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 e 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 così 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 “TRI combinato” 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. Lo scopo è quello di differenziarsi 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 mondo 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.

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. 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 dell’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 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 gestire gli ingressi e le uscite, di interfacciarsi a una Interfaccia Utente (IU) che può essere un VT (Virtual Terminal) standard ISO-bus, di gestire una porta USB e inoltre  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 dato dal fatto 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. Inoltre abbiamo la 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 veloci, anche a grandi distanze. 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 ma anche in fase di studio o 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. Innanzitutto 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 ISO-bus (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 fossero creati 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. Come noto, l’integrazione con il mondo circostante è sempre più richiesta, pur nell’ottica di semplificare sempre più l’utilizzo delle attrezzature da parte del cliente finale.