resistenza, ovvero la messa a terra oppure il cavo di terra. Il risultato è però sempre lo stesso: danni gravi per apparecchiature di rilevanza critica per l’attività industriale, dunque stop nella produzione, ritardi, costi che lievitano e nei casi più gravi anche rischi per la vita umana.
Problematiche di impianto
I possibili rischi di cui abbiamo parlato si possono ricondurre in sintesi a due tipologie di problemi dai quali chi progetta un impianto deve guardarsi: le tensioni molto elevate (nell’ordine di diversi kV) con una durata molto breve (nell’ordine del millesimo di secondo), come fulmini e scintille, cariche elettrostatiche, commutazione di grossi carichi induttivi e così via; e poi le tensioni meno rilevanti ma con una durata molto lunga, di solito generate da un corto circuito che avviene tra i cavi della rete dati e quelli dell’alimentazione. I disturbi che potrebbero colpire la rete sono inoltre di due tipi, ovvero quelli comuni, misurati rispetto alla massa locale del circuito, e quelli differenziali, ovvero misurati in base a due linee come per esempio quella che porta i dati e quella dell’alimentazione ad alta tensione.
Come agiscono lo stabilizzatore di tensione e l’isolatore
Vediamo allora come agiscono lo stabilizzatore di tensione e l’isolatore per individuare i contesti di applicazione più convenienti.
Uno stabilizzatore di tensione è un dispositivo che limita il voltaggio in ingresso bloccando o cortocircuitando a massa i voltaggi che superino una certa soglia definita, dissipando quindi l’energia in eccesso trasmessa per esempio da un fulmine.
L’isolatore invece è un dispositivo che confina il voltaggio considerato pericoloso in una sola area del sistema, in modo che non danneggi in maniera temporanea o permanente le altre parti che lo compongono. In pratica un isolatore converte i segnali che portano dati in impulsi luminosi oppure in un campo elettrico e poi una volta arrivati a destinazione li riconverte in dati superando l’ostacolo. In questo modo le linee dati e quelle di terra sono separate, dunque non si possono verificare incidenti che coinvolgono loop di terra. In più, l’isolatore, in virtù di questa separazione che è capace di creare, rende la linea dati immune dalle interferenze causate da campi elettrici e magnetici.
Entrambe le tecnologie sono funzionali e adeguate al contesto industriale, però presentano anch’esse delle complessità da considerare in fase di progettazione impiantistica. Lo stabilizzatore di tensione, per esempio, potrebbe non bastare, e se scelto e installato male potrebbe addirittura fare più male che bene. Un discorso analogo vale per l’isolatore: transienti molto elevati potrebbero danneggiarlo e renderlo inutile. Soppesati i pro e i contro, la conclusione è che spesso la scelta migliore consiste nell’utilizzare entrambe le soluzioni scegliendo in maniera adeguata la collocazione di ciascuno dei due dispositivi in funzione della specifica applicazione. Lo stabilizzatore di tensione per esempio è più efficace se impiegato come difesa primaria per le linee di alimentazione, mentre un isolatore protegge efficacemente il segnale. Abbinando i due sistemi quindi si ottiene il massimo grado di protezione.
