26-01-2026-Automazione industriale - Reti di comunicazione [EN]-[IT]

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ENGLISH

26-01-2026-Industrial Automation - Communication Networks [EN]-[IT]

With this post, I would like to provide a brief explanation of the topic in question.
(lesson/article code: EX_LS_19)

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Introduction to Communication Networks

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Communication networks are fundamental infrastructures necessary to enable the exchange of information between different hierarchical levels in the control of a complex system. They have evolved over time, from pneumatic and analog systems to modern digital networks and fieldbuses.
The main characteristics and operation of these networks can be summarized in the following points:

• Hierarchical Organization and Requirements (an automation system must have a well-defined hierarchy)
• Desired Operating Principles (to optimize a system's performance, some basic principles must be defined and followed.)
• Signal to Data Transformation
  The role of communication networks in a production plant is fundamental because they allow for the integration of sensors, actuators, PLCs (Programmable Logic Controllers), HMIs (Human-Machine Interfaces), and supervisory systems (SCADA, MES).

How ​​does a multiplexer work?
First, let's define what a multiplexer, often referred to as a MUX, is. This is a key electronic component in automation systems, used to switch multiple channels during the signal-to-data conversion process.
The main function of the multiplexer is to select a single channel from among many available channels and route it within the data acquisition chain.

How the Multiplexer Works*
A multiplexer functions based on its ability to handle multiple input signals, routing them one at a time to a single output.

The Multiplexer Sections

• Analog section: This section consists of solid-state switches. These components electrically connect a single input channel at a time to the card's analog output.
• Logic section: This section receives the address of the selected channel from the processor and uses decoding logic to activate the corresponding switch in the analog section.
  Position in the Acquisition Process
  Within a data acquisition card, the multiplexer is typically located in an intermediate position in the signal processing. It receives analog signals from the field, and the analog output selected by the multiplexer is then sent to the subsequent blocks.

Response times and the amount of data exchanged

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From the automation pyramid, we can see that there is an inverse relationship between the timeliness required for responses and the amount of information handled. While the lower levels require extreme speed on a small amount of data, the higher levels manage large volumes of information over longer time horizons.
Regarding the variation in the amount of data, we can say that the volume of data exchanged increases progressively as we move from the field to the enterprise level. Below is a list of exchanges:
-Field Level: The exchange occurs in bits and bytes
-Cell and Supervision Level: The volume grows towards kilobytes to manage the coordination and management of system areas
-Company Level: At this apex of the pyramid, where planning and management take place, the data volume reaches megabytes

Functional diagrams of field-level data acquisition systems.
To outline the functional diagram of field-level data acquisition systems, it is necessary to analyze the transformation chain that allows physical signals to become digital data usable by computers.
The schematic is structured according to some fundamental steps listed below:
1-Analog Front-end and Conditioning
2-Multiplexer (Channel Selection)
3-Instrumentation Amplifier and Sample & Hold (S&H)
4-Analog-to-Digital Conversion (ADC)
5-Digital Interface and Transmission
The following are the functional diagrams in graphical format.

Basic data acquisition functional diagram

Functional diagram with PLC (classic industrial architecture)

Functional diagram with distributed systems (DCS)

Functional diagram with intelligent acquisition (IIoT / Edge)

Functional diagram with fieldbus (Profibus, CAN, Modbus)

Conclusions
In the field of industrial automation, communication networks are systems that enable the exchange of data between devices, machines, and control systems within a production plant.

Historical Notes and Questions
At the dawn of modern automation, around the 1950s, communication between field devices occurred via pneumatic systems. At this stage, information was transmitted using air pressure.

In 1975, with the evolution of electronics, the transition to analog systems began. The standard communication mode has become direct current transmission, with a variable signal between 4 and 20 mA.
Did you know that only around the 2000s did technological evolution lead to modern digital networks and fieldbuses?

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ITALIAN

26-01-2026-Automazione industriale - Reti di comunicazione [EN]-[IT]

Con questo post desidero fornire una breve spiegazione sull’argomento indicato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_LS_19)

[IMMAGINE]

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Introduzione alle reti di comunicazione

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Le reti di comunicazione sono infrastrutture fondamentali necessarie per permettere lo scambio di informazioni tra i diversi livelli gerarchici nel controllo di un sistema complesso. Esse si sono evolute nel tempo passando da sistemi pneumatici e analogici, fino alle moderne reti digitali e ai bus di campo.
Le caratteristiche principali e il funzionamento di queste reti possono essere riassunti nei seguenti punti:

• Organizzazione Gerarchica e Requisiti (un sistema di automazione deve avere una gerarchia ben definita)
• Principi di Funzionamento Desiderati (per ottimizzare le prestazione di un sistema devono essere definiti e seguiti alcuni principi base.)
• Trasformazione del Segnale in Dato
  Il ruolo delle reti di comunicazione, in un impianto di produzione, è fondamentale perché permettono di integrare sensori, attuatori, PLC (Programmable Logic Controller), HMI (Human-Machine Interface) e sistemi di supervisione (SCADA, MES)

Come funziona un multiplexer?
Innanzitutto definiamo cosa è un multiplexer, spesso indicato come MUX. Questo è un componente elettronico fondamentale nei sistemi di automazione, utilizzato per la commutazione di più canali durante il processo di trasformazione dei segnali in dati
La funzione principale del multiplexer è quella di selezionare un singolo canale tra i molti disponibili per instradarlo all'interno della catena di acquisizione dati.
*Il funzionamento del multiplexer
Il funzionamento di un multiplexer si basa sulla capacità di gestire molteplici segnali in ingresso convogliandone uno alla volta verso un'unica uscita.

Le sezioni del multiplexer

• Sezione analogica: è costituita da interruttori a stato solido. Questi componenti hanno il compito di collegare elettricamente un solo canale d'ingresso alla volta con l'uscita analogica della scheda.
• Sezione logica: riceve dall'elaboratore l'indirizzo del canale prescelto e utilizza una logica di decodifica per attivare l'interruttore corrispondente nella sezione analogica
  Posizionamento nel processo di acquisizione
  All'interno di una scheda di acquisizione dati, il multiplexer si colloca tipicamente in una posizione intermedia del trattamento del segnale. Riceve i segnali analogici dal campo e l'uscita analogica selezionata dal multiplexer viene poi inviata ai blocchi successivi.

I tempi di risposta e la quantità di dati che viene scambiata

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Dalla piramide dell'automazione, possiamo vedere che esiste una variazione inversa tra la tempestività richiesta per la risposta e la mole di informazioni gestite, mentre i livelli inferiori necessitano di estrema velocità su pochi dati, i livelli superiori gestiscono grandi volumi di informazioni su orizzonti temporali più estesi
Per quanto riguarda la variazione della quantità di dati possiamo dire che il volume dei dati scambiati aumenta progressivamente man mano che si sale dal campo verso la gestione aziendale. Qui di seguito un elenco degli scambi:
-Livello di Campo: Lo scambio avviene nell'ordine di bit e byte
-Livello di Cella e Supervisione: Il volume cresce verso i Kilobyte per gestire il coordinamento e la conduzione di aree del sistema
-Livello Azienda: A questo vertice della piramide, dove si effettuano pianificazione e gestione, il volume dei dati raggiunge i Megabyte

Schemi funzionali dei sistemi di acquisizione dei dati dal livello di campo.
Per tracciare lo schema funzionale dei sistemi di acquisizione dati dal livello di campo, occorre analizzare la catena di trasformazione che permette ai segnali fisici di diventare dati digitali utilizzabili dagli elaboratori.
Lo schema si articola in base ad alcuni passaggi fondamentali elencati qui di seguito:
1-Front-end Analogico e Condizionamento
2-Multiplexer (Selezione del Canale)
3-Amplificatore di Strumentazione e Sample & Hold (S&H)
4-Conversione Analogico/Digitale (ADC)
5-Interfaccia Digitale e Trasmissione
Qui di seguito sono riportati gli schemi funzionali in maniera grafica

Schema funzionale base di acquisizione dati

Schema funzionale con PLC (architettura industriale classica)

Schema funzionale con sistemi distribuiti (DCS)

Schema funzionale con acquisizione intelligente (IIoT / Edge)

Schema funzionale con bus di campo (Profibus, CAN, Modbus)

Conclusioni
Nell’ambito dell’automazione industriale, le reti di comunicazione sono sistemi che consentono lo scambio di dati tra dispositivi, macchine e sistemi di controllo all’interno di un impianto produttivo.

Cenni storici e domande
Agli albori dell'automazione moderna, siamo intorno agli anni ‘50, la comunicazione tra i dispositivi di campo avveniva tramite sistemi pneumatici. In questa fase, l'informazione veniva trasmessa utilizzando la pressione dell'aria.
Nel 1975, con l'evoluzione dell'elettronica, si è passati a sistemi di tipo analogico. La modalità di comunicazione standard è diventata la trasmissione in corrente continua, con un segnale variabile tra 4 e 20 mA.
Sapevate che solo verso gli anni 2000, l'evoluzione tecnologica ha portato alle moderne reti digitali e ai bus di campo?

THE END