L’implementazione dell’elettronica di controllo e comando nei veicoli stradali è una realtà consolidata da anni e accolta con più o meno entusiasmo, tra i nostalgici dello spinterogeno e i fanatici dell’auto sempre più connessa.
Questa tendenza è stata replicata in maniera del tutto analoga anche per i veicoli non propriamente appartenenti al settore dell’automotive. Parliamo di quel settore che include veicoli per l’agricoltura (es.: trattori e relativi attachments), veicoli per le costruzioni edili (es.: gru edili, autobetoniere), veicoli per il sollevamento di cose e persone (es.: piattaforme aeree, sollevatori telescopici), veicoli municipali (es.: veicoli per la manutenzione e la nettezza urbana) e veicoli per applicazioni speciali (es.: gatti delle nevi); in breve, parliamo delle macchine operatrici mobili o più propriamente dei veicoli appartenenti al settore dell’Off-Highway.
Come nell’automotive, dotare i veicoli dell’Off-Highway di un’elettronica di controllo e comando comporta evidenti vantaggi: dalla compattezza alla versatilità dell’architettura di comando, dagli aspetti di sicurezza funzionale al confort di guida. Nell'articolo "Macchine mobili e connettività: vantaggi e scenari" abbiamo approfondito la tematica del controllo da remoto e la “digitalizzazione” dei sistemi per le macchine mobili.
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Dall'hardware al software i tecnici di HYDAC supportano i costruttori con architetture di sistema e soluzioni smart. Ecco in breve l’offerta per il controllo e la connettività dei mezzi:
Le centraline di controllo elettronico (ECUs – Electronic Control Units) di TTControl, disponibili in un ampio range di varianti in base a interfacce e I/O, si presentano in un design compatto e robusto, specifico per condizioni ambientali e operative anche estreme cui sarebbero sottoposte nelle tipiche applicazioni dell’Off-Highway.
Certificate secondo le normative EN ISO 13849 e IEC 61508, consentono di raggiungere in termini di sicurezza funzionale un Performance Level d (PLd) e un Safety Integrity Level 2 (SIL2). Alcune speciali varianti, destinate in maniera specifica ai veicoli per l’agricoltura, sono certificate secondo normativa ISO 25119, permettendo di raggiungere un AgPLd.
Dal punto di vista tecnico, sono dotate di un processore altamente performante e sono programmabili in C o Codesys. Sono compatibili per il controllo e comando di un ampio range di sensori e attuatori, poiché dotate di un sistema di local I/O digitali, analogici, in frequenza e PWM, e di interfacce di comunicazione CAN e Ethernet 100BASE-TX o T1.
Nella progettazione dell’architettura d’automazione nei veicoli dell’Off-Highway, si deve affrontare preliminarmente la seguente scelta progettuale: architettura centralizzata o distribuita. In termini pratici, un’architettura d’automazione centralizzata prevede un solo nodo di controllo, comando ed elaborazione dei dati macchina, quindi una sola centralina in cui convergono tutti i segnali in ingresso e da cui partono tutti i segnali in uscita; in un’architettura d’automazione distribuita, invece, ogni sezione della macchina (motore, cabina, attrezzature) ha un nodo dedicato, che può comunicare con gli altri.
Se un’architettura centralizzata può risultare più semplice e intuibile, d’altra parta comporta un gran numero di cavi lungo il veicolo, con conseguente incremento dei costi di cablaggio. Si opta per questa scelta nei veicoli semplici e di taglia ridotta. Per veicoli più complessi la scelta progettuale è quasi sempre quella di un’architettura distribuita, in particolare di una centralina (master) che comunichi con nodi remoti (slaves) di distribuzione degli I/O.
TTControl offre un ampio range di moduli I/O che comunicano in rete CAN con la centralina master mediante i protocolli CANopen e CANopen Safety. Questo permette di creare un’architettura, oltre che distribuita, anche modulare e sicura. Dal punto di vista della sicurezza funzionale, è raggiungibile un Performance Level d (PLd).
L’interfaccia operatore di TTControl si chiama eVision, disponibile nelle taglie 5”, 7”, 10.4” e 12”, ed in versione completamente touch screen o con tasti laterali. Dal punto di vista costruttivo si presenta come un display polarizzato ad altissima definizione (luminosità fino a 1000 cd/m2 e contrasto fino a 1200:1) ed estremamente robusto (IP65).
Tecnicamente è dotato di processore ARM Cortex A8 da 800 MHz, memoria flash fino a 1 GB e RAM da 512 MB, interfacce CAN (fino a 4), USB 2.0, Ethernet, RS-232, moduli Wi-Fi, GSM e GPS, ingressi per videocamera analogica (fino a 4) visualizzabili simultaneamente. Come per le centraline, è programmabile in linguaggio C o CodeSys, quindi con una propria logica di gestione dei segnali e delle periferiche. Riduttivo continuare a chiamarlo “visualizzatore”.
TTControl, joint-venture di TTTech e HYDAC International, sviluppa e commercializza soluzioni per il controllo, il comando e l’interconnessione dei veicoli dell’Off-Highway, nonché offre lo sviluppo di software dedicato alle funzioni macchina e di sicurezza e personalizzato su richiesta del cliente. TTConnect Wave è il gateway di TTControl che, dotato di SIM con traffico dati, trasferisce ciclicamente ed in maniera sicura su TTConnect Cloud misure e allarmi di stato ricevuti dalla rete CAN del veicolo.
La ridondanza delle interfacce di connessione consente di ottimizzare l’invio dei dati che, in caso di assenza di rete, sono storicizzati nella memoria di bordo e inviati al cloud non appena il veicolo torna in una zona con presenza di campo.
La TTConnect Wave, installata sul veicolo, deve essere collegata all’unità elettronica di controllo (ECU) attraverso il CAN bus, così ottiene le misure rilevate dai sensori e quelle di diagnosi della ECU. Il gateway può inviare al cloud anche le informazioni di posizione del veicolo grazie all’interfaccia GNSS. Il dispositivo integra un giroscopio e un accelerometro che consentono all’utente di conoscere l’attuale assetto della macchina ed essere informato di eventuali situazioni problematiche.
La gestione e la configurazione del gateway è semplice ed intuitiva, infatti bastano pochi click sul proprio account TTConnect Cloud per impostare i parametri del gateway e scegliere i dati che devono essere inviati al cloud.
L’aumento della complessità dell’elettronica a bordo macchina comporta di pari passo un aumento del rigore con cui sviluppare il software di controllo e validare la macchina stessa.
MATCH è la piattaforma software di HYDAC per l’intero ciclo di sviluppo macchina, costituita da differenti tools specifici per ogni fase di sviluppo e validazione.
Pertanto non si tratta semplicemente di un ambiente di sviluppo software ove scrivere la logica delle funzioni macchina, come ad esempio potrebbero essere il complilatore di C, il CodeSys, o MATLAB Simulink. MATCH non risulta sostitutivo di un ambiente di sviluppo software, ma complementare ad esso. Lo sviluppo e la validazione del software, per quanto complessi e articolati possano essere, coprono statisticamente il solo 20% del ciclo di sviluppo macchina.
A partire dai requisiti di progetto, i singoli tools di MATCH permettono di definire l’architettura funzionale, la topologia e la logica della macchina e delle sue funzioni, nonché gli strumenti di diagnosi e testing ad ogni livello, ed infine la generazione automatica di tutta la documentazione di progetto.
A chiusura di questo excursus sull’elettronica on board del veicolo, la sensoristica. Il sensore diviene di primaria importanza poiché delegato alla comunicazione con il mondo esterno alla macchina, fine alla misura e alla gestione di segnali destinati ad essere poi elaborati dalle unità di controllo per lo svolgimento di lavoro.
I segnali gestiti dai sensori riguardano prevalentemente grandezze come pressione, temperatura, portata, distanza lineare, orientamento angolare, velocità lineare e rotazionale, e misure diagnostiche varie.
Per le macchine destinate al settore dell’off-highway (es.: agricoltura, costruzione, sollevamento), i sensori raccolgono i segnali dall’esterno come input per l’espletamento di funzioni macchina, funzioni sicurezza e funzioni ausiliarie.
HYDAC dispone di una vasta gamma di sensori e strumenti di misura, dotati dei più noti protocolli di comunicazione in ambito industriale e per le più svariate applicazioni nel settore oleodinamico ed elettroidraulico.
Nella gamma HYDAC, questi sono disponibili sia nella versione “standard” con segnale analogico 0-10V o 4-20mA che nella versione “smart”, da intendersi come l’integrazione di una parte “sensing” per l’acquisizione dei dati con una di “processing” per l’elaborazione degli stessi.
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