Progetto - Elfaelettronica

Progetto
Agritech-Lab
L’obiettivo primario di El.Fa?
Essere sempre competitivi in un mercato vasto e complesso.
Per essere all’avanguardia in tutti i settori in cui operiamo riteniamo indispensabile la ricerca e lo
sviluppo di nuove tecnologie, che richiedono investimenti importanti in tempo e in denaro.
Con questo fine, abbiamo recepito la proposta della Regione Emilia Romagna, intitolata “Dai distretti
produttivi ai distretti tecnologici” finalizzata a sviluppare nuove tecnologie sul territorio e mettere
in stretta collaborazione imprese e centri di ricerca.
Nel novembre 2010 El.Fa costituisce una nuova Associazione Temporanea d’Impresa (A.T.I.)
denominata Agritech-Lab composta da: El.Fa s.r.l., Gallignani s.p.a., Officine Meccaniche Buzzi
s.r.l. e Costruzioni Meccaniche Luciano Frega s.r.l. Lo scopo è quello di unire le competenze e le
professionalità di ogni azienda creando un team fortemente motivato nel realizzare un progetto
innovativo. Pur non facendo parte dell’ATI, sono stati coinvolti diversi Dipartimenti Universitari e
Laboratori della Rete Alta Tecnologia della Regione Emilia Romagna quali il Laboratorio DIEM, CIRI
“Meccanica e Materiali Avanzati” e il Laboratorio ARCES entrambi del Tecnopolo di Bologna.
Il progetto si pone l’obiettivo di “fondere” in un solo “sistema” tre macchine esistenti sul mercato,
una rotopressa, un fascia balle, e un sistema ranghinatore, generando una macchina di nuova
concezione che permetta di ottimizzare le fasi di lavorazione riducendo tempi, ma nello stesso
tempo migliorando la qualità del prodotto finale.
Da questa intensa attività è nato un nuovo sistema integrato totalmente innovativo definito “TRIcombinato” per la raccolta e la lavorazione del foraggio, che permetterà un vantaggio tecnologico
importante alla filiera di riferimento sul mercato nazionale ed internazionale.
La nostra parte del progetto consiste nel progettare e realizzare l’elettronica di controllo.
Dopo varie valutazioni si è optato per un sistema che concentri tutta l’elettronica in un solo
dispositivo differenziandosi dal sistema attuale che è costituito da un sistema modulare di
“elettronica distribuita sulla macchina”. Si è ritenuto importante dotare questo nuovo sistema di
controllo anche della possibilità di aprirsi verso il mondo dello standard ISO-bus, per cui è stato
implementato assieme ad altri bus .
ISO-bus è un protocollo standard di comunicazione che “viaggia” su un bus fisico di tipo Can noto
in particolare nel modo auto-motive. La standardizzazione consente di fare colloquiare tra loro
dispositivi diversi di costruttori diversi semplificando la gestione dei dispositivi elettronici da parte
dell’utente. Se per l’utente è una semplificazione per i progettisti è una notevole complicazione
in quanto la struttura è molto complessa sia da un punto di vista software che hardware. ISO-bus
prevede che un terminale standard denominato Virtual Terminal (VT) sia posizionato sul trattore,
metta a “disposizione” dei vari Electronic Control Unit (ECU) posizionate sulle macchine trainate dal
trattore, le sue risorse (display, tasti, buzzer ecc.). Quindi il VT è l’interfaccia utente mentre la ECU
controlla la macchina.
“Vecchio” sistema
“Nuovo” sistema
3
SLAVE
VIRTUAL
TERMINAL STANDARD
2
SLAVE
1
SLAVE
MASTER
MASTER
CONNESSIONE
STANDARD ISOBUS
Questo sistema si pone come alternativa ai protocolli di comunicazione “proprietari” che “viaggiano”
su vari tipi di BUS, come Can, Lin, RS485, ecc molto spesso sviluppati da ogni singolo costruttore.
L’innovazione realizzata da El.Fa (un sistema flessibile orientato al futuro)
Come spesso capita ogni soluzione ha pro e contro e anche in questo caso l’analisi porta ad affermare
che il sistema “proprietario” essendo finalizzato ad una applicazione ben precisa, centra molto bene
l’obiettivo dei costi contenuti e della efficienza di gestione, mentre un sistema standardizzato come
ISO-bus per consentire un impiego vasto e in applicazioni diverse, necessita di strutture hardware e
software più complesse e con costi elevati.
Si stima che i costi ora più alti del sistema ISO-bus, si ridurranno se e quando il sistema si diffonderà
capillarmente, aiutato in questo dalla logica dei grandi numeri. Avendo ben presente le necessità
contrastanti degli uffici commerciali, abbiamo deciso di progettare e realizzare un sistema flessibile,
con un occhio al presente e uno al futuro!
Abbiamo dotato la nostra ECU di vari tipi di interfacce seriali realizzando un sistema che permetterà
di collegare sia VT ISO-bus che nostre Interfacce Utente (IU). Riassumendo potremo quindi collegare:
-terminale VT con standard ISO-bus su bus tipo Can;
-terminale IU con protocollo proprietario ElFa su bus tipo Can;
-terminale IU con protocollo e bus tipo RS485 (quello attualmente usato) e nostri terminali attuali.
La struttura della nostra ECU
L’ECU è la centralina master
collocata a bordo macchina che
ne controlla direttamente il
funzionamento.
Un firmware permette a un
potente
microprocessore,
di
gestisce gli ingressi e le uscite,
di interfacciarsi a una Interfaccia
Utente (IU) che può essere un VT
(Virtual Terminal) standard ISObus, di gestire una porta USB, di
realizzare un potente sistema di
logger a fini diagnostici.
In questo caso la ECU è costituita da un unico PCB che supporta tutti i componenti elettronici, ma
anche i connettori, fusibili e alimentatori. La scheda è inserita all’interno di un robusto contenitore
plastico e ogni cavo esce con un proprio pressacavo, al fine di ottenere la migliore tenuta possibile
alle polveri e all’acqua.
Elenco caratteristiche principali del circuito:
-16 ingressi digitali;
-9 ingressi analogici;
-8 uscite a relè;
-2 uscite con controllo PWM;
-2 uscite EV proporzionali;
-2 porte Can;
-1 porta USB;
-1 porta RS485;
-1 porta RS232.
Un elemento importante è che collegando una normale chiavetta di memoria USB alla porta
presente nella ECU possiamo eseguire l’aggiornamento dei firmware, sia dell’ECU sia delle nostre
IU, oltre alla possibilità di scaricare i dati di funzionamento della macchina (funzione logger) che
trasferiti in un PC potranno essere analizzati dalla assistenza per eseguire diagnosi mirate e quindi
veloci, anche a grandi distanze in quanto qualsiasi operatore potrà molto facilmente eseguire
questa operazione e inviare un file attraverso Internet.
È comunque prevista la possibilità di montare un modem GSM e remotizzare queste operazioni.
L’Interfaccia Utente
L’interfaccia utente è il terminale da cui è possibile gestire la macchia e visualizzare tutti i dati.
La nostra ECU la potrà gestire un VT commerciale standard ISO-bus, o una nostra IU attuale su bus
RS485 o su Can bus.
Come detto in precedenza questa soluzione è stata pensata per consentire sia di utilizzare i diversi
modelli di IU attualmente in produzione e prodotte in ampi volumi, ma anche altre di cui alcune in
fase di studio ma anche che si potranno sviluppare in futuro.
Saremo quindi in grado di coprire una ampia fascia di soluzioni, dalla low cost che non può permettersi
ISO-bus ai sistemi complessi che richiedono l’uso di VT standard.
L’evoluzione del nuovo prodotto El.Fa
La fase di studio preliminare è stata lunga e articolata prima per definire come avrebbe dovuto
essere il prodotto poi per definire, sviluppare e testare le varie parti circuitali.
Particolare attenzione è stata posta al bus seriale CAN, ai sistemi di isolamento galvanico tra le
parti di controllo e quelle ISObus (come richiesto dalla Norma) e le alimentazioni nella ECU, anche
al fine di creare un sistema “indistruttibile” alle avversità di un ambiente tanto difficile come quello
delle macchine agricole.
Prima di approdare alla scheda nella versione definitiva abbiamo quindi avuto una intensa attività di
progettazione che ha richiesto molti mesi di lavoro generando svariate versioni sia delle varie parti
dell’hardware che del firmware. Tutto questo lavoro naturalmente si è affiancato alla evoluzione
della parte meccanica anche essa frutto di idee innovative e quindi difficilmente definibili già nelle
fasi di partenza.
Uno dei punti fermi sin dall’inizio, è stato quello di progettare qualcosa che non fosse solamente
uno studio di fattibilità, ma che consentisse successivamente, qualora si creino i presupposti, di
poter in breve tempo, avviare una produzione.
Per questo tutto il team ha dedicato tempo a definire il layout complessivo con sviluppo di cablaggi,
posizionamento di centralina e quant’altro fosse definibile in questa fase.
Questa attività ci ha consentito anche di sviluppare concetti di base che potranno facilmente essere
trasferiti anche alle macchine della prossima generazione, che come noto richiedono sempre più
integrazione con il mondo circostante, pur nell’ottica di semplificare sempre più facile l’utilizzo delle
attrezzature al cliente finale.