Articolo ospite di Herbert KrAibüHler AutomAzione: tendenzA nel

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HARTING’s
Te c h n o l o gy
Newsletter
Articolo ospite di Herbert Kraibühler
Automazione: Tendenza nel settore dello stampaggio a iniezione
Device Connectivity nel contesto globale . Rivoluzione asiatica nei trasporti urbani
tec.News 16: Editoriale
Philip F. W. Harting
Pushing Performance
L’offensiva del gruppo tecnologico harting continua. Il nostro obiettivo è quello di raggiungere prestazioni sempre migliori, rendere processi e soluzioni
ancora più efficaci e fornire un maggior valore aggiunto ai nostri clienti industriali.
Nuove fabbriche in Romania e Cina, il centro logistico in Cina responsabile per
l’area asiatica, una propria filiale in Australia e l‘espansione delle proprie attività in Vietnam e nel Medio Oriente sono tutti aspetti importanti del nostro
piano strategico. Ma non basta: harting stringe alleanze strategiche sempre più
significative con distributori locali su scala mondiale, soprattutto con i paesi
emergenti. harting sta creando un approccio più ampio, efficiente e moderno
ma soprattutto più dedicato alle reali necessità del cliente. L‘obiettivo è quello di
continuare a sviluppare la nostra capacità di acquisire e consolidare competenze, ed al contempo acquisire nuove opportunità da nuovi mercati in un mondo
sempre più “interconnesso”.
CI AVVICINIAMO
harting ha deciso di velocizzare il processo di avvicinamento al cliente spingendo sull‘accelleratore per quanto riguarda la produzione, l‘espansione della
rete di sviluppo e delle vendite. Essendo globalmente presenti, siamo in grado di
comprendere meglio le esigenze dei nostri clienti riuscendo a realizzare in modo
efficace le soluzioni che ci vengono richieste. I clienti harting operano in diversi
settori di produzione industriale, è per questo che si ricorre a prodotti harting,
noti per aver caratteristiche di estrema affidabilità ed altissimo livello tecnico,
ovunque siano coinvolti processi di: generazione e distribuzione dell‘energia,
controllo di macchina e produzione, e gestione di reti industriali. Col coinvolgimento di esperti harting nelle prime fasi dello sviluppo di un prodotto si otten-
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harting tec.News 16 (2008)
gono numerosi vantaggi che si riflettono nelle eccellenti
prestazioni dei prodotti, nell’adeguatezza delle soluzioni,
nell‘ottimizzazione dei processi e conseguente dimunuizione dei costi durante la preparazione, la pianificazione,
il servizio e la manutenzione di un progetto.
Tutto ciò è possibile perchè harting, grazie alla sua competenza legata al mercato industriale, mette a disposizione
soluzioni scalabili e innovative per le applicazioni future.
harting offre ai suoi clienti tecnologie, software e prodotti
altamente innovativi che si sono imposti nel settore “office”
adattandoli per il mondo industriale.
I grandi punti di forza di harting sono: apertura a nuove
idee e la competenza necessaria per metterle in pratica.
Grande è la nostra disponibilità nell‘instaurare partnership vincenti, è infatti in collaborazione con i nostri clienti
e con i partner industriali che diventano realizzabili soluzioni che nessuno dei singoli partecipanti avrebbe potuto
sviluppare da soli.
Alcuni casi pratici realizzati nel corso dell‘ultimo anno: sistemi di comunicazine e controllo decentralizzati in grandi
aeroporti (una collaborazione con Siemens), soluzioni per
backplane di ecografi GE Healthcare, sensori di precisione
per il mondo ferroviario, soluzioni Ethernet per il traffico metropolitano in Corea del Sud e Austria, sistemi di
controllo per ambienti gravosi in applicazioni marine ed
eolico.
Interconnessione perfetta
L‘automazione IT che riflette l‘inevitabile convergenza tra
sistemi di comunicazione office e industriali, è una delle
priorità chiave di harting. L’impiego universale di Ethernet
e del protocollo TCP/IP in applicazioni office apre orizzonti
di sviluppo finora immaginati solo da pochi nel settore
industriale, anche solo per il fatto che i processi office e
quelli di produzione, in tutti i settori dell’industria crescono in modo sempre più convergente . L’automazione IT
spinge questo processo con prodotti e soluzioni innovative
e rende possibili soluzioni che integrano la produzione ed
il processo nei sistemi gestionali aziendali.
Fantascienza? Certo che no ! In passato harting ha presentato e discusso questi concetti in occasione di fiere di
settore e non si è fermata qui... Ora harting ha realizzato
in modo esemplare questi principi nello stabilimento cinese di Zhuhai. Le soluzioni di controllo e comunicazione
utilizzate all‘interno del complesso produttivo di Zhuai si
estendono ben oltre le mura della fabbrica, integrandosi
all‘interno della rete globale di comunicazione harting.
Orientamento al cliente
Ma non è ancora tutto. harting ha sempre sostenuto l‘importanza della focalizzazione sul cliente, filosofia alla quale deve anche il suo successo duraturo. Il maggiore punto
di forza di harting è di conoscere sempre ciò di cui hanno
bisogno i clienti e di tenerne conto in modo flessibile già
dall‘inizio di ogni progetto. Ora harting dà seguito con
grande convinzione a questi sforzi creando un reparto
all’interno del gruppo harting che sostiene e promuove lo
sviluppo di soluzioni customizzate personalizzate.
Ricerca e sviluppo sono le basi su cui si fondano le innovazioni del gruppo tecnologico harting. Attualmente stiamo
intensificando i nostri sforzi dedicati alla ricerca e sviluppo per l‘implementazione di nuove tecnologie, prodotti e
soluzioni che amplieranno la nostra gamma di prodotti.
Perché tutto questo? Molto semplice: per i nostri clienti. Le
nostre competenze e il nostro impegno nello sviluppo di
tecnologie servono ad un unico scopo: aumentare il valore
aggiunto offerto ai nostri clienti.
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tec.News 16: Contenuti
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Contenuti
Editoriale di Philip F.W. Harting:
Pushing Performance _2
Sicurezza
Articolo ospite di Herbert Kraibühler:
Automazione: Tendenza nel settore
dello stampaggio a iniezione _6
Rilevamento dati infrastrutture ferroviarie –
Massima precisione ad alta velocità _20
harting Partecipazione a fiere 2008 _86
Connessione in treni tandem con linea Ethernet
ridondante – soluzione speciale con switch harting
configurabili _34
Efficienza grazie all‘automazione
Ethernet nei treni _42
Ethernet vuol dire efficienza _10
Device Connectivity nel contesto globale _13
Soluzioni harting per l‘energia eolica _62
Racconti di vita subacquea _74
Automation IT scende in campo _46
Domare due leoni danzanti _50
Entertainment
Di nuovo una bella idea! _66
Rivoluzione asiatica nei trasporti urbani _60
La tecnologia Power Bus riduce i costi _76
Pronto, unità mobile! _78
I connettori Han® vanno all‘opera _82
Leadership tecnologica
Robocup World Championship _18
Partnership di sistema
Connettori innovativi per MicroTCA™ _26
Avanguardia a ultrasuoni _31
Integrità di segnale: High Speed Channel _37
Seguendo le tracce _56
Allrounders – Sistemi MicroTCA™
nelle applicazioni industriali _40
Simulazione di proprietà elettromeccaniche
in un connettore elettronico _70
L‘economia globalizzata richiede importanti
accordi di partnership _54
Dettagli della pubblicazione.
Pubblicato da: harting KGaA, M. Harting, P.O. Box 1133, 32325 Espelkamp (Germany), Phone +49 5772 47-0, Fax: +49 5772 47-400, Internet: www.harting.com
Redattore: A. Bentfeld | Vice Redattore: Dr. H. Peuler | Coordinamento: Communication and Public Relations Department, A. Bentfeld
Design e layout : Contrapunkt Visuelle Kommunikation GmbH, Berlin | Produzione e stampa: Druckerei Meyer GmbH, Osnabrück
Stampato in 30.000 copie (Tedesco inglese e altre 11 lingue)
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Tutti i nomi e le identificazioni dei prodotti sono marchi registrati appartenenti ad harting KGaA o altre compagnie.
Nonostante attenti controlli non è possibile escludere completamente la possiilità di errori di stampa o errori dovuti a modifiche delle sigle di identificazioni dei prodotti avvenute poco
prima della stampa. Per questa ragione harting KGaA risponde solo di quanto dettagliamente specificato dei propri cataloghi di pertinenza. Stampato su carta prevalentemente riciclata
e senza l‘utilizzo di sbiancanti al cloro.
2008 da harting KGaA, Espelkamp. Tutti i diritti riservati.
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tec.News 16: Articolo ospite
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harting tec.News 16 (2008)
Herbert Kraibühler
Automazione:
Tendenza nel settore dello stampaggio a
iniezione
L‘inarrestabile migrazione della produzione di oggetti semplici di basso costo verso aree geografiche che garantiscono un minimo costo del lavoro, sta causando la riduzione dei volumi di produzione in quei paesi dove invece il
costo del lavoro è alto. Per contrastare questa tendenza e poter produrre in modo concorrenziale anche in tali paesi
occorre aumentare il contenuto tecnologico ed implementare l‘efficienza dei processi produttivi.
Integrazione di funzioni
Una delle tendenze nel settore dello stampaggio ad iniezione
consiste nell‘integrazione di funzioni complesse nel ciclo di
produzione. Come ciò sia realizzabile utilizzando un design
intelligente di stampi e procedimenti è stato dimostrato con
grande successo alla fiera leader mondiale K 2007 di Düsseldorf da Arburg e dal suo partner innovativo Oechsler.
Fotoconduttore LED in un unico passo di
produzione
Un striscia luminescente LED, perfettamente funzionante, è
stata realizzata in un unica fase produttiva. Il cuore dell’impianto è rappresentato da una pressa ad iniezione per tre
componenti Allrounder 370 S con un robot Multilift V e uno
stampo rotante a tre stazioni che gira automaticamente a
passi di 120° per passare dall‘una all‘altra.
Questo procedimento viene realizzato grazie all‘impiego un
materiale plastico conduttivo di recente sviluppo che viene
iniettato intorno a un componente LED altamente sensibile
e richiede una pressa, uno stampo e un robot complessi ed
estremamente precisi.
L’intero ciclo di produzione si svolge in modo seriale e a
prima vista appare molto semplice: prima viene stampato
il guscio, poi avviene l‘iniezione del materiale delle lenti
nelle apposite cavità. Il robot inserisce ora la resistenza e
i tre LED. Alla fine il guscio superiore viene terminato con
l‘iniezione del terzo componente conducente in poliammide
e viene prelevato.
I singoli procedimenti nello stampo sono molto complessi:
nel procedimento dello stampaggio a tre componenti non
vengono soltanto prodotti guscio e lenti, ma viene anche
iniettato nello stampo il materiale plastico altamente conduttivo con l’uso della tecnica a canale caldo e si procede
al rivestimento e alla creazione di contatti per i componenti elettronici. La durata del ciclo di produzione del pezzo
completo è pari a 40 secondi circa. L’intero svolgimento del
processo viene gestito per mezzo del controllo da monitor
Allrounder basato su grafica di Selogica. In ogni passo del
ciclo vengono eseguiti contemporaneamente tutti e tre i passi del procedimento.
Le lenti per i tre LED da inserire sono in poliammide trasparente, il guscio del fotoconduttore in ABS. Le piste vengono
prodotte in un poliammide conduttivo sviluppato appositamente. Tutti e tre i materiali plastici si possono lavorare
insieme senza problemi nell’Allrounder per tre componen-
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tec.News 16: Articolo ospite
ti. In processi di lavoro successivi è possibile assemblare i
gusci superiori prodotti con i relativi gusci inferiori e aggiungere una batteria da 9 V per ottenere un fotoconduttore
completo.
Con questo impianto e la produzione del fotoconduttore
LED come pezzo dimostrativo, Oechsler e Arburg hanno
dimostrato alla K 2007 in modo spettacolare i risultati eccezionali che si possono oggi ottenere mediante pressa ad
iniezione e relativo stampo, unendo i processi di produzione,
inserimento, integrazione funzionale e montaggio.
Integrazione dei processi successivi
Un’ulteriore possibilità di produrre pezzi ad iniezione altamente complessi conseguendo vantaggi in termini di prezzo
e di qualità, consiste nell’integrazione di processi a valle
dello stampaggio ad iniezione come per esempio il montaggio o l’imballaggio o anche rivestimento, veniciatura e decorazione delle superfici. Questi passi di produzione verranno
in futuro integrati in misura ancora maggiore direttamente
al ciclo di produzione, in modo da evitare di danneggiare
e sporcare il pezzo durante il trasporto intermedio e soprattutto di ridurre decisamente anche il tempo fino alla
disponibilità. Tale abbreviazione del tempo di lavorazione
e di magazzinaggio comporta direttamente la riduzione di
capitale immobilizzato ed offre in tal modo più spazio per
gli investimenti.
Fig. 1: Messa a disposizione della resistenza e dei LED che vengono inseriti
nell’utensile.
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Fig. 2: Prelievo del pezzo iniettato completo da parte del robot.
Stampaggio ad iniezione di spazzolini da denti in
colori assortiti
Un esempio dell‘integrazione di passi di fabbricazione
successivi è rappresentato dallo stampaggio a iniezione
di spazzolini da denti in colori assortiti realizzato con una
macchina per cinque ed ora addirittura sei componenti.
Sulla macchina per cinque componenti il corpo principale
dello spazzolino viene rivestito in un unico ciclo di lavoro
con quattro diversi colori e quindi in ogni ciclo vengono
preparati 16 spazzolini, in quattro diverse combinazioni di
colori. Il vantaggio di questo procedimento, tecnicamente
laborioso, è a livello logistico: grazie alla complessità della
macchina e del processo di stampaggio è possibile semplificare i successivi processi come spazzolatura e confezionamento in modo tale che il tempo complessivo trascorso dalla
produzione al confezionamento fino alla consegna – di unità
di quattro spazzolini di diversi colori – viene abbreviato da
diversi giorni a poche ore.
Inclusione di passi di produzione a monte
Oltre a rivolgere l‘attenzione ai passi di produzione successivi alla pressoiniezione, in futuro si penserà sempre di più
anche alla direzione opposta: i passi di produzione precedenti. Si tratta per esempio dei procedimenti di fustellatura
e piegatura o dell’alimentazione di pezzi da rivestire. Tali
procedimenti vengono spesso tenuti in troppo poco conto e
non vengono considerati come facenti parte del core business della pressoiniezione. Eppure una loro ottimizzazione potrebbe comportare semplificazioni, ridurre i costi e
migliorare la qualità di procedimenti di produzione di per
se’ rapidi, ma per i quali il ciclo di stampaggio sembra a
harting tec.News 16 (2008)
prima vista troppo lento. Buoni esempi di tali processi di
ottimizzazione si trovano nel rivestimento di lamiere e pezzi
fustellati che possono trovare impiego in cellulari e interruttori e anche in pezzi decorativi del tipo impiegato nel
settore automobilistico.
I vantaggi consistono nella riduzione dei tempi e delle quantità di consegna con la diminuzione dei costi e l‘aumento di
affidabilità logistica che ne conseguono. È pertanto chiaro
che per ottenere una produzione conveniente molto spesso
la soluzione migliore non consiste nell’adozione di macchine, periferiche o materiali meno cari, ma molto di più in
un’alta disponibilità della produzione complessiva, in uno
svolgimento logistico sicuro e nell‘abbreviazione dei tempi
morti.
L’impianto si complica, il controllo si
semplifica
Nel caso di isole di produzione complete si nota in modo
particolarmente evidente la grande importanza del controllo centrale. Nonostante l’aumento della complessità, la
manovrabilità degli impianti e dei processi non solo non
diminuisce, ma viene addirittura ulteriormente semplificata. L’operatore può avere a che fare con una filosofia e
un’interfaccia utente centrali uniche. Sono perciò richiesti
controllori che integrano le periferiche e una filosofia di
comando unitaria, una programmazione semplice e una
rappresentazione schematica di processi complessi con tutti i parametri importanti, un’alta sicurezza di processo e
flessibili funzioni di sorveglianza per garantire la qualità;
in sostanza il background della produzione deve essere rappresentato da un management intelligente.
Fig. 3: L‘impianto complesso per lo stampaggio ad iniezione di
spazzolini da denti in colori assortiti permette di concentrare
l‘intero processo di produzione, incluso il confezionamento
La via intelligente verso il futuro
“Intelligenza” è anche una parola chiave importante per il
futuro della tecnologia di stampaggio ad iniezione. I fornitori e gli utilizzatori delle macchine devono strutturare la
produzione in modo più sicuro, manovrabile ed economico
sfruttando macchine e processi “più intelligenti” unitamente a un approccio integrato verso la macchina, l‘utensile, il
materiale ed il processo nel loro insieme. Specialmente per
i paesi il cui il costo del lavoro è elevato, in futuro saranno
richiesti maggiori intrecci sinergici delle singole tecnologie
di produzione nell’ambito di isole di produzione “intelligenti” con un controllore centrale.
Herbert Kraibühler
Managing Director Technology and Engineering
ARBURG GmbH + Co. KG, Loßburg
[email protected]
Informazioni su Arburg
Arburg fa parte dei produttori leader mondiali di presse a iniezione per la lavorazione di materie plastiche
con forze di chiusura comprese fra 125 kN e 5.000 kN.
I campi d’impiego sono per esempio la produzione di
pezzi in plastica per automobile, elettronica per la comunicazione e l’intrattenimento, tecnica medicale, elettrodomestici e confezioni. La gamma dei prodotti viene
completata da robot, periferiche e progetti complessi. In
particolare per quanto riguarda il settore dei progetti,
Arburg ha un reparto dedicato appositamente alla concezione e alla realizzazione di soluzioni globali personalizzate e su misura. In tal modo il cliente ha una persona
di contatto per : creazione, sviluppo, messa in servizio,
certificazione CE e servizio postvendita.
Nell’ambito di un sistema di management integrato, Arburg è certificata DIN EN ISO 9001 e 14 001. Arburg
è rappresentata con organizzazioni proprie in 23 paesi
e 31 sedi e attraverso partner commerciali in oltre 50
paesi. La produzione avviene però esclusivamente nello
stabilimento di Loßburg (Germania). Degli oltre 2.000
collaboratori di Arburg circa 1.700 si trovano in Germania, altri 330 nelle organizzazioni Arburg in tutto
il mondo.
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t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
Ken Kotek
Ethernet vuol dire efficienza
Un dilemma: tecnologie sempre nuove e sviluppi tecnologici velocissimi da un lato e un maggiore utilizzo di soluzioni
standard dall‘altro lato. La soluzione a questo dilemma è a portata di mano: l‘utilizzo di soluzioni standard per la
comunicazione e di Industrial Ethernet non limitano lo sviluppo tecnico, al contrario rappresentano la piattaforma
che permette non solo di promuovere lo sviluppo di nuove tecnologie, ma anche di accelerare la realizzazione di
nuove soluzioni innovative.
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harting tec.News 16 (2008)
L‘accoglienza a livello mondiale di questo protocollo, prova oltre ogni dubbio che Industrial Ethernet è ormai una
realtà consolidata. E‘ finita l‘era in cui le reti erano basate
solo su molteplici protocolli proprietari: è altresì vero che
ProfiNet, Device Net o ModBus TCP occupano ancora una
notevole parte della realtà delle installazioni, e che questi
protocolli sono certamente necessari per determinate apparecchiature, ma non sono tuttavia la scelta più idonea per
la comunicazione tra apparecchiature industriali e parti
del sistema di tipologia diversa. Per rendere possibile la
combinazione libera di componenti differenti è quindi
necessario uno standard di comunicazione universale. E
questo viene realizzato da Ethernet.
Come fa un ulteriore protocollo, vale a dire Ethernet, a
contribuire alla liberazione da limitazioni di rete? La spiegazione parte dalle origini di Ethernet: La bellezza del protocollo Ethernet consiste nel fatto che opera sui tre livelli
inferiori di un modello a sette livelli. Salendo verso l’alto
può essere elaborato e suddiviso in segmenti che definiscono Ethernet/IP, PROFINET, Modbus TCP ecc.
Il livello inferiore è chiamato livello fisico, e comprende
principalmente i cavi e i connettori. Poiché tutti i protocolli
utilizzano cavi e connettori, la rete è più affidabile quanto
più comuni e robusti sono questi ultimi. Salendo verso l‘alto tutti gli altri protocolli si appoggiano sul livello fisico. Di
conseguenza se il livello fisico rimane invariato, diventa
più semplice l’accoglienza degli altri protocolli. Per questo
motivo Ethernet è ritenuto adattabile e aperto.
Architettura aperta significa versatilità
Numerose applicazioni e industrie hanno salutato con entusiasmo questo protocollo aperto. Combinati alle capacità
full-duplex dell‘Industrial Ethernet i tempi di trasmissione
dei dati non sono solo più veloci, ma anche deterministici. Questa apertura, l’assenza di problemi nell’utilizzo e
l‘accoglienza crescente di Ethernet hanno generato nuove
idee e applicazioni.
Quando gli switches Industrial Ethernet hanno accelerato
la tecnologia a partire dal basso, dalla tipologia plug-andplay fino alle funzioni complesse di gestione della rete,
la loro domanda è aumentata enormemente nei mercati
industriali. I mercati, finora prevalentemente orientati al
Fieldbus, stanno ora passando ad Ethernet. I mercati che
ora utilizzano questi prodotti sono molteplici: energia eolica, trasporto su rotaia, industria farmaceutica e industria
automobilistica.
Energia eolica
Il futuro appartiene all‘utilizzo di energie rinnovabili. La
riduzione della produzione di CO2 è uno dei compiti più
importanti della produzione, trasporto e distribuzione di
energia elettrica del prossimo futuro. L‘energia eolica si è
imposta a livello mondiale in questo ambito e presenta oggi
le percentuali più elevate di crescita e di innovazione nel
settore industriale. Poiché gli impianti ad energia eolica
aumentano di grandezza e sotto il profilo tecnologico, si
incrementa anche la lunghezza dei cavi . Più di 100 metri
sono già diventati uno standard e viene superato certamente il limite della trasmissione su rame. Perciò diventa
attraente l’alternativa rappresentata dalle fibre ottiche che
supportano distanze fino a 2000 m. Con prestazioni nominali di temperatura ampliate, la serie di prodotti harting
eCon 3062 è una scelta interessante per l‘industria
dell‘energia eolica. Questi switches vengono utilizzati
principalmente per la trasmissione dei dati tra i singoli
generatori eolici e gli apparati di controllo centrali.
Trasporto ferroviario
Le reti di trasmissione dati a bordo treno servono a rendere
più agevole, affidabile e confortevole il trasporto dei passeggeri. Le soluzioni percorribili sono sicuramente maggiori e più realistiche di qualche anno fa. Uno dei motivi è
che Ethernet viene utilizzato con maggiore frequenza dai
principali produttori di veicoli ferroviari come protocollo di
comunicazione. I campi di applicazione principali sono: sicurezza, informazioni ai passeggeri, climatizzazione e trasmissioni wireless. Le famiglie di prodotti harting eCon,
sCon e mCon – inseriti in rete – supportano egregiamente
tali funzionalità Ethernet.
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Industria farmaceutica
I prodotti farmaceutici devono sottostare a severi controlli
di quantità e di qualità. Gli switches Ethernet, come eCon e
mCon, realizzano questi compiti alla perfezione. La realizzazione fluida dell‘applicazione e il concetto di risparmio
dello spazio sono un vantaggio inestimabile, specialmente
negli ambienti interni. La richiesta di prodotti farmaceutici aumenta ulteriormente – e perciò anche la necessità di
implementazioni Industrial Ethernet.
Industria automobilistica
Per una questione di necessità gli stabilimenti automobilistici e i loro sistemi di produzione sono sempre allineati allo stato più recente della tecnica; la pressione della
concorrenza e dei prezzi rappresentano una forte spinta
innovativa. Un‘importante produttore di veicoli statunitense ha scelto Ethernet/IP come standard per la trasmissione dati per tutto il gruppo. Applicazioni come sistemi di
misura e controllo, robot, procedimenti di verniciatura e
di saldatura vengono controllati e comandati con l‘ausilio
di Ethernet. Gli switches Ethernet harting, in particolare quelli della serie mCon 3100, integrano e supportano
queste applicazioni con evidenti vantaggi per il cliente:
i processi sono monitorati in tempo reale, i dati vengono
rilevati all‘interno del processo stesso, un protocollo regola
tutti i processi e l‘intera comunicazione, e infine installazione e sostituzione possono essere realizzate in modo
facile e veloce. I sistemi di connessione e i cavi harting
sopportano anche le applicazioni più gravose dell‘industria
automobilistica, soprattutto perchè ideati per soddisfare le
necessità tecniche del Cliente.
Questi sono solo alcuni dei mercati, in cui harting è stata
attiva negli ultimi anni. La maggior parte degli altri mercati di produzione e di service industriali non si è ancora
reso accessibile, tuttavia il potenziale è enorme. Ovunque
vi sia la trasmissione dei dati e comunicazione, Ethernet
ha oggi un ruolo preminente, oppure lo avrà nel futuro
più prossimo.
Applicazioni industriali con Industrial
Ethernet come standard
Con il crescente interesse nei confronti di Ethernet vengono scoperte sempre nuove possibilità di un suo utilizzo
negli ambienti più difficili. Il motivo dello sviluppo di un
“Industrial” Ethernet speciale è l’obiettivo di rendere i cavi,
i connettori, gli switches Ethernet e il protocollo da essi
supportato affidabili quanto l‘hardware essi collegano.
L‘infrastruttura di collegamento deve essere in grado di
offrire la migliore protezione contro calore, polvere, umidità, vibrazioni e temperature estreme: da qui il concetto
dell‘ “Industrial Ethernet”.
harting perciò non offre solo un ampio assortimento di
switches Industrial Ethernet, ma ha inoltre nel proprio
portafoglio prodotti, cavi e sistemi di connessione robusti
e idonei per l‘impiego industriale, dagli switches plug-andplay fino a switches gestiti con funzionalità di management avanzate.
Oltre alla qualità dei prodotti Industrial Ethernet, il concetto di una tecnica orientata al valore (Value Based Engineer­
ing) rappresenta l‘argomento di mercato più importante per
harting. Poiché un prodotto può essere buono solo in base
ai valori in esso contenuti: qualità, integralità, supporto e
know-how, harting assiste i propri clienti con i suoi Cisco
Certified Network Analyst. Questi tecnici di rete certificati
Cisco accompagnano lo sviluppo della soluzione che si rivela essere la più idonea per l‘applicazione del cliente e il loro
impiego contribuisce a rinforzare la fiducia nel prodotto e
nella rete Ethernet.
Ethernet ha reso accessibili applicazioni e processi che finora si trovavano senza un collegamento uno vicino all‘altro oppure che non erano aperti a causa delle mancate possibilità di comunicazione. Con gli Industrial Ethernet sono
stati aperte potenzialità completamente nuove e sono stati
realizzati salti di sviluppo tecnologico finora impensabili.
Inoltre sono diventati una realtà il risparmio sui costi, la
maggiore facilità d‘uso, le apparecchiature robuste ed elevata affidabilità.
Ken Kotek
Senior Product Manager, USA
HARTING Technology Group
[email protected]
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harting tec.News 16 (2008)
Matthias Fritsche & Andreas Huhmann
Device Connectivity nel contesto globale
La standardizzazione delle interfacce può semplificare la gestione dei sistemi di rete complessi, e gli standard
fanno sì che le nuove tecnologie come Ethernet siano più facili da applicare. Ed è in questo ambito che una precisa
definizione di Device Connectivity assume particolare significato.
I problemi legati alla connettività e alle installazioni devono essere chiariti e risolti prima che le reti wireless divengano una realtà nell‘automazione industriale. Il primo
passo deve essere la definizione di un sistema di rete che
supporti connettività per le applicazioni principali in un
sistema di automazione (dati, segnale, alimentazione). In
questo caso vengono equiparate l‘alimentazione elettrica
da 400 V, la distribuzione di potenza e segnale.
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POWER
SIGNAL
DATA
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t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
Ci sono principalmente due
possibilità: L‘installazione può
essere effettuata durante l‘assemblaggio di un‘unità (per
esempio una macchina) utilizzando componenti pre-confezionati, o la rete può essere
installata in loco utilizzando
strumenti che si basano su tecniche di connessione veloce,
in entrambi i casi la modalità
di installazione deve offrire la
soluzione migliore per l‘applicazione a prescindere dall‘unità
funzionale da tenere in considerazione. Questi apparati hanno
interfacce di sistema specifiche
che vengono definite dalla rete.
Da questa riflessione segue che
solo quando rete, installazione e
Device Connectivity producono
un sistema armonico, si ottiene
una soluzione ottimale dal punto di vista del funzionamento
e dell‘installazione. Un ampio
approccio sistematico sulla connessione globale porta anche a
concetti funzionali di Device
Connectivity, che semplificano
in modo evidente la soluzione
dei problemi di dettaglio.
Device Connectivity
harting
La gamma di possibili soluzioni per la device connectivity
riflette la molteplicità delle apparecchiature utilizzate nel settore dell‘elettronica industriale.
harting offre una vasta gamma
di prodotti Device Connectivity
per dati, segnale e alimentazio-
ne dedicati a questo settore. La varietà dei prodotti harting
permette ai clienti di realizzare in maniera facile e veloce
qualsiasi soluzione di connettività.
E‘ il mercato stesso che detta le specifiche sul design,
performance e utilizzo di Ethernet. La strategia Device
Connectivity che harting ha sviluppato e in cui confluisce l‘intera competenza ed esperienza dell‘azienda, apre
tuttavia nuove possibilità per considerare l‘intero sistema
corrispondente a partire dalla soluzione di collegamento
e di realizzare in modo ottimale le richieste di calibro
maggiore (e che ancora stanno aumentando).
Pertanto il connettore a presa MicroTCA derivante da Connectivity Telecom viene di recente utilizzato come connettore board-to-board per gli apparati di azionamento e
di controllo. Anche l‘ultima generazione del connettore
PushPull viene applicata come soluzione Cable-to-Board
IP 67 su entrambi i segmenti di mercato. In questo modo
si conferma la tendenza a una convergenza nell’ambito
della tecnologia di connessione delle apparecchiature, con
le sinergie che ne derivano. Ciò ha avuto effetto sulla posizione nel mercato di harting: harting offre connettori
più che innovativi, vale a dire concetti globali della Device
Connectivity comprendenti connettori, sotto sistemi fino
al backplane completi.
harting per la Device Connectivity è il partner
nel design-in-process
Gli effetti positivi della collaborazione tra harting ed i
propri clienti: il rapporto tra le parti si distingue dalla
tradizionale rapporto tra cliente e fornitore. harting viene coinvolta sempre di più dal cliente nello sviluppo dei
suoi prodotti e dei suoi impianti di produzione. Oltre al
contatto di riferimento del cliente vengono messe perciò
a disposizione del cliente la conoscenza e la competenza di esperti: dal supporto per l’applicazione tecnica con
know-how specifico dell’apparecchiatura, fino a un gruppo
di esperti per HF (applicazioni ad alta frequenza), EMV
(compatibilità elettromagnetica), progettazione meccanica, high power engineering, esperienze di installazione.
Simulazioni delle applicazioni possono essere effettuate
preliminarmente in un laboratorio accreditato. harting
Technology Group possiede tutte le tecnologie chiave per
Figura 1: tecnologia di connessione per
circuiti stampati
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harting tec.News 16 (2008)
l‘integrazione di Device Connectivity, come per esempio la
tecnica di assemblaggio su circuiti stampati in SMT, SMC,
THT come pure la tecnologia press-in.
harting coopera con gruppi di utilizzatori con i quali
vengono elaborate soluzioni di Device Connectivity, che
confluiscono nella standardizzazione internazionale. I
produttori delle apparecchiature determinano il livello di
coinvolgimento di harting nel design-in-process. Esistono
inoltre tre modi di realizzazione di una tecnica ottimale di
connessione delle apparecchiature in collaborazione con
harting:
1. Il produttore delle apparecchiature trova il prodotto device connectivity all‘interno del catalogo di DeviceCon
e realizza esso stesso il design-in con l’assistenza da
parte del supporto tecnico di harting.
2. Il produttore delle apparecchiature definisce i requisiti
delle interfacce delle apparecchiature e harting lo assiste nella scelta del prodotto device connectivity .
3. Il produttore delle apparecchiature pianifica una nuova
generazione di apparecchiature con tecnologia device
connectivity personalizzata. Viene quindi lanciato un
progetto congiunto per definire la nuova soluzione di
device connectivity. Il prodotto di tale collaborazione è
una soluzione personalizzata, cost-efficient per essere
prodotta in volumi.
Solo in quest‘ultima variante nella collaborazione tra
harting e i suoi clienti può essere ottenuta una nuova qualità di sviluppo, che non permette solo evidenti ottimizzazioni delle prestazioni, ma inaugura anche potenziali riduzioni dei costi in particolare per quanto riguarda l’onere
di sviluppo da parte del cliente. Device Connectivity è
presente nel contesto delle soluzioni nell‘ambito dell‘automazione industriale che tre principali requisiti: system
network, installazione e device connectivity. Il sistema di
rete genera la richiesta tecnica per l‘interfaccia dell‘apparecchiatura. I requisiti di installazione sono determinati
dall‘applicazione del cliente. L‘elettronica e la struttura
dell‘apparecchiatura determinano infine il procedimento
di integrazione. harting si impegna in tutti e tre gli ambiti
per poter realizzare l‘ampio concetto di Device Connectivity. I risultati confermano questo impegno.
1. Le richieste del sistema
I sistemi di rete come per esempio PROFINET vengono
generati da gruppi di utenti come il PNO (Profibus Nutzer­
organisation e.V.). Queste organizzazioni determinano le
richieste come la HF-Performance e le interfacce di connessione. Si deve osservare al momento un’evidente tendenza
verso altre interfacce di sistema oltre alla comunicazione.
PROFINET ha definito nel frattempo anche il connettore
per distribuzione della tensione a 24 V e il connettore per
la distribuzione dell‘alimentazione elettrica a 400 V. Il connettore Ethernet conforme alle norme IEEE 802.3 si basa
su PoE come pure il connettore di alimentazione delle apparecchiature. E perfino i costruttori di macchine utensili
hanno specificato chiaramente nella norma ISO 23 570 le
interfacce più adatte per dati, tensione di alimentazione
e potenza. Tali disposizioni rivestono notevole importanza ed è per questo altrettanto importante che harting sia
coinvolta nelle organizzazioni e nelle associazioni di standardizzazione, assicurando in tal modo soluzioni di connettività per le apparecchiature che garantiscano funzionalità
ottimale e orientamento al futuro.
2. Le richieste di installazione
Associazioni e organizzazioni di standardizzazione definiscono di norma solo gli aspetti funzionali dei connettori.
Entrando nello specifico dell‘applicazione è l‘utente a definire i requisiti più idonei. Un costruttore di macchine di
serie tende spesso ad adottare cablaggi preconfezionati. Se
però la rete deve essere realizzata sul sito di installazione,
avere una connettività di semplice utilizzo è di notevole
importanza. La tecnologia e funzionalità dei connettori
impiegati, la cui terminazione deve essere semplice, veloce ed affidabile, sono decisive. Per questo harting con
la tecnologia di connessione Han-Quick Lock® può vantare una soluzione di connessione con elevata densità di
contatti, che può essere terminata in loco, senza attrezzi
specifici.
L‘utente deve essere coinvolto nella scelta delle tecnologie
più adatte alla propria applicazione. E le apparecchiature
che ne fanno parte devono essere realizzate di conseguenza. Un esempio è di ciò è rappresentato da quanto è stato
3
15
t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
realizzato dai produttori tedeschi di automobili. Tutti hanno partecipato alla stesura di un unica piattaforma tecnologica per determinare una soluzione futura comune. Tale
piattaforma è stata realizzata in stretta collaborazione con
il PNO per poter considerare anche gli aspetti legati all‘intero sistema di automazione. I produttori automobilistici
hanno reso disponibile tramite i loro esperti nella manutenzione il loro know-how nei processi di installazione. I
produttori di apparecchiature e i produttori di connettori
– tra cui harting – erano allo stesso tavolo per dare il loro
contributo nella realizzazione della soluzione comune.
3. Le necessità delle apparecchiature
La soluzione di interfacciamento delle apparecchiature riveste una importanza strategica considerevole, nella realizzazione di un‘applicazione. I produttori di apparecchiature
adottano modalità di connessione che, spesso, pur risultando ottimali per l‘apparecchiatura stessa, non si rivelano le
più adatte per l‘applicazione o, peggio, per l‘intero sistema.
Ciò alla fine porta al fatto che produttori di apparecchiature differenti utilizzino sistemi di connessione decisamente
diversi tra loro, spesso non compatibili con le necessità del
sistema o dell‘applicazione.
Chi costruisce strumenti o apparecchiature ha richieste
specifiche chiare riguardo ai connettori da adottare: le
apparecchiature sono spesso dotate di un circuito stampato. Perciò possono essere utilizzati solo connettori che
possono essere assemblati e saldati contemporaneamente
ad altri componenti nel medesimo processo. La tecnologia
SMT (Surface Mount Technology) offre un metodo univoco per il montaggio dei componenti sul circuito stampato
dell‘apparecchiatura. Se i connettori non sono integrati sul
circuito stampato, sono necessarie soluzioni differenti, che
colleghino per esempio il connettore tramite un cavo piatto
con il circuito stampato. Con grado di protezione IP 67
– per apparecchiature che vengono utilizzate in ambienti
particolarmente gravosi – è necessario che la soluzione di
interfacciamento e connessione si integri perfettamente al
contenitore, concordando la tipologia più adatta di connessione con il produttore dell‘apparecchiatura.
16
Esempio PushPull Hybrid harting: la rete,
l‘applicazione, il connettore.
Una strategia ottimale nella scelta della connessione per
un‘apparecchiatura, si basa sulla combinazione di tre variabili, in un unico contesto: il sistema, l‘applicazione, l‘interfacciamento. Solo un produttore, che cerchi una scambio
di informazioni costante con i responsabili di sistema, gli
utenti e i produttori delle apparecchiature, può definire gli
standard più adatti. E solo un produttore, che realizzi con
successo prodotti tenendo in debita considerazione tutti e
tre le variabili, possiede la competenza per realizzare le
soluzioni migliori. harting si basa sui concetti di Device
Connectivity, Installation Connectivity e Network Systems
per offrire soluzioni infrastrutturali complete e sistematiche.
Con la tecnologia PushPull, harting ha già creato un nuovo standard. Ed ora, in seguito alle soluzioni di installazione concordate dai produttori tedeschi di autovetture,
il PushPull Han® si ha un nuovo livello evolutivo. Sono
necessari nuovi concetti di installazione della macchina. Il
passaggio della tecnologia di comunicazione a Ethernet offre anche la possibilità di semplificare significativamente
l‘installazione della macchina. Vi è una sempre maggiore
richiesta di macchine compatte, dove le apparecchiature
vengono disposte a distanza ridotta dall‘unità centrale. La
topologia a stella presenta in questo caso l‘efficienza maggiore e le prestazioni migliori.
L‘alimentazione della tensione dei componenti in una topologia a stella ibrida è completamente diverso da una topologia in linea o ad anello. Poiché viene a mancare nella
stella un collegamento a cascata, la portata della corrente
può essere adattata al singolo dispositivo. Nella topologia a
stella di una macchina sono sufficienti 5 A. Questa riduzione permette l‘utilizzo di connettori ibridi ottimali.
harting per ciò ha sviluppato un connettore, in grado di
trasportare sia la potenza che i dati Ethernet: il PushPull
Hybrid harting. A questo scopo il PushPull Hybrid harting
soddisfa anche la richiesta di miniaturizzazione dei produttori di apparecchiature di piccole dimensioni.
harting tec.News 16 (2008)
Figura 2: la DeviceCon Selection Guide
La DeviceCon Selection Guide – la formula
più semplice per individuare la soluzione di
interfacciamento ottimale.
harting ha organizzato sistematicamente le tre filosofie
(sistema, installazione, apparecchiatura) e le ha riproposte
nella DeviceCon Selection Guide, che fa parte del nuovo
catalogo DeviceCon.
Ciò permette al produttore delle apparecchiature di prendere in considerazione già nella prima fase della scelta del
connettore, tutti gli aspetti che devono essere tenuti in debita considerazione al momento dell‘integrazione nella sua
apparecchiatura, dell‘installazione dell’apparecchiatura
da parte dell‘utente e per quanto riguarda la compatibilità
con i suoi apparecchi. Pertanto diventa immediatamente
riconoscibile che un connettore SMT è idoneo per la terminazione in loco con la tecnica di connessione HARAX® ed
è conforme alle esigenze di PROFINET. Poiché i connettori
harting si trovano sempre nei contesti attuali di automazione, è possibile realizzare i sistemi di interfacciamento
più ottimali. Sia i produttori delle apparecchiature che gli
utenti finali, traggono da ciò un vantaggio rilevante.
Matthias Fritsche
Product Manager Device Connectivity, Electric
HARTING Technology Group
[email protected]
Andreas Huhmann
Director Strategic Marketing, ICPN
HARTING Technology Group
[email protected]
17
tec.News 16: Leadership tecnologica
Prof. Dr. Martin Riedmiller, Dr. Volker Franke, Wilhelm Finke, Frank Tegeler
RoboCup World Championship
Il mondo dell’intelligenza artificiale spiana la via a un’era nella quale l’impiego dei robot non si limiti più all’ambito
industriale, ma ci aiuti anche nei nostri compiti quotidiani. L’Università di Osnabrück e harting collaborano affinché
la squadra di calcio robotico dell’Università di Osnabrück riconquisti il titolo di campione del mondo.
Il progetto Brainstormers, iniziato nel 1998, si avvale di un
gioco come approccio al mondo dell’intelligenza artificiale.
Il progetto è finalizzato a studiare agenti autonomi in grado
di apprendimento in interazione con ambienti complessi.
Come campo di applicazione sufficientemente complesso si
è scelto il calcio per robot, poiché non solo richiede sequenze di movimenti complessi, ma coinvolge anche elementi
come intelligenza di gioco e lavoro di squadra in competizione con antagonisti. Le squadre di calcio di robot si
affrontano inoltre nei campionati RoboCup.
L’impostazione della ricerca si fonda su un concetto fondamentale dell’intelligenza artificiale: per mezzo di tentativi
ed errori i programmi di computer imparano con il tempo
a prendere autonomamente le decisioni giuste.
I principi di base di questo processo di apprendimento
artificiale sono noti dall’inizio degli anni Novanta. Attual-
18
mente si sta affrontando il problema della scalabilità dei
principi di base per poterli applicare a problemi complessi
e quindi interessanti per la pratica. A tal scopo il calcio per
robot rappresenta un buon campo di prova e il campionato
RoboCup offre la possibilità di applicare metodi e procedimenti nuovi e di confrontarsi con team di ricercatori di
tutto il mondo.
La RoboCup è un’iniziativa internazionale per promuovere
la ricerca nei settori dell’intelligenza artificiale e dei robot
mobili autonomamente. L’obiettivo perseguito dal punto di
vista tecnico-scientifico è molto ambizioso: sviluppare
entro il 2050 una squadra di robot in grado di battere il
vincitore della Coppa del Mondo di Calcio umana.
Una volta all’anno si svolgono i campionati mondiali di calcio dei robot, che rappresentano un banco di prova per le
più recenti innovazioni e un‘occasione di scambio. Questo
harting tec.News 16 (2008)
tipo di approccio garantisce una efficace e veloce diffusione dell‘informazione.
Dal 2003 la squadra dei Brainstormers di Osnabrück
partecipa con sei robot al campionato MidSize e si è già
aggiudicata il titolo di campione negli anni 2006 e 2007.
Determinanti per il successo sono stati sia il software dei
robot che un hardware adeguato: dallo chassis, all’attorica
e sensorica, fino al computer e all‘alimentazione di corrente.
La collaborazione con harting comincia da qui e si concentra in una prima fase sul perfezionamento del dispositivo
di tiro.
Questo componente è della massima importanza per i robot
che devono essere in grado di produrre tiri precisi ad alta
velocità ed altezza variabile, che impegnino il più possibile
i robot avversari e mettano alla prova la loro sensorica,
richiedendo la massima velocità di reazione. Oltre a ciò per
il successo del gioco di squadra è necessario poter effettuare passaggi con potenza di tiro flessibile. I dispositivi
di tiro finora impiegati, pur raggiungendo alte prestazioni,
come velocità di tiro fino ai 9 m/s o altezze oltre ai 4 metri,
soddisfano generalmente uno solo dei requisiti richiesti.
Questi apparecchi meccatronici sfruttano diverse energie
primarie di tipo pneumatico, elastico o elettromagnetico e
devono presentare una forma molto compatta e un consumo di energia ridotto al minimo. È inoltre necessaria una
struttura estremamente robusta per resistere a urti, colpi
e vibrazioni ed occorre rispettare gli standard di sicurezza
imposti per evitare l’insorgenza di pericoli per spettatori
e operatori.
Per prima cosa harting studia quindi le attuali prestazioni
del dispositivo di tiro dei Brainstormers con un impianto di
misurazione della velocità, consistente sostanzialmente in
barriere fotoelettriche e un calcolatore. La misurazione della velocità tiene anche conto dell’angolo di tiro della palla
e controlla con precisione l’andamento del movimento con
l’uso di una macchina fotografica ad alta velocità.
I primi risultati dell’analisi delle misure e del materiale
fotografico hanno comportato la scelta di un nuovo cilindro
di tiro che nelle prime prove ha consentito di raddoppiare
la velocità della palla. Ora si sta valutando come migliorare
il controllo dell’altezza massima della parabola di tiro.
Persino sofisticati sistemi di intelligenza artificiale non
sono in grado di sfruttare appieno il loro potenziale senza
una soluzione meccanica adeguata, come dimostra il fatto
che per la capacità di controllo del movimento di una palla
in dipendenza della relativa situazione di gioco è necessario variare la potenza di tiro, perfezionando la meccanica
del relativo dispositivo.
I Brainstormers potranno mettere alla prova l’efficacia del
nuovo dispositivo di tiro e di una procedura di apprendimento migliorata del software, verificando il loro nuovo
livello di gioco nel German Open del campionato RoboCup
alla fiera “Hannover Messe” di aprile, dove si troveranno nuovamente a difendere il titolo conquistato gli anni
passati.
La collaborazione fra il gruppo di lavoro di neuroinformatica dell’Università di Osnabrück e il gruppo tecnologico
harting si è dimostrata già da ora un pieno successo per
la squadra dei Brainstormers. Per il gruppo tecnologico
harting entrare nel mondo dell’intelligenza artificiale per
mezzo di un gioco come il calcio presenta un grande potenziale a livello di esperienza e di sviluppo e sicuramente
aiuterà a realizzare, in un futuro non troppo lontano, robot
in grado di svolgere compiti ora portati a termine dagli
uomini: è per questo che li stiamo già allenando.
Prof. Dr. Martin Riedmiller
Neuroinformatics, Information Engineering and
Cognitive Science Department
University of Osnabrück
Dr. Volker Franke
Managing Director Applied Technologies
HARTING Technology Group
[email protected]
Wilhelm Finke
Director Measurement and Testing Technology
HARTING Technology Group
[email protected]
Frank Tegeler
Measurement and Testing Engineer
HARTING Technology Group
[email protected]
19
tec.News 16: Sicurezza
20
harting tec.News 16 (2008)
Dietmar Maicz, Walter Gerstl & Britta Rohlfing
Rilevamento dati infrastrutture ferroviarie
Massima precisione ad alta velocità
Il rilevamento veloce e preciso di dati relativi allo stato del treno è di importanza fondamentale per i gestori delle
infrastrutture ferroviarie. Le posizioni di misura ARGOS® misurano lo stato dinamico di corsa dei treni alla velocità di esercizio, con l‘esattezza e l‘affidabilità necessarie. Le soluzioni harting per il cablaggio strutturato portano
immediatamente vantaggi nei costi e nelle prestazioni: una soluzione ad alto contenuto tecnologico e una riduzione
significativa dei tempi di installazione.
3
3
21
tec.News 16: Sicurezza
1. Misurazione dello stato
dell‘infrastruttura ferroviaria
Nell‘ambito della liberalizzazione del mercato europeo del
trasporto su rotaia, ogni impresa ferroviaria è autorizzata a utilizzare la rete di binari nazionale e locale, chiamata nel gergo ferroviario anche Rete ad Accesso Libero.
Il gestore della rete ha la responsabilità di provvedere a
mantenere l‘infrastruttura in perfetto stato. Il gestore dei
veicoli deve rispettare la qualità definita per le sue vetture.
Di ­conseguenza i gestori dei veicoli e dell‘infrastruttura
hanno interessi differenti. Il gestore dei veicoli desidera
trasportare il maggior carico possibile con le vetture più
economiche. Le vetture economiche hanno tuttavia spesso caratteristiche di corsa sfavorevoli, che si ripercuotono
svantaggiosamente sui costi di manutenzione dell‘infrastruttura. Obiettivo del gestore dell‘infrastruttura è l’addebitamento di una tariffa per l’usufrutto che corrisponda
al carico reale dell‘infrastruttura. Presso i diversi clienti,
che utilizzano la sua rete ferroviaria, in futuro, l’addebitamento individuale, potrebbe essere semplificato da un
sistema automatizzato.
Le ferrovie austriache ÖBB (Österreichische Bundesbahnen, Infrastruktur Bau AG, Stab Forschung & Entwiclung)
hanno sviluppato insieme a HBM e altri partners, a questo scopo, il sistema di misurazione ARGOS®, attraverso la
quale è possibile ottimizzare il sistema di manutenzione.
Inoltre, i dati rilevati con ARGOS®, possono essere utilizzati per il controllo della sicurezza di corsa delle vetture
ferroviarie. La collaborazione con harting, che vanta esperienza pluriennale nel settore, è rivolta allo sviluppo e alla
fornitura di cablaggi pre-allestiti di qualità elevata
2. Stazioni di misura decentralizzate
Le stazioni di misura a bordo binario di ARGOS® permettono un monitoraggio continuo dello stato delle vetture e
della sollecitazione dell’infrastruttura. Ad ogni passaggio
sull‘impianto di misurazione, ha luogo una valutazione del
livello della qualità di ogni singola vettura, fino alla singola ruota del convoglio. ARGOS® è stato sviluppato allo
scopo di fornire una precisione di misurazione per ogni
livello necessario. Più alta è la precisione ammissibile dei
valori misurati, maggiore è l‘accettazione presso i gestori
dei veicoli e nei centri di omologazione. Inoltre, per una
molteplicità di valori limiti normalizzati, è necessaria una
precisione di misurazione molto elevata, per poter realizzare un monitoraggio tecnicamente idoneo.
22
Fig. 1: harting-Metall-box con Han Modular®-Compact e connettori
D-Sub in custodia metallica
L‘allestimento di misurazione ARGOS® non ostacola in alcun modo il normale traffico ferroviario. I tratti allestiti con
ARGOS® possono essere tamponati, rettificati e riprofilati
come l’intera linea di binari.
Le vetture da misurare non devono essere sottoposte necessariamente a un montaggio aggiuntivo di apparecchiature
con radar a risposta o simili. Facoltativamente possono essere collegati tuttavia sistemi di riconoscimento della vettura
(sistemi a risposta RFID), oppure impianti di riconoscimento
ottico del numero della vettura.
Il cablaggio tra sensore e samplificatore della misura gioca
un ruolo essenziale nell‘intero sistema della gestione ferroviaria, esposta a condizioni atmosferiche estreme e problematica di schermatura elettromagnetica.
Per ottimizzare i costi di manutenzione del sistema ­A RGOS®,
è stato scelto di utilizzare un sistema di collegamento connettorizzato. In stretta collaborazione con il costruttore,
harting ha sviluppato un sistema di cablaggio modulare
standardizzato, che realizza tutte le varianti di soluzione
con pochi componenti di base differenti tra di loro. Oltre a
una riduzione dei costi di cablaggio, questo sistema offre
un evidente abbassamento dei costi di gestione dei pezzi di
ricambio e delle operazioni di manutenzione.
Grazie a queste soluzioni personalizzate, si è potuto facilmente soddisfare la richiesta di base del committente:
abbreviare i tempi di installazione e manutenzione dell‘impianto a bordo linea. In fase di installazione e manutenzione
(che viene eseguita prevalentemente nelle ore notturne) i
costi vengono ridotti in modo evidente tramite cavi precon-
harting tec.News 16 (2008)
fezionati e testati, che vengono collegati in loco in modo
semplice, veloce e perfetto. Un sistema di identificazione
facilmente comprensibile riduce fortemente gli errori ed i
tempi di installazione.
Il sistema di interconnessione harting, composto da cavi di
qualità elevata, custodie e pressacavi IP 67, connettori serie
Han-Modular Compact, Han® 3A, Han® Q7/0 e InduCom), offre un elevato grado di protezione contro influssi ambientali
esterni come scosse da urto, vibrazioni, raggi UV, polvere,
pioggia, ghiaccio, olio e disturbi elettromagnetici. L’intero
cablaggio, dal sensore fino all‘amplificatore di misura, viene fornito da harting secondo le specifiche della Hottinger
­Baldwin Messtechnik GmbH, che è responsabile per il progetto del sistema di sensori e del rilevamento dati.
3. Sistema ARGOS® livelli da 1 a 4
Il sistema ARGOS®, in caso di necessità, può essere realizzato con quattro varianti di livelli di misurazione (vedi
fig. 2 a-d):
R ilevamento deragliamento a livello del binario (livello 1)
Monitoraggio automatico del treno (carico Q, variazioni
della forma della ruota) (livello 2)
Monitoraggio automatico del treno con posizione di misura
della sicurezza di deragliamento (carico Q e Y, corsa della
vettura, variazioni della forma della ruota, rumore, omologazione della vettura) (livello 3)
Curva del binario misurato in conformità alla norma
EN 14 363 (livello 4)
l
l
l
l
Livello 1: rilevamento
deragliamento
In passato si sono verificati incidenti – in
particolare gravi in punti a rischio (gallerie, ponti e scambi) – a causa del deragliamento dei singoli assi che vengono
trainati per lunghi tratti al di fuori dei
binari. Anche quando non si giunge ad
un deragliamento catastrofico, lunghe
sezioni di binari vengono danneggiate da
ruote deragliate. Se ciò avviene su un tratto con rotaie di viaggio fisse, i costi che
ne conseguono sono considerevoli a causa
dell’onere elevato di riparazione.
Poiché è impossibile per il conduttore
delle motrici riconoscere direttamente i
singoli assi deragliati, è necessario che
ciò sia realizzato da un sistema di monitoraggio tecnico su
tratti a rischio.
Il sistema di livello 1 di ARGOS® rileva vetture deragliate
e invia le informazioni a un dispositivo di segnalazione. Il
vantaggio straordinario del sistema di livello 1 di ARGOS®
è la sua capacità di monitorare l‘intera area tra le due rotaie.
Ciò significa che viene riconosciuto un deragliamento anche
nei casi in cui una ruota corra appena vicino alla rotaia al
di sopra degli elementi di fissaggio.
Il sistema è composto tipicamente da quattro sensori collegati in serie, che sono fissati sulle travi, per riconoscere anche assi deragliati saltanti (un problema che si presenta a velocità elevate). Prove precise hanno dimostrato
che il sistema funziona perfettamente a velocità di più di
300 km/h. Come tutti i prodotti ARGOS®, anche questo sistema è estremamente facile da manutenere. Tutti gli elementi
di fissaggio del binario possono essere esaminati e manutenuti anche senza smontaggio del sensore di livello 1.
Il livello 1 può essere utilizzato su travi di legno, cemento,
acciaio e su binari fissi. Il sensore d livello 1 è composto da
trasmettitori di misura di forza che sono collegati a lamiere
stampate pre-formate. Grazie alla sua struttura semplice e
meccanicamente robusta e al collegamento logico di tutti
gli elementi dei sensori, viene praticamente esclusa la possibilità di falsi allarmi. Livello 1 di ARGOS® è un sistema
semplice, di funzionamento sicuro ed economico, che garantisce un rilevamento certo di assi deragliati prima dei punti
a rischio come gallerie, ponti e scambi.
3
Fig. 2a: livello 1 di ARGOS® – rilevazione di deragliamento
23
tec.News 16: Sicurezza
forze dinamiche orizzontali e verticali.
Con il riconoscimento veloce di
irregolarità sulle vetture, grazie
alla misurazione delle forze e delle
forme della ruota, possono essere
impediti preventivamente eventuali deragliamenti. Come per il
livello 2, le stazioni di misurazione di livello 3 forniscono risultati
di misurazione affidabili entro un
Fig. 2b: livello 2 di ARGOS® – stati di carico e punti piatti della ruota
massimo di 120 secondi (tipicamente 30 secondi) alla centrale di
comando decentralizzata. Solitamente la corsa del veicolo
Livello 2: forza Q e anomalie delle ruote
Con il livello 2 di ARGOS® è possibile riconoscere le irrego- instabile misurabile con questo impianto è un problema che
larità delle vetture e le anomalie delle ruote (variazioni della si presenta nei vagoni merci, a causa dello stato di carico
forma della ruota) misurando la forza di appoggio (forza non uniforme, oppure delle anomalie nelle ruote. Le scosse
quasi statica e dinamica) (vedi fig. 2c). Utilizzando queste sul binario causate dall‘emissione di rumore delle vetture
posizioni di misura per il controllo dello stato della vettura, possono essere misurate in posizioni più lontane rispetto
possono essere riconosciute molte più inadeguatezze che alle vibrazioni. Il sistema di misura, sotto forma di sensori, cavi e connettori non può essere influenzato da queste
nell‘osservazione tradizionale del treno.
oscillazioni, particolarità che rappresenta un carattere esLivello 3: misurazione della forza Y/Q
senziale di qualità dell‘intero sistema.
In aggiunta al livello 2 la versione del livello 3 misura anche
le forze orizzontali (Y). Vengono rilevate continuamente le Livello 4: curva del binario misurato in
conformità alla norma
EN 14 363
Nelle posizioni di misura comuni,
Forza Y e Q
Momento torcente
Caratteristiche di rollìo
finora non è stato possibile riconoscere e considerare l‘influsso alternato degli assi di vetture a più assi.
Questo nei viaggi di omologazione
può creare risultati di misurazione non riproducibili. Per una certificazione giuridicamente certa è
necessaria perciò la precisione più
elevata dei valori misurati.
Forza Y e Q
Instabilità
Forze di spostamento rotaie
Emissione di rumore
Con l‘ausilio di numerosi test di ricerca teorica e pratica, si è potuto
sviluppare un sistema che può determinare in modo continuo le forze Y e Q, con una precisione finora
non raggiunta. Grazie all‘esperienza pratica nella tecnica di misurazione e al know-how relativo alla
tecnica ferroviaria, con il livello 4
Fig. 2c: livello 3 di ARGOS® – andamento dinamico
Ruote ovalizzate
­Punti piatti
24
Stato del carico
­Formazione treno
Q dinamico
harting tec.News 16 (2008)
mettendo così una pianificazione ottimale dei lavori
di manutenzione. Soprat<2a* min
16,8 m
tutto nei treni merci, pos4,2 m
Posizione selezionabile
sono essere ottimizzati
4,8 m
i costi di manutenzione,
4,2 m
>3m
attraverso il monitoraggio dei carichi realmente
isura 1
m
di
po
m
Ca
trasportati.
Cam
p
Direzione di marcia
misu o di
I livelli 2 e 3 di ARGOS®
ra 2
forniscono risultati della misurazione conformi
alle norme di riferimento
Fig. 2d: livello 4 di ARGOS® – curva del binario misurato in conformità alla normativa 14 363
e possono automatizzare parti essenziali delle
di ARGOS® si è giunti ad una soluzione ottimale sia per i analisi TSI locali. L‘affidabilità e la precisione dei sistemi
produttori di vetture ferroviarie che per i centri di omolo- ARGOS® permettono un aumento del livello di sicurezza, digazione.
minuiscono il carico ambientale riducendo rumori e scosse,
portano ad un corretto addebitamento dei costi di utilizzo
4. Qualità del sistema
dell‘infrastruttura per gli utenti e all‘abbassamento delle
Il livello 1 di ARGOS® è il sistema ideale per verificare assi
spese per i gestori della rete e dei veicoli rotabili.
deragliati prima dei punti a rischio, per rendere minimi o I cavi pre-assemblati prodotti da harting sono stati svilupper limitare i danni che seguono un deragliamento. Il livello pati per razionalizzare l‘intero sistema di cablaggio sul cam2 di ARGOS® può fornire dati ad alta precisione tramite la po. Oltre ad una sensibile riduzione di tempi di installaziomisurazione Q dello stato della vettura (carichi degli assi ne e manutenzione, la soluzione standardizzata e modulare
ed errori di carico) immediatamente dopo il passaggio della permette l‘ottimizzazione della produzione degli impianti
vettura. Il livello 3 di ARGOS® può impedire preventiva- ARGOS®.
mente, inoltre, incidenti per mezzo della misurazione Y/Q
e può fornire dati estremamente precisi dall‘azione alterna
ruota/rotaia al più tardi un minuto dopo la misurazione.
Se desiderato, con il livello 2 e 3 di ARGOS® si possono
inoltre riconoscere in modo preciso errori nella forma della
ruota. Facoltativamente è possibile riconoscere le vetture
Dietmar Maicz
Project Director Railway
con un‘elevata emissione di rumore e che causano scosse
Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Austria
sulla massicciata.
[email protected]
I costi del ciclo della vita dell‘infrastruttura aumentano
fortemente, quando il carico delle vetture non corrisponde
ai carichi amessi alla base della progettazione delle linee.
Walter Gerstl
Market Manager Transportation, Austria
Ruote deformate, ad esempio, possono aumentare significaHARTING Technology Group
tivamente i costi di manutenzione. Lo stesso vale per forze
[email protected]
statiche e dinamiche che superano i valori limite. Il nuovo
sistema ne assicura il monitoraggio continuo.
I dati ARGOS® possono essere utilizzati anche per una
Britta Rohlfing
Market Manager Transportation
strategia ottimale di manutenzione dei veicoli ferroviari.
HARTING Technology Group
ARGOS® rende possibile riconoscere i danni sulle singole
[email protected]
vetture e determinarne la causa del danneggiamento, per>2a+ +2a*
25
tec.News 16: Leadership tecnologica
Michael Seele & Gert Havermann
Connettori innovativi per MicroTCA™
Negli ultimi tempi le piattaforme hardware standardizzate AdvancedTCA® e MicroTCA™ si sono sempre più diffuse
nelle telecomunicazioni e nella trasmissione dati. Adesso, cresce l‘interesse anche nell‘industria. harting offre due
strategie di connettività per rendere questi sistemi sufficientemente robusti ed adatti ad applicazioni in ambienti
industriali.
MicroTCA™ ha il potenziale di affermarsi in futuro come
standard nell‘industria. I vantaggi di questa tecnologia
sono la struttura compatta, ma facilmente scalabile, accompagnata da una meccanica robusta ed elevate prestazioni. Già oggi sul mercato si trovano diversi sistemi che si
presentano appunto con questi punti di forza.
La connessione a bordo scheda di MicroTCA™ è in ogni
caso ancora discutibile. I moduli AdvancedMC sono connessi direttamente alla PCB attraverso pad dorati con il
carrier (in caso di ATCA®) oppure con il backplane (in caso
di MicroTCA™). Questa tecnica di connessione (inserzione
diretta) è da molti anni utilizzata nelle applicazioni per
l‘ufficio (PCI oppure AGP). In applicazioni industriali i re-
26
quisiti richiesti sono decisamente maggiori e richiedono
una buona stabilità meccanica in modo da garantire la
sicurezza del contatto anche in caso di vibrazioni ed urti.
Inoltre la connessione dei pad dorati con il connettore non
deve essere pregiudicata da fenomeni di corrosione causati dall‘atmosfera, potenzialmente aggressiva, tipica degli
ambienti industriali .
Le esperienze applicative dimostrano che le ristrettive
tolleranze dei moduli AdvancedMC™, in pratica, possono
difficilmente essere rispettate con le odierne tecniche di
produzione. La larghezza della pista di contatto è uno dei
problemi. Un modulo con la larghezza minima ammissibile
della pista di contatto comporta valori di tolleranza fino a
harting tec.News 16 (2008)
0,25 mm, corrispondente ad un terzo del passo tra i contatti. Lo standard pur garantendo che in questi casi il punto di
contatto è posizionato almeno in parte sul pad dorato, non
può fornire sicurezze sufficienti.
Di conseguenza, è necessario aumentare la sicurezza di
contatto. Per questo motivo, la harting Technology Gruppe
ha sviluppato, in collaborazione con la ept GmbH & Co. KG,
il connettore AdvancedMC™ fornito con il sigillo di qualità
con: card+. Una piccola molla – la cosiddetta GuideSpring –
è in grado di compensare variazioni nelle tolleranze grazie
ad un posizionamento definito. Questa molla spinge il modulo AdvancedMC™ sempre su lato del connettore opposto
alla molla. Allo stesso tempo la posizione della parete di
fronte è spostata di 0,075 mm verso il centro. In tal modo lo
scostamento possibile dell‘asse di simmetria della scheda e
del connettore può essere ridotto fino al 60%.
Contatti protetti ne assicurano la longevità
Altre due caratteristiche migliorative dei connettori
con:card+ si trovano direttamente sui contatti. La superficie di contatto particolarmente liscia previene l‘usura rapida dei pad dorati. Le prove effettuate hanno dimostrato che
nei confronti dei tradizionali connettori AdvancedMC™,
dopo 200 cicli di inserzione/disinserzione il connettore
con:card+ non presenta quasi alcun segno di usura. Una
volta che la doratura dei pad viene danneggiata, il metallo
3
27
tec.News 16: Leadership tecnologica
valore iniziale già basso è diminuito ulteriormente,
rappresentando quindi un rischio per la sicurezza
del contatto nelle applicazioni pratiche.
I connettori con:card+ sono montati sul backplane con tecnologia press-in. Nei confronti di altri
connettori a monatggio superficiale, la tecnologia
press-in presenta evidenti vantaggi in termini di
urti e vibrazioni. I connettori cin terminazione
press-in rimangono stabili e presentano un contatto sicuro anche in ambienti industriali. Il processo
di assemblaggio è veloce ed efficace, non sono richieste operazioni manuali come ad esempio ulteriori fissaggio del connettore sul pcb tramite viti o
Fig. 1: La GuideSpring innovativa previene interruzioni di contatto tramite il
posizionamento definito.
rivetti. Anche in termini di trasmissione di dati il
connettore press-in raggiunge i 12,5 Gbps richiesti.
substrato viene a contatto con l‘atmosfera industriale la
quale può causare una rapida corrosione pregiudicando Bordo scheda quale zona a rischio
I connettori AdvancedMC™ per ATCA® e MicroTCA™ con
l‘affidabilità del contatto.
Inoltre, un rivestimento di nichel palladio protegge il il marchio di qualità con:card+ sono caratterizzati da una
contatto da un‘eccessiva usura causata dalla scheda robustezza decisamente maggiore. La sfida che devono af­AdvancedMC™. I bordi dei pad dorati sono in parte molto frontare i connettori sta anche nel fatto che i produttori
taglienti e durante l‘operazione di inserimento anche il dei connettori potranno controllare solo un lato dela conbordo della scheda può danneggiare in modo stabile la su- nessione. La qualità della controparte da collegare, cioè il
perficie di contatto tramite la fibra di vetro contenuta nel bordo della scheda AdvancedMC™, è specificata in modo
materiale plastico.Nei confronti di una superficie dorata, generica. Il connettore con:card+ è in grado di risolvere
con il nichel palladio si ottiene una resistenza all‘usura questa problematica riducendo significativamente i rischi.
aumentata del 30%.
Se si vuole eliminare del tutto gli aspetti negativi dei cotatti a bordo scheda è necessaria una modifica radicale, cioè,
Tecnologia press-in resistente alle vibrazioni
usare un secondo connettore.
Per garantire che un connettore resista alle vibrazio- A tale scopo la harting offre il connettore AdvancedMC™
ni presenti in ambienti industriali gravosi, il contatto a Plug. Il Plug sostituisce i pad dorati sulla scheda. Il colmolla deve presentare una forza di contatto adeguata. I legamento non avviene più direttamente dalla scheda al
connettori con:card+ sono progettati per avere una forza connettore backplane, ma indirettamente attraverso un
contatto minima di 0,5 N per contatto end-of-life e ciò sta- connettore.
to verificato durante
il test di rilassamento
effettuato in laboratorio. I connettori messi
a confronto, già alla
consegna presentano
un valore inferiore al
limite minimo di 0,5 N.
Durante la prova di
invecchiamento tramite esposizione ad alta
Fig. 2: Superficie levigata di un pad dorato: il rame esposto
Fig. 3: Pad dorati incrinati ed a spigolo vivo causano
ed il bordo sottoinciso sono sensibili alla corrosione.
elevata usura sul connettore
temperatura questo
28
harting tec.News 16 (2008)
Qualità costante garantisce longevità
Originariamente il Plug è stato sviluppato per il ­MicroTCA™
Carrier Hub ed è disponibile in due versioni (vedere la casella). La prima versione, l‘AdvancedMC™ Plug, può essere
impiegata anche su un modulo AAdvancedMC™ standard.
Il grande vantaggio è che il connettore sul backplane si
connette ad un vero contatto. Secondo il PICMG la superficie del pad dorato è specificata sì con oro duro, ma non
esiste una definizione univoca di oro duro. Di conseguenza,
la resistenza dell‘oro e la struttura della superficie dei moduli sul mercato varia ampiamente. I pad dorati che sono
prodotti con processi galvanici selettivi, hanno rame esposto sotto la superficie d‘oro/nichel. In seguito a frequenti
inserimenti e all‘atmosfera industriale potrà
presentarsi facilmente delle corrosioni. Inoltre, possono verificarsi sottoincisioni, che nel
peggiore dei casi, potranno causare la rottura
di frammenti della superficie dorata durante
l‘inserimento.
Le esperienze maturate sul mercato dimostrano che i 200 cicli di inserimento richiesti per
un modulo AdvancedMC™ non possono essere garantiti dai produttori delle schede. Con
l‘impiego di un connettore Plug l‘utente riceve
invece un prodotto che è stato testato, insieme al connettore con:card+ della harting, per
200 cicli di inserimento e che offre la massima protezione da usura. Il connettore sul
backplane viene protetto, poiché il contatto
non sfrega più sul materiale della scheda, FR4
che se pur fresato è sempre ruvido, ma, scivola su un corpo
isolante liscio stampato ad iniezione.
Molletta di contatto del connettore Plug
La tolleranza di produzione può essere rispettata con molta
più precisione con lo stampaggio ad iniezione rispetto alla
produzione di schede. Nella produzione di schede la tolleranza è di un decimo di millimetro, con lo stampaggio ad
iniezione pochi centesimi. La molletta di contatto del Plug
è costruita con una larghezza massima, in modo che una
scheda inserita con Plug non presenta quasi alcun gioco se
viene usato un connettore backplane convenzionale senza
GuideSpring.
Per ottenere un‘elevata stabilità meccanica il Plug viene
assemblato sulla scheda con un processo di “pin-in-holereflow”. Il Plug può essere posizionato sulla scheda con
una macchina “pick-and-place” e saldato insieme agli altri componenti in un unico processo. In caso di anomalia
di qualche contatto del connettore e possibile sostituire
il connettore. In tal modo possono essere evitati costi di
scarto di moduli già equipagiati.
Un altro vantaggio è la bassa forza d‘inserzione grazie al
design ed allo spessore della molletta di contatto. Le proprietà della trasmissione dati possono addirittura migliorare rispetto alla scheda con pad dorati, poiché i segnali
non devono più essere riportati sulle due superfici esterne
della scheda. Lo spessore del circuito stampato dei moduli
AdvancedMC™ è limitato dalle specifiche, poichè il bordo
scheda può assumere solo uno spessore di tolleranza li-
Fig. 4: Moduli AdvancedMC™ con connettore Plug
mitata (1,6 mm ± 10%). Utilizzando i connettori Plug ci si
potrà rendere indipendenti da questa specifica, poiché la
molletta di contatto è definita dal Plug, e potranno essere
utilizzati diversi spessori di scheda (limitatmente al meccanismo di guida del sistema).
I connettori sostituibili riducono i costi
indotti dagli scarti
L‘impiego di connettori Plug della harting contribuisce
inoltre a ridurre i costi. Anche se l‘uso di un secondo connettore comporta inizialmente costi aggiuntivi, gli stessi
potrebbero essere compensati successivamente per motivi
vari. Oggigiorno, ad esempio, il processo di produzione dei
pad dorati produce elevati costi dovuti al processo galvanico selettivo. Le severe tolleranze delle specifiche causano
3
29
tec.News 16: Leadership tecnologica
inoltre molti scarti. La fresatura sul
bordo della scheda rappresenta un
altro punto critico, poiché i pad di
contatto potrebbero essere danneggiati. Per i Plug di harting è richiesto un layout di scheda semplice con
fori passanti, il che è realizzabile
senza scarti particolari. Se il bordo
di una scheda risulta essere difettoso dopo aver equipaggiato la scheda
con componenti costosi, si avranno
nuovamente elevati costi di scarto.
I Plug della harting possono essere
invece sostituiti sul modulo, ovviando al problema degli scarti.
Il connettore Plug è compatibile con
Fig. 5: Per il modulo MCH i connettori Plug sono impilati uno sull‘altro
le Specifiche PICMG MTCA.0 R1 e
AMC.0 R2 e pertanto può essere utilizzato sia in MicroTCA™ sia in ATCA®. Con il Plug della
Il MCH (MicroTCA™ Carrier Hub) è il modulo di geharting è possibile garantire una qualità di collegamento
stione per MicroTCA™. In seguito al grande numero di
contatti può avere fino a quattro livelli di contatto. La
definita anche sul modulo AdvancedMC. La harting offre
qundi: con con:card+ ai produttori di backplane e con Plug
Specifica PICMG consiglia l‘impiego di connettori imai produttori di moduli delle soluzioni con contatti partipilabili per il modulo MCH per compensare tolleranze
colarmente sicuri che consentono l‘uso di MicroTCA™ e
meccaniche. Il concetto harting si basa su due diversi
ATCA® anche per applicazioni industriali.
connettori. L‘AdvancedMC™ Plug viene usato per il
primo livello di contatto. Fino a tre MCH Plug possono
essere inseriti nel sistema modulare. Per una stabilizzazione meccanica la pila viene rafforzata per mezzo di
perni metallici. Per la trasmissione dati ad alta velocità
tra la terza e la quarta linguetta di contatto (switched
fabric) è disponibile un adattatore.
Michael Seele
Global Product Manager Metric Connectors,
­Electronics
HARTING Technology Group
[email protected]
Gert Havermann
Signal Integrity Engineer, Electronics
HARTING Technology Group
[email protected]
30
Nel 2005 la harting Technologiegruppe e la
ept GmbH & Co. KG si sono unite in una collaborazione di sviluppo per evolvere i connettori AdvancedMC™
già disponibili e per migliorare in tal modo decisamente l‘affidabilità di contatto. Il risultato è una nuova generazione di connettori di segnale AdvancedMC introdotti sul mercato sotto il marchio di qualità “con:card+”
della harting ed ept. Con con:card+ entrambe le imprese hanno garantito un livello di qualità chiaramente
delineato, offrendo inoltre un dual sourcing.
harting tec.News 16 (2008)
t e c . N e w s 1 6: Pa r t n e r s h i p d i s i s t e m a
Ole Christian Ruge
Avanguardia a ultrasuoni
Oggi, i principali strumenti diagnostici in ambito medico si avvalgono delle più recenti tecnologie di sistemi
di trasmissione dati e di imaging. GE Healthcare, con sede a Milwaukee negli U.S.A., è uno dei produttori
di primo piano a livello mondiale nel campo dei Sistemi Medicali. Si tratta del maggiore fornitore a livello
mondiale di scanner ad ultrasuoni per ospedali e studi medici(*). Dal 2001 harting fornisce a GE Healthcare
backplanes per gli apparati ad ultrasuoni.
3
(*) rif. Klein Report on Medical Diagnostic Ultrasound Market
31
t e c . N e w s 1 6: Pa r t n e r s h i p d i s i s t e m a
Oggi i sistemi ad ultrasuoni sono una tecnica standard
nell‘anamnesi e nella diagnostica medica. Dalle apparec­
chiature bidimensionali e monocromatiche del passato si
sono sviluppati oggigiorno sistemi quadridimensionali e
policromi che hanno migliorato in modo evidente la pre­
cisione della diagnostica. La versatilità dell‘uso e della
rappresentazione ne sono un aspetto, mentre le maggiori
aspettative per quanto riguarda affidabilità e possibilità
di ingrandimento l‘altro. Lo sviluppo e la produzione delle
apparecchiature mediche sono particolarmente soggetti a
precise richieste di controllo del processo, quali per esem­
pio negli U.S.A. le disposizioni dell‘FDA (Food and Drug
Administration). L‘FDA stabilisce come si deve redigere la
documentazione relativa ai prodotti e ai processi, come si
devono gestire gli errori e le richieste di modifica, e come
si deve garantire una qualità perfetta. Anche i
subfornitori nel campo della tecnica medica
sono soggetti a queste richieste.
Healthcare GE sviluppa sistemi a ultrasuo­
ni innovativi finalizzati a quattro campi del­
la medicina: radiologia, ostetricia e ginecologia,
cardiologia e applicazioni cliniche per la medicina di
emergenza e per le camere operatorie. All‘interno della
gamma di prodotti esiste una famiglia di sistema propria
per ogni ambito e ognuna di esse viene costantemente per­
fezionata dai centri di competenza negli U.S.A., in Norve­
gia, in Austria, in Cina, in Giappone, in Corea, in India e
in Israele.
Le apparecchiature ad ultrasuoni odierne della GE Health­
care contengono algoritmi per un‘analisi ad alta velocità e
immagini quadridimensionali (con il tempo come quarta
dimensione). A partire dalle console classiche originarie
i sistemi sono stati sviluppati anche dal punto di vista
ergonomico e dispongono oggi di tastiere e monitor con
tre regolazioni. Grazie al perfezionamento costante della
funzionalità del software le apparecchiature ad ultrasuoni
presentano oggi una facilità di uso evidentemente migliore,
che può essere adattata continuamente a nuove possibilità.
Certamente esistono già da anni sistemi ad ultrasuoni com­
patti in formato laptop, ma il mercato per le soluzioni con
console registra come sempre un’enorme crescita.
harting è il fornitore dei backplane
harting Integrated Solutions (HIS) è uno dei produttori
principali di sistemi a backplane per soluzioni industriali.
In qualità di fornitore dei connettori a spina metrici da
32
GE Vingmed Ultrasound VIVID 7
2 mm per i subappaltatori CEM della GE Healthcare,
harting Integrated Systems è venuta a contatto nel 2001
con GE Vingmed Ultrasound (GEVU) e ha offerto la soluzio­
ne a un problema di base nella produzione di un pacchetto
di prodotti allora nuovo: GEVU aveva appena portato sul
mercato lo scanner VIVID 7. Il fornitore dei backplane di
allora aveva tuttavia difficoltà nel piantaggio dei connettori
metrici nelle motherboard dorate sensibilissime.
harting aveva la soluzione di questo problema: la macchi­
na elettronica e completamente automatica Pressfit CPM
2001. La soluzione ha convinto, perché a seguito del con­
corso internazionale 2001 harting è diventata fornitore dei
backplane per VIVID 7. La produzione è cominciata nello
stabilimento harting di Northampton (GB), la fornitura in
Norvegia è avvenuta tramite la harting AS al fornitore
principale dell‘elettronica GEVU Kitron ASA, Norvegia.
harting tec.News 16 (2008)
Aspetti tecnici
Il backplane del VIVID 7 è un circuito stampato multilayer
con più di 40 connettori a spina HM metrici della harting.
Tutti i connettori, in qualità di interfacce con le daughter­
board, sono garantiti per 250 contatti. Per i backplane
GEVU preferisce la tecnica Pressfit, invece della tecnica
di brasatura. Tramite il piantaggio si crea un collegamento
molto affidabile. Inoltre la produzione è più veloce e più
economica della brasatura:
Si eliminano gli choc termici che possono sorgere con la
brasatura.
Non è necessario pulire i circuiti stampati al termine del
procedimento.
Oltre allo spianamento con aria calda (HAL), anche la
tecnica Pressfit CPM può essere applicata per la maggior
parte dei circuiti stampati.
I contatti piantati possono essere estratti velocemente
quando è necessaria una riparazione.
l
l
l
l
Esperienza – “Learning by doing”
Il backplane VIVID 7 è stato un passo di sviluppo impor­
tante per harting sulla strada che l’ha portata a diventare
un produttore internazionale di backplane. Dal punto di
vista tecnico era richiesta una tenuta ermetica elevata in
relazione a una superficie molto liscia. Erano anche neces­
sari componenti SMD (surface mounted device = elemento
montabile sulla superficie), perciò HIS ha deciso a questo
proposito di allestire una propria linea di montaggio SMD.
“In questo modo il backplane VIVID 7 è diventato un cata­
lizzatore per un ulteriore sviluppo di tutta la nostra produ­
zione”, ricorda Paul Atkinson, Operations Director presso
la harting Integrated Solutions. Anticipando le direttive
ROHS, harting ha prodotto fin dall’inizio il nuovo circuito
stampato VIVID 7, che è arrivato sul mercato nel 2003,
senza utilizzare il piombo.
Anche dal punto di vista della logistica VIVID 7 è stato un
progetto importante per harting, poiché una molteplicità
di progetti di GE Healthcare si è collegato a questo primo
prodotto. Con la fornitura dei backplane per il VIVID 3
israeliano e gli scanner a raggi X LOGIQ 9 nel 2002 e nel
2004 la catena di fornitura è diventata globale. Da allora
harting fornisce dalla Gran Bretagna in modo parallelo
verso la Norvegia, Israele e gli U.S.A.
GE Healthcare – richieste ai subfornitori
Jan Sollid, Stratec Souring Manager presso la GE Vingmed
Ultrasound, mette in evidenza le rigorose richieste che
GE Healthcare ha verso i subfornitori per i prodotti stra­
tegicamente importanti. Un fornitore deve essere sempre
in grado di riconoscere e di rispondere in modo veloce ed
efficace alle richieste. Un backplane è un elemento strate­
gico per GE Healthcare ed essenziale per il funzionamen­
to dei sistemi ad ultrasuoni. I ritardi nelle forniture che
interessano questo elemento, hanno perciò conseguenze
ampie e negative per la consegnabilità dell‘intero prodotto
– motivo sufficiente per non assumersi alcun rischio in
questo ambito.
Ricerca e sviluppo presso GE Healthcare sono nelle mani di
equipe di progetto internazionali, per utilizzare al meglio
le sinergie tra le gamme di prodotti già al momento dello
sviluppo dei sistemi nuovi. La qualità dello sviluppo del
backplane e dei processi di produzione sono quindi per
GE Healthcare fattori chiave nella scelta dei fornitori, cer­
tamente a livello mondiale. Perciò anche il sourcing ha
luogo a livello globale. Le richieste più importanti per i for­
nitori strategici sono la qualità dei prodotti e dei processi,
l‘affidabilità della fornitura e l‘aumento dell‘efficienza (ab­
bassamento dei costi) durante la relazione con i fornitori.
GE Healthcare si sforza di ottimizzare il più possibile la
rete dei fornitori e in particolare di non ridurre la pressio­
ne per innovazione e costi.
harting fornisce dal 2001 a GE Healthcare backplanes per
i sistemi ad ultrasuoni . “Ogni fornitore GE deve pensare a
un miglioramento costante e a una concorrenza permanen­
te. I nostri fornitori devono sapere difendersi dalla concor­
renza e abbassare continuamente i propri costi di produ­
zione”, mette in evidenza Jan Sollid. Poiché DE Healthcare
sviluppa sistemi ad ultrasuoni per il mercato mondiale, i
fornitori devono inoltre essere in grado di fornire diretta­
mente gli High-Level-Assembler intorno al globo.
Ole Christian Ruge
Managing Director Norway
HARTING Technology Group
[email protected]
33
tec.News 16: Sicurezza
34
harting tec.News 16 (2008)
Dalibor Kuchta & Tomas Ledvina
Connessione in treni tandem
con linea Ethernet ridondante –
soluzione speciale con switch harting
configurabili
I sistemi di telecamere digitali sono ormai entrati a far parte delle dotazioni standard dei treni passeggeri. Le caratteristiche particolari di treni realizzati con diverse modalità costruttive richiedono però soluzioni fortemente
differenziate, che tengano conto di lunghezza del treno, affidabilità della trasmissione e connessioni fisiche della
rete. harting dà il proprio forte contributo alla realizzazione di soluzioni speciali affidabili.
Il fornitore ferroviario ceco LOKEL s.r.o., Ostrava-Hrabuvka, ha sviluppato il
sistema di telecamere digitali per un nuovo tipo di treno elettrico a quattro
carrozze di tipo ED74, la cui lunghezza complessiva è pari a 80 metri. LOKEL
fornisce il sottosistema elettrico per questo treno, consistente in un sistema di controllo e di telecamere, connesso con Switch Ethernet harting
sCon 3100-A. Tale sistema consiste in otto telecamere, due per ogni
carrozza e garantisce la sorveglianza on-line dello spazio interno.
Le immagini delle telecamere vengono registrate 24 ore su 24
in qualità videostream, cioè a una velocità di 1,2 Mbit/s,
corrispondenti a 12 immagini al secondo. L’esperienza
acquisita in altri progetti con sistemi di videosorveglianza ha dimostrato la necessità di sostituire la
tecnologia di trasmissione analogica con una
digitale che permette di escludere disturbi
soprattutto in applicazioni su elettromotrici. Un ulteriore vantaggio offerto
dalla tecnica digitale consiste
nella semplificazione dell’intera topologia di rete. Per
la trasmissione dei dati
video viene impiegata la tecnologia Ethernet
10/100Base-XTX conformemente agli
standard IEEE 802.3 e IEEE 802.3u.
È stata scelta questa tecnologia in
quanto è la più diffusa e presenta
pertanto la massima disponibilità di
componentistica sul mercato.
I componenti di base della rete sono
i seguenti:
–Video server (per la conversione
del segnale dalla telecamera analogica in file di formato MPEG-4)
–Monitor (per la visualizzazione
delle immagini delle singole telecamere)
–PC industriale (per la registrazione)
–Switch Ethernet (per la connessione delle singole sezioni della rete)
–Modulo GSM (per la creazione di
un collegamento Internet).
3
35
tec.News 16: Sicurezza
Switch harting sCon 3100-A configurabile con ridondanza parallela
Schermata video nella cabina del macchinista
Il software di registrazione ed il software specifico per la
visualizzazione delle immagini riprese dalle singole telecamere, è stato sviluppato dalla stessa LOKEL s.r.o.
Questo semplice e conveniente principio viene impiegato
in caso di accoppiatori automatici. Per elevare il livello
di affidabilità dell‘applicazione tutte le connessioni sono
ridondanti. Questa soluzione si è rivelata altamente affidabile, poiché garantisce l‘integrità della rete, in tutte le
condizioni di esercizio, senza problemi, disturbi o guasti.
Al momento sono in produzione diversi treni della serie
ED74, ma nel frattempo la generazione successiva si trova
già nella fase di sviluppo. La nuova generazione di treni
sarà dotata di ulteriori funzioni e servizi messi a disposizione tramite la rete Ethernet on-board e si servirà inoltre
di un sistema di quattro telecamere esterne che funzionerà
come una specie di specchietto retrovisore.
La connessione di tutti i componenti elettrici e pneumatici
fra i singoli compartimenti avviene tramite un accoppiamento automatico di Dellner. In questa tecnologia tutte le
linee sono doppie, così da supportare un’alta affidabilità
di Ethernet.
Con l‘impiego di questo sistema era necessario risolvere
per prima cosa il problema della connessione parallela
entro la rete Ethernet 10/100Base-TX . Con l‘impiego di
switch unmanaged Ethernet standard non è generalmente
possibile creare una connessione parallela fra due nodi con
due cavi indipendenti. Infatti in tal caso se una singola
linea Ethernet viene interrotta prima del punto di accoppiamento e la connessione viene creata per mezzo di un HUB,
si potrebbe verificare un disturbo del segnale provocato da
differenze temporali di trasmissione o da un guasto.
Per trovare una soluzione adatta si è ricorsi allo switch
harting sCon 3000 ridondante. Si tratta di uno switch unmanaged, ma configurabile, che offre la possibilità di configurare due porte indipendenti, una funzione denominata
ridondanza parallela. Queste porte selezionate per i due
switch vengono collegate per mezzo di due cavi. Grazie alla
ridondanza parallela degli switch, durante l‘esercizio solo
una linea è nello stato attivo, mentre la seconda serve come
linea di back up. In caso di guasto della linea attiva questa
viene automaticamente disattivata e contemporaneamente
avviene l’attivazione della linea di back up.
36
La serie ED74, prodotta dal 2007 in Polonia, è destinata ad
essere impiegata nella tratta fra Danzica e Varsavia e in
quella fra Varsavia e Lodz. Entro il 2008 è prevista l‘entrata in servizio di 14 treni.
Dalibor Kuchta
Software Development Manager
LOKEL s.r.o., Czech Republic
[email protected]
Tomas Ledvina
Product Manager Networks & Connectivity,
Czech Republic
HARTING Technology Group
[email protected]
harting tec.News 16 (2008)
tec.News 16: Leadership tecnologica
Gert Havermann
Integrità di segnale: High Speed Channel
Nell‘ambito della trasmissione dati con tecnologia high-speed, per i protocolli esistenti vengono definiti velocità
di trasmissione sempre crescenti. I connettori Multigigabit devono supportare queste velocità di trasmissione di
recente o futura definizione. Considerando che il connettore è soltanto una piccola parte del canale di trasmissione
è impossibile assegnargli una performance di trasmissione al di fuori di un sistema. Diamo uno sguardo ai canali
di trasmissione.
Nei sistemi elettronici si riscontrano le più svariate forme di segnali: record di dati trasmessi da un DVD ad un
disco rigido, impulsi al quarzo che azionano la lancetta
dei secondi dell‘orologio, telefonate dal cellulare verso
un telefono che si trova in un punto qualsiasi nel mondo.
Nell‘ambito dei connettori elettronici destinati a velocità
di trasmissione elevate (misurate in Gigabit al secondo =
Gbps) i segnali sono trasmessi attraverso rame, fibre ottiche oppure onde radio da un chip trasmettitore ad un chip
ricevitore. L‘integrità di segnale equivale ad una sufficiente
qualità del segnale presso il ricevitore. Per poter garantire
questa qualità, il percorso di trasmissione (Channel) dal
trasmettitore al ricevitore deve soddisfare alcune condizioni al contorno, come ad esempio bassa insertion loss,
bassa return loss, basso crosstalk. Quali condizioni devono
essere soddisfatte e in che misura, ciò viene determinato
dal protocollo di trasmissione utilizzato e dai semiconduttori impiegati.
Attualmente il mercato dei sistemi Multigigabit è dominato
da soluzioni basate su backplane. Con questa soluzione il
segnale, generato su una scheda modulare, viene trasmesso attraverso un connettore sul backplane e da qui viene
trasmesso attraverso un ulteriore connettore su una scheda
modulare adiacente su cui si trova il ricevitore.
Per questo tipo di trasmissione possono essere utilizzati
diversi protocolli di trasmissione con differenti velocità di
trasmissione per percorso:
–PCI Express @ 2,5G bps, 5 Gbps
–Serial Rapid IO @ 6,25 Gbps
–Standard Ethernet:
– IEEE802.3ap (10GBASE-KX4) @ 4 x 3,125 Gbps
– IEEE802.3ap (10GBASE-KR) @ 10 Gbps
I requisiti minimi richiesti al segnale in ingresso ed in
uscita del percorso di trasmissione sono molto differenti. In
più, non sono previste specifiche di alcun genere per quel
che riguarda la condizione fisica del channel (schede mo-
dulari, backplane, connettori ecc.). Di conseguenza, ogni
sistema deve essere esaminato separatamente.
harting svolge attualmente un ruolo importante nel ­PICMG
(PCI Industrial Computers Manufacturing Group), un gruppo internazionale di circa 40 imprese, per definire la specifica: PICC (PICMG Interconnect Channel Characterization)
specifica le regole base e definizioni riguardanti il canale
di trasmissione. In questa sede sono definiti ad esempio
i singoli componenti del channel in modo da ottenere interfacce standardizzate per simulazioni e misurazioni,
comportando da un lato una sostituibilità dei modelli di
simulazione elettrici di singoli elementi del canale e dall‘altra parte la paragonabilità delle misurazioni.
Influenza del connettore sul comportamento
del channel
Importanti fattori d‘influenza sulla qualità di un canale
backplane sono la return loss, la insertion loss ed il cross­
talk. La return loss dipende principalmente dal manteni3
4FOEFS
Trasmettitore
Ricevitore
&NQGjOHFS
Schede
modulari
.PEVMLBSUF
4UFDLWFSCJOEFS
Connettori
#BDLQMBOF
Backplane
Channel
$IBOOFM
Fig. 1: Rappresentazione schematica del percorso di trasmissione di
un sistema backplane
37
tec.News 16: Leadership tecnologica
mento dell‘impedenza di sistema e dai materiali utilizzati,
il crosstalk viene generato dall‘accoppiamento induttivo e
capacitivo dei percorsi di segnale. Il canale di un sistema
basato su backplane è composto in gran parte di piste di
circuiti stampati. Queste possono essere adattate facilmente ai rispettivi requisiti di sistema per quel che riguarda
l‘impedenza (geometrie delle piste) ed il crosstalk (distanza tra le piste). Le insertion loss possono essere limitate,
minimizzando le lunghezze delle piste ed utilizzando, per
le schede dei circuiti stampati, materiali a bassa perdita.
In questi canali i connettori offrono solo pochi gradi di
libertà. In seguito alla complessità dei singoli componenti,
l‘impedenza all‘interno di un connettore non è costante.
L‘effettiva impedenza delle terminazioni (press fit, through hole oppure surface mount) si rivela solo in combinazione alla scheda. Deviazioni di impedenza comportano
riflessioni di segnale e, pertanto, un peggioramento delle
perdite di inserzione. Il crosstalk dipende dalla distanza
delle parti che trasmettono il segnale. Ciò si contrappone
alla tendenza di avere densità di segnali sempre maggiori
per i connettori. Spesso è possibile minimizzare il crosstalk con una disposizione abile dei pin. Le insertion loss
sono relativamente basse in seguito alle corte lunghezze
di contatto.
Quali sono le caratteristiche COSTRUTTIVE DI
UN connettore high-speed?
Impedenza: Con un‘accurata progettazione delle geometrie
di contatto deve essere creato un profilo di impedenza più
piatto possibile. Poiché i segnali Multigigabit sono eseguiti
quasi esclusivamente in LVDS (Low Voltage Differential
Signaling), i contatti devono essere disposti in modo da
ottenere un‘impedenza differenziale di 100 Ω. Singoli contatti dovrebbero presentare possibilmente un‘impedenza
di 50 Ω per consentire anche una buona trasmissione di
segnali standard. Un ulteriore vantaggio sarebbe dato dalla
possibilità di raggiungere un‘impedenza di 75 Ω (che si
trova ancora in molti sistemi).
Crosstalk: Se le distanze tra i contatti non sono sufficienti,
una schermatura dei contatti di segnale potrà migliorare
il comportamento di crosstalk.
Influenza delle terminazioni: Specialmente in caso di elevate densità di contatti la causa principale di discontinuità
impedenza e di crosstalk è localizzata nell’area di connessione del connettore sulla scheda. Connessioni passanti
più piccole possibile sulla scheda. L’uso di fori passanti di
38
piccole dimensioni è la soluzione migliore a tale problema
per due motivi: Da una parte per ridurre ad un minimo il
comportamento capacitivo della connessione passante, e
dall‘altra parte per consentire uno spazio massimo possibile per le piste tra le connessioni passanti. In più, piccoli
diametri dei fori permettono una distanza maggiore tra le
connessioni passanti, riducendo il crosstalk. Specialmente
nel caso di connettori backplane, uno spazio sufficiente
per le piste nel campo di connessione è di particolare importanza per l‘integrità del segnale perché, in seguito alle
condizioni di spazio ridotte, su un backplane gran parte
delle piste deve attraversare campi di connessione. Quante più piste potranno scorrere una accanto all‘altra sullo
stesso strato, tanti meno strati saranno richiesti complessivamente e tanto minore sarà l‘effetto stub.
Effetti stub dei connettori
I cosiddetti effetti “stub” (dall‘inglese: stub = troncone) de4FOEFS
scrivono riflessioni di segnale risultanti da tronchi di linee
(derivazioni elettriche superflue dai percorsi di segnale).
Quasi su ogni connettore e sulla maggior parte delle schede si presentano inevitabilmente questi tronchi di linee. Gli
effetti possono essere spesso ridotti, adottando le rispettive
tecnologie idonee. Il fattore decisivo è rappresentato dalla
proporzionalità di queste misure.
All‘interno di un connettore questi effetti compaiono in
due punti: nella zona di fissaggio del contatto e nella zona
di contatto. Il fissaggio del contatto dipende solamente dal
design del connettore ed è quindi ben controllabile. In
caso di un connettore molto semplice il contatto è dotato
ad esempio di una parte
che si innesta nel corpo
isolante. Un segnale trasmesso attraverso questo
contatto si divide al piede
del montante di supporto.
La parte del segnale che
entra nel montante viene
riflessa completamente
alla sua estremità. Questo segnale riflesso si divide a sua volta al piede
del contatto in direzione
di trasmettitore e riceviFig. 2: Contatto con montante di
supporto
tore e si sovrappone qui
al segnale utile. Un altro
harting tec.News 16 (2008)
FS
esempio sarebbe di supportare il contatto con un
rivestimento isolante. In
tal caso si potrà rinunciare in gran parte ai montanti di supporto.
Gli effetti stub nella zona
&NQGjOHFS
di contatto sono determinati in gran parte dal
design meccanico del sistema in cui il connettore verrà successivamente
destinato. In quasi tutti i
sistemi backplane, dopo
inserimento i moduli
sono fissati sul pannello
frontale. Di conseguenza,
le distanze tra il pannello
frontale ed il connettore
sul lato modulo nonché
tra l‘arresto del pannello
Fig. 3: Contatto con
rivestimento isolante, inserito
frontale ed il connettore
4FOEFS
&NQGjOHFS
sul lato backplane determinano a che profondità
.PEVMLBSUF
i partner di connessione
sono inseriti l‘uno nell‘al4UFDLWFSCJOEFS
tro. Il connettore viene
progettato in modo da
#BDLQMBOF
fornire sempre un contatto sicuro, indipenden$IBOOFM
temente dalle tolleranze
Fig. 4: Effetto stub della
connessione passante
del sistema. Ciò significa
che la profondità di inserimento potrà anche
variare per più di 2 mm.
Così però la parte in eccesso del contatto diventa
un tronco di linea (fig. 3)
che, a seconda della proFig. 5: Connessione passante con
fondità di inserimento,
(a destra) e senza (a sinistra) backprovoca riflessioni più o
drilling
meno disturbanti.
Le singole mollette ricurve del contatto generano anche un
effetto stub. La dimensione richiesta per queste mollettine
è limitata dalle tolleranze raggiungibili nella produzione
dei singoli componenti del connettore. Altri effetti stub
sono riscontrati soprattutto nella tecnologia di connessione, nel caso di sistemi backplane quindi nel circuito
stampato.
E’ consueto l’uso di backplane multilayer con 24 strati ma,
a volte, si superano i 30 strati. In base all‘applicazione, lo
spessore dei pcb varia perció tipicamente tra 2,4 mm e
5 mm. I piani di segnale sono distribuiti simmetricamente
nella struttura a strati. Ciò significa però che le connessioni passanti formano dei tronchi di linee, in dipendenza del
piano di segnale. Connettori a montaggio superficiale offrono la possibilità di utilizzare fori ciechi – dalla superficie
fino allo strato del segnale – invece di contatti through
hole. Le schede che usano questa tecnologia spesso sono
però molto più costose e meno affidabili.
Con la tecnologia di press-in si ha la possibilità di rimuovere la parte “superflua” della connessione passante con il
“backdrilling”. A conclusione della produzione della scheda
le corrispondenti connessioni passanti sono perforati dal
retro con un diametro maggiore ed a profondità controllata.
Così la bussola effettiva rimanente si estende solo ancora
dalla superficie fino a poco sotto il piano di segnale. La
premessa per questa procedura è una zona di press-in del
connettore adeguatamente adattata, poiché la zona di contatto deve trovarsi completamente all‘interno della bussola
di rame rimanente sulla scheda.
Lo sviluppo di connettori per il settore Multigigabit rappresenta una delle maggiori sfide nel campo dei componenti
elettromeccanici. harting ha affrontato questa sfida. Per
ottenere una buona integrità del segnale servono soprattutto conoscenze molto precise dei sistemi in cui i connettori
sono impiegati.
Gert Havermann
Signal Integrity Engineer, Electronics
HARTING Technology Group
[email protected]
39
t e c . N e w s 1 6: Pa r t n e r s h i p d i s i s t e m a
Vollrath Dirksen & Uwe Markus
Allrounders – Sistemi MicroTCA™
nelle applicazioni industriali
Gli ingegneri che devono sviluppare le future applicazioni industriali, sempre più si trovano a dover gestire sfide
impegnative: tempi di sviluppo più brevi, migliore scalabilità, maggiore capacità di calcolo, riduzione dei costi di
sistema per l‘intera durata della vita dell‘impianto e utilizzabilità dei componenti di sistema per i compiti più diversi. La N.A.T. GmbH con sede a Sankt Augustin fornisce le applicazioni necessarie, la precisione meccanica e la
sicurezza del contatto vengono inoltre fornite dai connettori harting plug AMC e MCH.
Lo standard MicroTCA™ si basa sui bus seriali ad alta velocità più recenti, offre una riserva di potenza sufficiente
per gestire CPU con prestazioni più elevate e semplifica i
servizi e la manutenzione a distanza. La versatilità delle
configurazioni e la scalabilità dei sistemi MicroTCA™ permette svariati impieghi. L‘MCH (MicroTCA™ Carrier Hub)
e il sistema nervoso centrale di un sistema MicroTCA™
N.A.T. ha sviluppato un MCH modulare.
L‘MCH di NAT può essere utilizzato nel sistema anche
come semplice management-controller, ma in caso di necessità può realizzare anche il collegamento verso il mondo
esterno tramite ethernet o altre interfacce seriali. Inoltre
l‘MCH di NAT garantisce tramite e-keying che non venga
inserito nel sistema alcun modulo che non sia compatibile
con il backplane, che abbia un eccessivo carico in corrente
oppure configurato in modo non valido. Il NAT MCH può
innescare allarmi locali, inviare segnalazioni all‘esterno o
eseguire funzioni di sicurezza predeterminate.
L‘MCH di NAT può essere allestito per altre funzioni opzionali. In questi casi l‘MCH di NAT, in aggiunta al backplane,
funge da dorsale per lo scambio interno di dati in un sistema MicroTCA™. Assume le funzioni di switch per Ethernet
Gigabit e 10 Gigabit, Serial Rapid IO (SRIO) o PCIexpress.
Poiché la gestione, di controllo e di dati sono condotti radialmente dall‘MCH a tutti gli slot, un MCH può avere nella sua struttura completa fino a quattro connettori. Con i
connettori harting è possibile impilare semplicemente e
in modo preciso i moduli MCH. Il connettore backplane di
harting è dotato di un pin di centraggio per consentire lo
sfruttamento ottimale delle superfici di contatto. Grazie
ai perni di guida si può anche far scorrere facilmente un
MCH con quattro connettori all‘interno del backplane. In
3
40
harting tec.News 16 (2008)
Fig. 1: MCH di NAT: struttura modulare
particolare, nei sistemi in cui è richiesta una funzione hotswap, la precisione del connettore harting assicura una
perfetta funzionalità.
Oltre all‘MCH, N.A.T. offre una vsta gamma di schede I/OAMC per i sistemi MicroTCA™ e ATCA®. Queste schede
field­bus AMC sono utilizzate nell‘automazione industriale
per i moduli IP e per i moduli Hilscher-COM, nelle telecomunicazioni si utilizzano le schede WAN-AMC, per esempio
NAMC-8560-8E1/T1/J1, NAMC-STM-1, NAMC-STM-4. Per
calcoli veloci, rilevamenti e analisi dei dati di misurazione
sono disponibili schede AMC-DSP-, AMC-FPGA- e AMC con
una combinazione di DSPS e FPGA ad alte prestazioni. Per
la misurazione semplice dei segnali di un modulo AMC per
il backplane esiste la scheda AMC-Extender NAMC-EXT-PS.
Si tratta di una scheda Extender passiva che contiene un
plug harting per il backplane e un connettore AMC per il
modulo AMC da provare. Due jumpers rimovibili permettono la misurazione del consumo reale di corrente sull‘alimentazione di gestione e di payload. Sui punti di prova
SMD presenti possono essere misurati i segnali backplane
AMC. Tramite un interruttore viene determinata la sorgente dell‘alimentazione di gestione. Così l’Extender può
essere utilizzato perfino in funzionamento stand-alone con
l’ausilio di un‘alimentazione esterna da 12 V.
Vollrath Dirksen
Strategic Business Development Manager
Gesellschaft für Netzwerk- und Automatisierungstechnologie mbH (N.A.T.)
[email protected]
Uwe Markus
Sales & Account Manager ECS & EP, Germany
HARTING Technology Group
[email protected]
Plug AMC
La N.A.T. GmbH di Sankt Augustin è specializzata in prodotti hightech per applicazioni
per dati e per telecomunicazioni. La gamma di prodotti è imperniata su “embedded
systems” e offre soluzioni per le reti locali
(LAN) fino a reti ad ampio campo (WAN). La
gamma di prodotti N.A.T. comprende un‘ampia offerta di interfacce standard per le reti
LAN e WAN che si basano su ­hard­ware
standardizzati come AdvancedMC™,
­MicroTCA™, VME, CompactPCI, PMC, PCI
e altri.
Le piattaforme “embedded” di N.A.T. vengono integrate da protocolli ISDN, SS7, ATM
oppure TCP/IP e quindi adattate ai sistemi
in tempo reale. Per ottenere un‘affidabilità
elevata dei moduli AdvancedMC, N.A.T. utilizza il connettore a spina AdvancedMC™Plug di harting. Esso corrisponde alle tolleranze definite e elimina le fluttuazioni della
qualità nella produzione dei circuiti stampati con un collegamento sul bordo della scheda. Con l’AdvancedMC™-Plug si sostituisce
il bordo della scheda con un connettore. In
questo modo vengono prevenute usura e
corrosione elevate. La zona di innesto del
modulo AdvancedMC™ viene definita pertanto dal connettore che permette un‘elevata sicurezza di contatto indipendentemente
dalla qualità del circuito stampato.
41
tec.News 16: Sicurezza
Dr. Andreas Starke
Ethernet nei treni
In molti settori industriali i sistemi bus sono utilizzati per il comando di impianti e processi. Anche nei veicoli
ferroviari si trovano tecnologie analoghe. Ma è già prevedibile che nel futuro le attuali soluzioni non saranno sufficienti per il volume dati in continua crescita. Inoltre, la tendenza alla standardizzazione potrebbe aiutare a ridurre
il numero delle diverse tipologie di sistema utilizzate. Ethernet sembra essere la risposta più adatta a tutto ciò.
42
harting tec.News 16 (2008)
Un aspetto molto importante è legato ai requisiti di affidabilità della rete necessari, solitamente molto elevati. In questo
contesto la scelta della topologia di rete è di grande rilevanza. In una semplice topologia a stella o lineare la funzione di
trunking può essere un metodo per aumentare l‘affidabilità.
Tale funzione permette l‘uso di due o più linee tra due switch
per un unico collegamento logico. Questo approccio al problema però fornisce una soluzione solo per un guasto su un
cavo di collegamento. Il guasto di uno switch comporterebbe
ugualmente la caduta della rete.
Una rete “veramente” ridondante con alta disponibilità può
essere realizzata con strutture ad anello. In tal caso un‘unica
interruzione dell‘anello dovuta al guasto di un componente
(cavo o switch) non comporta la caduta della rete. Un ulteriore aumento dell‘affidabilità della rete può essere ottenuta con
l‘utilizzo di vari anelli interconnessi, ad esempio un anello
per coppia di vagoni.
Ulteriori differenze tra l‘impiego di Ethernet in ambiente
office e l‘impiego in applicazioni industriali e ferroviarie
sono facilmente individuabili riferendosi ai singoli strati del
modello OSI. Già dal livello 1, infatti, l‘utilizzo di componenti
Ethernet in applicazioni ferroviarie presenta molte differenze riconducibili alle gravose condizioni ambientali.
Particolare attenzione va rivolta ai cavi tra i singoli vagoni che si trovano in una zona non protetta. Tipicamente
sono adottate soluzioni che prevedono singoli conduttori
posati all‘interno di un tubo protettivo. Una o entrambe le
estremità sono collegate ai vagoni grazie ad un connettore
IP 68. Il collegamento Ethernet è realizzato con un cavo di
rame 100 Ohm Cat. 5 con caratteristiche antincendio usuali
nel settore ferroviario. I connettori sono realizzati nel rispetto di queste caratteristiche.
3
43
tec.News 16: Sicurezza
Confronto tra Ethernet in ufficio ed Ethernet in applicazioni industriali/ferroviarie
Aspetto
Ufficio
Industria
Ferrovie
Sezione dei cavi
AWG 22...28 (da 0,34 a 0,08 mm2)
AWG 22...26 (da 0,34 a 0,14 mm2)
AWG 20...22 (da 0,5 a 0,34 mm2)
Schermatura dei cavi
No
Sì
Sì
Guaina dei cavi
PVC
PVC
LS0H (Low Smoke <Zero Halogen)
Ai sensi delle norme riguardanti la
non propagazione dell‘incendio ed i
materiali isolanti privi di alogeni che
impediscono il dilagare del fumo
Connettore
RJ45
RJ45
M12
Grado di protezione IP richiesto
IP 20
da IP 30 a IP 67
da IP 30 a IP 67
Temperatura ambiente
0...50 °C
- 20...70 °C
- 40...70 °C
Resistenza ad urti e vibrazioni
nessun requisito
Prove secondo EN 60 068
EN 61 373
Disponibilità della rete
media
elevate
elevate
Trasmissione dati in tempo reale
No
In parte
In parte
Interferenze elettromagnetiche
molto basse
elevate
Requisiti particolari secondo
EN 50.155
Durata specificata
< 5 anni
5...15 anni
fino a 30 anni
Tensione di alimentazione
230 V AC
230 V AC, 24/48 V DC
24, 36, 48, 72 oppure 110 V DC
Il livello 2 del modello OSI si riferisce allo scambio dei dati
in frame Ethernet, nonché l‘assegnazione delle priorità dei
dati (tramite QoS [Quality of Service]), l‘utilizzo di tag V-LAN
oppure di identificatori per i protocolli di livelli superiori.
Anche il Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) si riferisce a
questo livello per gestire i loop di dati in reti ridondanti.
Sugli altri livelli OSI superiori, la varietà di protocolli presenti e standardizzati da IEEE 802.xx offre molteplici possibilità
per adempiere ai requisiti della maggior parte delle applicazioni. Al massimo sono richiesti adattamenti ed eventuali
gateway verso protocolli esistenti, ad es. IEC 61.375.
Applicazioni:
Videosorveglianza
Per aumentare la sicurezza oggigiorno nei treni sono spesso impiegati sistemi di videosorveglianza. Molte delle videocamere utilizzate oggi sono ancora dotate di tecnologia
analogica. Sistemi appropriati provvedono alla conversione
in segnali digitali nonché al raggruppamento dei canali. È
presumibile che in futuro aumenterà l‘utilizzo di videocame-
44
re digitali. Con l‘uso di switch adatti al settore ferroviario
queste potranno essere integrate direttamente nella rete.
Come elemento centrale viene utilizzato un server video per
la gestione dei dati. I dati video sono trasmessi direttamente
dalla videocamera su un monitor nella cabina di guida. In
caso di videocamere impiegate per la sorveglianza dei marciapiedi si dovrà tenere conto dei requisiti di trasmissione in
tempo reale, adottando una struttura di rete idonea.
In considerazione del fatto che i dati video richiedono una
larghezza di banda notevolmente maggiore rispetto ad altri
tipi di dati, è consigliato l‘uso del protocollo Internet Group
Management Protocol (IGMP). Insieme alle funzioni correlate
(snooping e querier), questo protocollo provvede a trasmettere i flussi di dati video solo ai destinatari a cui servono,
ottimizzando al meglio il carico della rete.
Informazioni per passeggeri e sistemi di
entertainment
Altoparlanti, display LED e schermi piatti per l‘informazione
dei viaggiatori devono essere collegati alla rete dati.
harting tec.News 16 (2008)
Nel passato gli annunci in treno venivano trasmessi con tecnologia analogica. Display LED venivano collegati a sistemi
speciali. Schermi piatti, in particolare i monitor integrati nei
sedili, non erano ancora impiegati su treni passeggeri. Oggi
questi sistemi sono impiegati sempre più frequentemente
e lo standard Ethernet viene utilizzato in misura crescente
come protocollo di rete per la trasmissione dei dati. Lo sviluppo futuro possibile potrebbe essere quello che prevede
l‘utilizzo di un‘unica rete a banda larga attraverso la quale
sono trasmessi i dati per tutte le applicazione. In tal caso
sarebbe necessario, comunque, un sofisticato sistema di
trasmissione ed una topologia di rete adatta a garantire la
priorità dei pacchetti di dati e all‘occorrenza la caratteristica
di operatività in tempo reale per le diverse applicazioni. In
questo contesto, l‘impiego esteso delle V-LAN rappresenta
un percorso possibile. Un altro aspetto è quello che prevede
l‘utilizzo di una rete separata per ogni applicazione. Ma un
approccio di questo tipo non sfrutterebbe i vantaggi offerti
da un‘unica rete fisica (cablaggio ridotto al minimo, semplicità nella manutenzione, riduzione costi).
Rete di comando del treno
Tra i vari sistemi e reti di protocolli, in questo contesto viene
indicato come esempio TCN (Train Comunication Network)
conforme allo standard IEC 61.375 attualmente utilizzato
dai costruttori leader in questo settore. Questo sistema è
composto da due sistemi bus cablati ridondanti: il “bus treno” WTB (Wired Train Bus) che collega tutti i vagoni di un
treno ed il bus veicolo MVB (Multifunction Vehicle Bus) che
collega tra di loro tutte le unità di comando – ad esempio
unità di comando trazione, frenatura e porte ecc. – di un
singolo vagone.
Questo sistema bus ha quasi 20 anni e non potrà sostenere
future implementazioni. La registrazione di dati ed eventi è
richiesta a volte in misura talmente elevata che la larghezza di banda messa a disposizione da TCN non potrà essere
sufficiente. Fast Ethernet con 100 Mbit/s potrebbe risolvere
questo problema. Altri motivi che conducono all‘impiego di
Ethernet sono il know-how diffuso a livello mondiale nonché le interfacce e gli utensili standardizzati. Dovranno
comunque essere trovate adeguate soluzioni per i requisiti
di operatività in tempo reale di talune applicazioni, per le
funzioni specifiche di comando necessarie a bordo treno e
la compatibilità con componenti più datati. E per ogni livello
di implementazione dovranno inoltre essere presi in considerazione i rispettivi aspetti di sicurezza.
Per quel che riguarda la capacità di operare in tempo reale, lo standard WTB con un tempo di reazione definito di
100 ms potrebbe essere un primo approccio. Ciò significherebbe che con una topologia di rete ed un numero di utenti
per ramo adatti, nonché un utilizzo idoneo delle possibilità
QoS, un treno potrebbe funzionare attraverso Ethernet con
protocolli standard IEEE 802.
Per le funzioni specifiche del treno devono essere sviluppate
ulteriori applicazioni e protocolli. Poiché il passaggio da TCN
ad Ethernet non potrà concludersi in pochi giorni, per un determinato periodo di tempo le due reti dovranno coesistere.
Di conseguenza, le unità di comando del veicolo dovrebbero
lavorare con entrambe le reti, il che richiede l‘implementazione di classi di dati TCN su Ethernet. Un‘altra particolarità
delle reti sui treni è la configurazione automatica di rete
all‘avviamento dei sistemi. L‘attuale configurazione del treno, cioè il numero, il tipo e la successione dei vagoni, deve
essere presa in carico e trattata in modo logico nel sistema.
Mentre per WTB si tratta di una funzione standardizzata,
per Ethernet deve essere creata una applicazione specifica.
Stato dell‘arte e sguardo al futuro
Attualmente, il sistema bus più importante è ancora il
TCN come definito nella norma IEC 61.375. Il gruppo
IEC/TC9 WG43 lavora sull‘integrazione di Ethernet. Ad oggi
sono in funzione solo i primi treni che adottano Ethernet. Le
applicazioni riguardano principalmente i sistemi di informazione viaggiatori, il comando di funzioni non rilevanti per
la sicurezza e la videosorveglianza. In futuro seguiranno i
sistemi di intrattenimento viaggiatori e l‘accesso W-LAN.
Tenendo conto delle norme e procedure di omologazione,
l‘implementazione completa del sistema Ethernet come sistema bus per il comando dei treni durerà sicuramente ancora
diversi anni.
Dr. Andreas Starke
Market Manager Transportation, Electric
HARTING Technology Group
[email protected]
45
t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
Andreas Huhmann
Automation IT scende in campo
e
s
az
si
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Co
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mmer ializz
az
Profili di automazione
7. Applicatione
Livelli di applicazione
io
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Appl
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om
unic a zi
6. Presentazione
o
5. Sessione
ne
Produ
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Pr
o
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Automation IT è la piattaforma di comunicazione universale per tutti i processi di produzione industriale. harting
non ha solo presentato concetti sufficientemente ampi a questo proposito, ma ha sviluppato nuovi standard e immesso nuovi prodotti sul mercato. A Zhuhai (Cina) harting ha realizzato Automation IT anche all’interno del proprio
stabilimento di nuova costruzione.
Profili di comunicazione
Necessaria
­compatibilità
Pi at ta
o
pp
4. Trasporto
UDP TCP
3. Network
IP
2. Data Link
Ethernet
MAC
1. Physical
Ethernet
TCP/IP
Suite
Piattaforma di comunicazione
u
Automation IT
Rispetto
richiesto
IEEE
802.3
ET
HER
Sv
il
NET
Modello di riferimento OSI
Fig 1: Il Processo
Fig 2: Modello a livelli OSI
Poiché Ethernet si è sviluppato nell‘Office IT come standard
di comunicazione dominante, anche Automation IT si basa
su Ethernet. Di conseguenza, la garanzia di continuità nella
trasmissione è prioritaria. Tuttavia solo i sistemi che sono
compatibili con Ethernet IEEE 802.3 offrono questa garanzia.
Ethernet è stato sviluppato solo per processi provenienti dal
campo Office IT. Automation IT ha invece riguardo per le
richieste specifiche dell’automazione industriale includendo
il determinismo e l‘operatività in real-time.
automazione richiede necessariamente un sistema di comunicazione, ma c’è anche la necessità di soddisfare molte tipologie di applicazione. Il vero capitale delle odierne soluzioni
di automazione odierne è insito ai livelli più alti del modello
OSI, oltre la comunicazione.
Dal punto di vista dell‘automazione, perciò, la pura discussione sulla comunicazione è sterile; infatti, si deve considerare
che conta solo quanto viene trasferito dalle competenze in
fatto di automazione, dal mondo Fieldbus al nuovo universo
Ethernet. Questa competenza sull‘automazione è stata maturata in più di 20 anni. Così anche il mercato punta sui
profili di due veterani provenienti dal mondo Fieldbus, la cui
rilevanza è intatta anche nel mondo Ethernet. La sua quota
di mercato con 2/3 del mercato mondiale del Fieldbus circa
diventerà elevata anche con la comunicazione Ethernet.
Automation IT e profili di comunicazione per
l‘automazione
L‘industria manifatturiera richiede oggi per l‘automazione in campo, soluzioni che si adattino in modo ottimale ai
processi produttivi. Se l‘utente è abituato oggi ad utilizzare
­Profibus con l‘ampio spettro dei suoi profili di applicazione,
non può riscontrarne altrettanti realizzabili in Ethernet, poiché Ethernet è innanzitutto un sistema di trasmissione dati
che coinvolge i layer 1 e 2 del modello OSI. Un progetto di
46
1. Ethernet/IP
Ethernet/IP deve essere visto come uno sviluppo ulteriore
basato su Ethernet di DeviceNet e nel profilo della comu3
harting tec.News 16 (2008)
47
t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
nicazione punta su meccanismi standard IEEE 802.3.La
ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) ha risolto il
tema dell’applicazione con CIP (Common Industrial Protocol)
a partire dal contesto di comunicazione comune e utilizza
CIP indipendentemente dalla piattaforma di comunicazione.
Questo è un chiaro messaggio in direzione di una piattaforma di comunicazione standard
cavi di collegamento dell‘impianto; impianti e macchine vengono allacciati alla rete in un secondo tempo tramite outlet
o scatole di collegamento..
Riferendosi invece al collegamento in rete di macchine o
apparecchiature individuali, il discorso necessariamente
cambia. Nel mondo dell‘automazione, la realizzazione della
rete è più orientata alla specifica applicazione.
2. PROFINET
PROFINET, nato come sviluppo ulteriore di Profibus è
uno profilo compatibile con l‘Ethernet standard dell‘IEEE
802.3 sotto l‘aspetto della comunicazione. Gli ampliamenti
in tempo reale di PROFINET, che oltre al canale TCP/IP
realizzano un canale in tempo reale sul layer 2 per applicazioni di automazione, non impongono restrizioni ad una
architettura aperta della piattaforma di comunicazione.
Spesso questi adattamenti sono perfino necessari per assicurare l’efficienza della rete di automazione. Per questo
harting ha incluso esplicitamente PROFINET nel proprio
tema ­Automation IT.
Un punto critico sui profili di comunicazione è tuttavia
rappresentato dal fatto che le loro integrazioni assicurano
la compatibilità ad Ethernet secondo l’IEEE 802.3, sebbene
oggi però non siano compatibili una con l‘altra, Quindi oggi
è possibile la creazione di una piattaforma di trasmissione
dati solo dopo la scelta di uno dei profili di comunicazione.
Le configurazioni di rete nell‘automazione
La relazione tra cablaggio e componenti di rete Ethernet deve
confrontarsi con le molteplici configurazioni di rete necessarie alle applicazioni di automazione. Nel caso si una pressa
ad iniezione plastica, la topologia di rete, seppur complessa,
è tipicamente a stella: ciò significa un limitatissimo numero
di switches con molte porte ed un numero elevato di cavi, di
lunghezza ridotta. Nelle applicazioni di sorting postale o di
conveyor per lo smistamento bagagli, invece, dove l‘applicazione si estende in lunghezza, sono necessari molti switches
a poche porte, magari IP 67, collegati in linea con un numero
ridotto di cavi, di lunghezza rilevante.
Sistemi di installazione Automation IT
Nel mondo office si sono ottenuti sistemi universali tramite
applicazioni estremamente uniformi, come per esempio le
postazioni di lavoro d‘ufficio. L’infrastruttura deve permettere il più possibile e a lungo termine un utilizzo flessibile
di un edificio adibito ad uso ufficio. Durante questo utilizzo
vengono ripetutamente sostituiti i componenti di rete Ethernet e i computer, cosa che dovrebbe essere possibile senza un
nuovo e dispendioso collegamento di rete. In questo contesto,
è possibile vedere il cablaggio come entità infrastrutturale
separata dai componenti di rete Ethernet. Le normative oggi
esistenti riflettono esattamente questa situazione e si applicano sia ai connettori che ai cavi e agli altri componenti di
rete Ethernet, come gli switch.
Questo approccio è certamente auspicabile anche per l‘industria, ma è tuttavia ancora non consueto nelle applicazioni
fieldbus. Più facilmente può trovare applicazioni idonee nella
realizzazione di un nuovo edificio industriale, in quanto normalmente il cablaggio della rete si realizza prima di posare i
48
Il cablaggio Automation IT
Con Automation IT l‘utilizzatore finale può impiegare un‘unica piattaforma di cablaggio per tutte le aree della propria
azienda. La norma ISO/IEC 11 801 illustra i requisiti che
devono essere rispettati nel cablaggio del mondo Office IT.
Invece, tutti gli aspetti di conformità alle condizioni ambientali gravose e le topologie previste dal cablaggio degli edifici
industriali sono una descritte della norma ISO/IEC 24 702.
Per soddisfare i requisiti necessari al cablaggio IT sia per
l‘ambiente Office sia per le applicazioni industriali di automazione, harting e Leoni Kerpen GmbH hanno messo in
comune le proprie competenze nella realizzazione di cavi e
sistemi di connessione, realizzando un intero programma di
componenti per il cablaggio, grazie al quale si rispetta quanto previsto nella normativa ISO/IEC 24 702. Tale programma
consente inoltre la realizzazione dell‘infrastruttura di rete
all‘interno dell‘edificio industriale in modo perfettamente
aderente alla norma ISO/IEC 11 801. Si ha pertanto a disposizione un‘unica piattaforma comune di cablaggio, utilizzabile
in ambiente Office IT così come in tutte le applicazioni di
automazione industriale. Esempi ti tale piattaforma sinergica sono il Vario Keystone di Leoni Kerpen e la tecnologia
PushPull di harting.
Se la rete aziendale si estende alle macchina o all‘impianto
dei reparti di produzione, si deve avere un occhio di riguar-
harting tec.News 16 (2008)
Topologia
Connettore
Switch
Edificio industriale
HARTING PushPull
mCon 1000
Han® PushPull
mCon 3000
HARTING PushPull Hybrid
mCon 6000
Impianto
Macchina
Fig 3: Cablaggio di edifici industriali e di apparecchiature industriali
do per i profili di automazione, i cui cablaggi sono definiti
nella parti specifiche della norma IEC 61 784. I produttori
di automobili tedeschi, ad esempio, hanno redatto uno standard di installazione comune che è stato fatto confluire come
standard generico PROFINET nella norma IEC 61 784-2-4.
Il concetto di installazione utilizza la tecnologia PushPull
harting che viene impiegata sia per la comunicazione che
per l‘alimentazione della tensione a 24 V. Anche qui harting
ha realizzato una gamma di soluzioni in collaborazione con
i partner di Automation IT.
I componenti di rete Automation IT
Un disaccoppiamento dell‘Ethernet industriale dalle tecnologie IT standard risulta pericoloso, si pensi per esempio
agli aspetti della sicurezza. Inoltre la pressione innovativa
nell‘Office IT è enorme: qui si generano innovazioni e perfezionamenti tecnologici essenziali. Da tutto ciò può anche
trarre vantaggio l’Automation IT.
Se inizialmente nel mondo industriale è stato percorso un
notevole avvicinamento in direzione della tecnologia Fast
Ethernet, oggi, anche per le applicazioni industriali, si comincia ad impiegare la trasmissione dati con una ampiezza
di banda maggiore, quella che offre ad esempio la tecnologia
Gigabit. Essa infatti può offrire miglioramenti eccezionali
in termini di prestazioni dell‘automazione. Oltretutto è da
considerare anche un fattore di opportunità di sviluppo e di
costi: poiché la tecnologia a banda larga viene ormai massicciamente impiegata nelle applicazioni Office, praticamente
è o sarà disponibile a medio termine senza sostanziali costi
di sviluppo rispetto a Fast Ethernet, consentendo però l‘evoluzione delle applicazioni industriali aggiungendo anche la
trasmissione di applicazioni più spinte, con impiego magari
di segnali voce e video, nell‘industria.
Automation IT con la sua piattaforma comune di comunicazione punta sulla forza innovativa della tecnologia Ethernet
standard, in modo da garantire la realizzazione di componenti di rete Ethernet sempre tecnicamente allineati allo
“stato dell‘arte”.
Un tema chiave del concetto di piattaforma unica è la gestione della rete. A questo proposito sono disponibili strumenti
efficienti, che presuppongono però l‘impiego in rete di componenti intelligenti. harting, in collaborazione con Nexans
Deutschland Industries GmbH & Co. KG, ha realizzato ad
integrazione della propria gamma, ulteriori componenti di
rete Ethernet specificamente ideati per l‘utilizzo industriale in campo. Gli switches harting assicurano prestazioni
e compatibilità che permettono appunto la gestione unica
della rete. Grazie alle caratteristiche costruttive adatte agli
standard industriali ed alle elevate prestazioni da High End
Office, questi switches offrono una possibilità di sviluppo
integrato ideale del cablaggio industriale secondo la norma
ISO/IEC 24 702.
Poiché oggi la gestione della trasmissione dati dell‘area
Field­bus si realizza in ambiente Office, la linea di sviluppo
è già chiaramente tracciata. La gestione IT ha anche accesso
all‘automazione. I componenti industriali di rete Ethernet
dovranno perciò avere anche funzionalità di gestione, che
sono tipiche di Office, seppur utilizzati su macchine e impianti. Gli switch mCon 3000 ed mCon 6000 harting posseggono oggi già quelle caratteristiche di Simple Network
Management Protocol (SNMP), che permettono una gestione
centrale remota. Inoltre queste serie di prodotti propongono
le funzionalità aggiuntive mirate alle necessità dei nuovi
profili di automazione, come per esempio IGMP Snooping per
Ethernet/IP oppure l‘integrazione di PROFINET I/O.
Le soluzioni harting soddisfano sia le richieste specifiche
delle infrastruttura di rete presenti nel mondo building, sia
le tipiche necessità degli impianti e delle macchine nel mondo industriale ed offre soluzioni che permettono un‘unica
piattaforma di comunicazione di Automation IT dall‘ufficio
fino ai reparti di produzione.
Andreas Huhmann
Director Strategic Marketing, ICPN
HARTING Technology Group
[email protected]
49
t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
Wolfgang Klinker & Anne Bentfeld
Domare due leoni danzanti
Con l‘inaugurazione del nuovo stabilimento di produzione a Zhuhai (Cina), il gruppo tecnologico harting aumenta
la capacità produttiva per il mercato asiatico. Un centro di logistica moderno supporta l‘espansione della posizione
sul mercato di harting in Asia. Allo stesso tempo harting installa nel nuovo stabilimento un concetto orientato al
futuro dell’automazione, della comunicazione e del controllo.
50
harting tec.News 16 (2008)
All‘inaugurazione del nuovo insediamento produttivo di
harting a Zhuhai, tenutosi il 19 ottobre 2007 sono intervenuti 400 ospiti. La famiglia Harting ha condiviso la celebrazione con i rappresentanti della città di Zhuhai, con gli
inviati dell‘ambasciatore tedesco in Cina, i rappresentanti
principali dell‘università locale e con i propri soci d‘affari.
Per porgere le proprie congratulazioni sono intervenuti anche, sia i rappresentanti del governo cinese, sia gli ospiti
in arrivo dalla Germania, fra essi il consiglio di vigilanza
del gruppo tecnologico e il sindaco di Espelkamp Heinrich
Vieker, i dipendenti provenienti da Espelkamp, dall‘Inghilterra, e da molti altri stati asiatici e sul posto da Zhuhai. Il
discorso di benvenuto è stato tenuto da Margrit Harting,
procuratore generale associato della harting KGaA. A lei
è spettato anche il compito di dare inizio alla cerimonia di
inaugurazione nella migliore tradizione cinese “domando
due giganteschi leoni danzanti”. Nel suo discorso Philip
F. W. Harting, figlio degli imprenditori Margrit e Dietmar
Harting e da due anni Managing Director per l‘Asia, responsabile a Hong Kong per il business asiatico di harting,
ha messo in evidenza che il significato delle imprese a
conduzione familiare è ancora molto importante per un
impegno continuo sui mercati nuovi, mentre nella società
di capitali predomina un‘aspettativa di successo a breve
termine, le imprese familiari perseguono obiettivi a medio
e a lungo termine.
Obiettivo: Leadership di mercato
Gli obiettivi che harting si prefissa in Asia sono infatti
elevati: malgrado la forte concorrenza, l‘impresa vuole
diventare un riferimento di primo piano sul mercato dei
connettori. Lo stabilimento di produzione di Zhuhai è uno
dei passi più importanti su questa strada.
Werner H. Lauk, responsabile del Dipartimento per l‘Economia dell‘Ambasciata della Repubblica Federale Tedesca
in Cina, nel suo intervento di saluto ha lodato l‘impegno
sociale della famiglia imprenditoriale di Espelkamp ed il
procedimento esemplare nella scelta della sede in Cina.
Zhuhai è una città di milioni di abitanti che cresce velocemente e si trova nella provincia di Guandong, precisamente
a un‘ora di viaggio ad ovest di Hong Kong vicino all‘exenclave portoghese Macao.
Lo stabilimento di produzione è stato costruito nella zona
tecnologica ed economica della città secondo i progetti di
un architetto cinese. harting ha investito circa 12 milioni
di euro per erigere 20.000 m2 di superficie di produzione
e di logistica. 250 dipendenti lavorano al momento presso
harting Zhuhai. Come Dietmar Harting, associato responsabile del gruppo harting, ha evidenziato, il gruppo conosce le regole del gioco per il successo nella concorrenza
asiatica – a Zhuhai si produce già dal 1998 “L‘investimento
nella prima fase di costruzione” dice Dietmar Harting “è la
risposta della direzione dell‘azienda alla domanda crescente derivante dall‘area economica dell‘Asia del Pacifico. La
Cina è inoltre un mercato estremamente esigente. Basandoci sulle nostre esperienze nell‘area asiatica, è nostra ferma
intenzione il rimanere molto vicini al cliente, prendercene cura: solo nel dialogo diretto e continuo, i produttori
sviluppano il tatto necessario per le necessità specifiche
delle nazioni di provenienza dei loro partner in affari.”
La famiglia di imprenditori Harting ha tagliato quindi il
nastro rosso insieme ad alcuni ospiti e ha inaugurato con
loro il nuovo stabilimento cinese del gruppo harting. Il
momento esatto del taglio del nastro è stato determinato
secondo un pronostico geomante cinese per le ore 11:38
esatte. Tuttavia, malgrado l‘inaugurazione solenne non si
è ritenuto che ci fosse tempo da perdere. Durante la cerimonia la produzione era già a pieno regime. La fabbricazione
era stata avviata già prima dell‘inaugurazione.
Produzione secondo il modello tedesco
harting si è già fatta un nome sul mercato in forte espansione dell‘industria cinese. Già oggi vengono serviti i mercati come quello delle telecomunicazioni, dei trasporti,
della costruzione di macchine e dell‘industria energetica.
harting dà un valore particolare a qualità e sinergie tra
gli stabilimenti di produzione. L‘impresa realizza le attrezzature e le macchine di produzione presso la sede sociale
in Germania. Anche la direzione dello stabilimento è in
mano tedesca.
L‘inaugurazione del nuovo stabilimento di Zhuhai è per
harting una dichiarazione del rafforzamento strategico
della sede in Asia. Il severo rispetto delle direttive aziendali interne per la protezione dell‘ambiente e per la sicurezza
del lavoro dei dipendenti costituiscono inoltre il fondamento dell‘attività dell’azienda in Cina e nel mondo.
Per Dietmar Harting la sede di produzione in Cina ha tuttavia un significato strategico anche da un altro punto di
3
51
t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
Fig. 1: Stabilimento HARTING a Zhuhai
vista. Alle condizioni cinesi questa produzione offre la possibilità di produrre prodotti d‘alto valore con gli stessi costi
a cui potrebbero essere prodotti anche i possibili plagi. In
questo modo viene tolto ai “copy products” il vantaggio
economico già nel luogo di origine.
Automation IT – la piattaforma unica di
comunicazione dagli uffici alla produzione
Lo stabilimento cinese è stato impostato in base a criteri
di estrema modernità sia dal punto di vista tecnico che organizzativo. Un‘unica infrastruttura Ethernet collega tutte
le aree interne dello stabilimento e lo stabilimento stesso
al network mondiale harting.
Fino ad ora, i vantaggi della piattaforma harting Automation IT si erano visti solo durante le fiere a cui harting partecipava. Nel nuovo stabilimento di produzione a Zhuhai
nel Sud della Cina i professionisti di Espelkamp hanno
fatto le cose per bene: al fine di ottimizzare i processi di
comunicazione e quindi di produzione, hanno sviluppato
una completa infrastruttura di rete rendendo utilizzabili e visibili gli strumenti da qualsiasi parte all‘interno
dell‘azienda.
I processi aziendali del Gruppo Tecnologico sono basati
completamente sull‘IT. Claus Hilger, General Manager IT
del Gruppo Tecnologico harting, riferisce che tutte le imprese del gruppo harting sono allacciate alla centrale IT a
Espelkamp, dove si trova la base SAP. Tutte le applicazioni
ERP e i flussi di materiali vengono perciò raccolti e controllati centralmente.
52
Mentre altrove l‘infrastruttura IT è cresciuta nel tempo
in modo parziale, nello stabilimento nuovo di Zhuhai la
si è potuta strutturare interamente a partire dal basso in
collaborazione con Cisco. Come riportano Claus Hilger e
Ralph Xia, manager IT dello stabilimento di Zhuhai, l‘infrastruttura della rete locale di Zhuhai è composta da un
Backbone GBit e da connessioni a 100 MBit sia verso le
postazioni di lavoro sia alle macchine di produzione. Il
cablaggio è Cat 6. Nella nuova sede di produzione sono
stati installati circa 15.000 mt di cavi standard Cat 6. Ad
essi bisogna aggiungere 1.200 m di cavi Cat 6 harting per
ethernet nell‘area di produzione per il collegamento degli
impianti produttivi. In totale all‘interno dello stabilimento
sono state installate 296 prese di rete.
Vengono inoltre utilizzate 300 patch cables harting –
ognuna di una lunghezza di 2 m. Mentre a livello di rete
superiore vengono utilizzati switches Cisco (Catalyst 2960
24/48, Catalyst 3560) e router Cisco (2621 XM) per le applicazioni VPN e WAN, all‘interno della fabbrica sono installati switches gestiti del tipo mCon 7100 harting con grado
di protezione IP 67.
In collaborazione con il gruppo IT centrale, il gruppo di
Ralph Xia ha implementato tutta la rete e le applicazioni
IT, compresa una soluzione integrata Cisco-VoIP, è stata
inoltre garantita la necessaria banda anche per i sitemi di
videoconferenza “Il nostro prossimo principale progetto
IT sarà il trasferimento della comunicazione telefonica del
gruppo harting alla telefonia via internet (VoIP)” ha detto
Claus Hilger.
harting tec.News 16 (2008)
Che cosa è Automation IT?
Automation IT una piattaforma universale di comunicazione per tutti i processi di produzione industriale.
Per lo sviluppo e l‘implementazione di Automation IT,
gli utenti devono avere l‘espediente di un‘installazione strategica utile a tutta l‘azienda. Mentre la norma
ISO/IEC 11 801 definisce chiaramente le soluzioni di cablaggio da utilizzare negli ambienti office IT, per quanto
riguarda le applicazioni di automazione industriale c‘è
ancora molto lavoro da fare. In questo ambito l‘Automation IT offre soluzioni di installazione comuni per edifici
industriali, impianti e macchine.
Fig. 2: Applicazioni HARTING nello stabilimento a Zhuhai:
Alimentatore pCon 7095-24A e switch 10 porte mCon 7100-A
Il monitoraggio delle macchine è una delle applicazioni
già utilizzate di maggiore importanza: “I nostri colleghi
dello stabilimento nel Northampton sono collegati via VPN
alla macchina di montaggio SMD a Zhuhai e possono monitorare e configurare la macchina da remoto” riferisce
Claus Hilger. Malgrado le distanze estremamente ampie
nel sistema IT sono garantiti tutti i requisiti necessari di
sicurezza di un gruppo che opera a livello globale. Hilger:
“Naturalmente utilizziamo un concetto di sicurezza sulla
base di una Security Policy predeterminata centralmente
riguardo alla connettività esterna, alle apparecchiature
terminali utilizzate e ai metodi di comunicazione. harting
utilizza firewalls, amministra centralmente i diritti di accesso, client firewalls e Desktop Encryption su tutti i notebook, oltre a numerosi altri dispositivi di sicurezza.”
Wolfgang Klinker
Journalist
Anne Bentfeld
General Manager
Communication and Public Relations
HARTING Technology Group
[email protected]
Che cosa significa tutto ciò per harting?
La gamma di prodotti harting offre le soluzioni migliori
per le richieste applicative degli utenti che operano in
ambienti industriali.
–Connettori assemblabili in loco, cavi cablati e prese
industriali (RJ45/M12)
–A limentazione per armadi di controllo e distribuzione
(anche con un elevato grado di protezione)
–Switches Ethernet ottimizzati (plug&play) per spazi
di installazione ristretti all‘interno di armadi e custodie
Famiglie di prodotti eCon 2000 ed eCon 3000
–Switches Ethernet con porte in fibra ottica per il collegamento in rete di impianti in ambienti critici EMV
Famiglie di prodotti eCon 3000 e mCon 3000
–Switches Ethernet con soluzioni di ridondanza ottimizzate per specifiche applicazioni (ridondanza parallela
o ad anello)
Famiglia di prodotti sCon 3000
–Switches Ethernet gestiti con funzioni di sicurezza per
l‘integrazione degli impianti di produzione nella rete
aziendale Ethernet
Famiglie di prodotti mCon 1000 e mCon 3000
–Switches Ethernet gestiti e non gestiti con un elevato grado di protezione per la realizzazione sistemi di
trasmissione dati per macchine e impianti
Famiglie di prodotti eCon 4000, mCon 4000,
eCon 7000, mCon 7000
–Switches Ethernet gestiti e non gestiti, con e senza
interfaccia a backplane per rack 19” da installare in
armadi di controllo
Famiglie di prodotti eCon 9000, mCon 9000
53
t e c . N e w s 1 6: Pa r t n e r s h i p d i s i s t e m a
Fritz Aldag
L‘economia globalizzata
richiede importanti
accordi di partnership
Siemens e harting hanno concordato un partenariato per la realizzazione di soluzioni per sistemi di movimentazione e di automazione
decentralizzati. Sono in fase avanzata di realizzazione i primi progetti
di grandi dimensioni, come gli aeroporti di Dubai, Seoul e Pechino.
Fin dallo sviluppo della tecnologia di controllo attraverso bus di campo,
harting, in qualità di produttore di primo piano di sistemi di interconnessione e Siemens, leader nel settore dell‘automazione, lavorano insieme
allo sviluppo di nuove soluzioni. Oggetto principale della cooperazione è
lo studio e la produzione di interfacce di collegamento per sistemi dati e
alimentazione su sistemi di controllo decentralizzati, come gruppi avviamento motori, controllo di sensori, inverter, motoriduttori e motori.
In questo ambito sono state sviluppate (o implementate)
in base alle richieste del mercato le serie Han-Compact®,
Han-Brid® e Han®-EMV. Con il reparto della Siemens che
si occupa di sistemi di alimentazione decentralizzata,
harting ha sviluppato il nuovo Han-Power® S, scatole connettorizzate per bus di alimentazione di potenza. Siemens
ha fornito le serie di apparecchiature Simatic ET 200 X,
ECOFAST, Simatic ET 200pro e Sinamics G120D per il controllo decentralizzato di motori e trasmissioni.
Il grande progetto dell‘aeroporto di Dubai
In seguito a una serie di progetti minori, Siemens ha ricevuto, a Dicembre 2003, il primo ordine di grandi dimensioni per impianti di movimentazione decentralizzata. Il
sistema automatico di movimentazione di merci e bagagli
del terminal III dell‘aeroporto internazionale di Dubai è
stato realizzato con componenti Siemens.
In particolare nell‘ambito degli impianti di movimentazione
bagagli, vale a dire dal check-in al ritiro bagagli sul nastro
54
trasportatore, sono stati impiegati azionamenti decentralizzati (motori, avviamento motori e inverter). In totale sono
state installate a Dubai 13.000 unità di apparecchiature.
Requisito indispensabile richiesto dai gestori dell‘aeroporto è che tutte le apparecchiature fossero equipaggiate con
connettori, per garantire la sostituzione dei componenti nei
tempi più brevi possibili in caso di eventuali guasti.
La moderna tecnologia aeroportuale punta su sistemi
completamente automatici, che comprendano anche un
immagazzinaggio intermedio dei bagagli dei viaggiatori
in transito. Per adempiere a questa richiesta, nell‘aeroporto di Dubai sono stati realizzati circa 90 km di linee di
trasporto e di immagazzinaggio. L‘aeroporto alla fine del
sua fase di completamento deve poter gestire senza problemi 15.000 bagagli all‘ora e una presenza di passeggeri di
70 milioni di viaggiatori all‘anno. La logistica dell‘aeroporto a Dubai permette la gestione di circa 8.000 passeggeri
all‘ora. In particolare, in previsione dell‘arrivo dei nuovi
aeroplani di grandi dimensioni, come l‘Airbus A 380, e
harting tec.News 16 (2008)
dell‘ulteriore integrazione dell‘economia mondiale, si stima
un’ulteriore crescita della presenza di passeggeri da tutto
il mondo. Tutti i grandi aeroporti si stanno già adattando
oggi a questa richiesta.
Per l‘alimentazione elettrica a 400 V è stato utilizzato
l‘harting Han-Power® e l‘Han® Q4/2. Gli azionamenti sono
stati equipaggiati con connettori Han® Q8 sull‘avviamento
motore e Han® 10 E sul motore. Per i cavi di collegamento
sono stati utilizzati conduttori resistenti all‘olio e con isolamento antifiamma e non contenenti gas alogeni, in accordo
con le normative IEC 60 332-1, 60 754-2 e 61 034. Inoltre,
per tutte le aree al di fuori delle canaline metalliche, sono
state richieste guaine flessibili di protezione contro danneggiamenti meccanici.
Il bus di controllo è stato realizzato su protocollo Profibus,
con connettori serie Han-Brid® come interfaccia di sistema.
harting ha anche fornito cavi pre-assemblati (con i propri
connettori) di lunghezze differenti, da 0,5 a 100 m. Nel
­Dicembre 2007, i cavi intestati forniti da harting per le
linee Profibus, hanno raggiunto 150 km di lunghezza.
Tutti i cavi sono stati testati al 100% in produzione e sono
stati marchiati in modo da poter essere identificati in caso
di eventuali anomalie riscontrate in fase di installazione.
Seguono altri grandi progetti: Seoul e
Pechino
Siemens si è anche aggiudicata, nel 2004 e nel 2005, gli
ordini per l‘allestimento e la fornitura elettrica degli impianti di trasporto bagagli per l‘aeroporto Incheon (Seoul,
Corea del Sud) e per l‘aeroporto internazionale Pechino
BCIA (Bejing-Capital-International-Airport), di progettazione completamente nuova e da realizzare per i Giochi
Olimpici del 2008.
Anche qui sono state realizzate soluzioni connettorizzate
per gli impianti di movimentazione. Per il progetto Incheon
è stato utilizzato il sistema decentralizzato ECOFAST in
variante Profibus-Hybrid. In questo caso, attraverso l‘utilizzo di fibre ottiche in vetro tipo HCS (Hard Clad Silica) è
stato possibile realizzare tratte di dorsale con lunghezze
superiori a 200 m.
Quasi contemporaneamente erano in corso le pianificazioni
per il progetto BCIA (aeroporto Pechino). Anche qui si sono
utilizzati sistemi decentralizzati connettorizzati. In questo
caso il gestore e Siemens hanno optato per una soluzione
ASI-Bus per l‘interfaccia tra sensore e attuatore. Ciò ha
richiesto lo sviluppo di avviamento motori specifici per
questo progetto, che sono stati realizzati da Siemens nella
sede di Lipsia.
Per il progetto di Pechino, a Dicembre 2007, sono state
consegnate più di 7.500 m di cavi di sistema con scatole
connettorizzate Han-Power® S e sono stati allestiti oltre
400 banchi di per il check-in. Il trasporto dei bagagli dei
passeggeri è realizzato con un sistema a tunnel di 2,1 km
di lunghezza. Il sistema di nastri ad alta velocità permette
il trasporto dei bagagli in tempi estremamente brevi. Malgrado le enormi distanze che vengono percorse in questo
aeroporto, i bagagli dei passeggeri di grossi velivoli con
capienza di oltre 700 persone, dovranno trovarsi sul nastro
trasportatore pronti per il prelievo in tempi estremamente
contenuti.
La collaborazione di estremo successo tra Siemens e
harting è stata regolata nel giugno 2007 su una nuova base
contrattale: la Siemens-Solution-Partnerschaft-Automation.
harting fornisce, su questa base, cavi pre-assemblati e
componenti di interconnessione per sistemi di movimentazione decentralizzata gestiti attraverso prodotti Simatic
ET 200X, ECOFAST, Simatic ET 200pro Sivacon MCU e
­Sinamics G120D.
Ulteriori informazioni:
Le schede tecniche dei prodotti impiegati su queste piattaforme possono essere scaricati in formato pdf dal sito Siemens nell‘area Siemens-Solution-Partner-Finder (Distributed Field System). Nella pagina internet di harting è stata
messa a disposizione, (pagina pdf) l‘intera documentazione
redatta in comune per questi prodotti di integrazione di
sistema.
www.harting.com/solution-partner
Fritz Aldag
Project Manager
HARTING Technology Group
[email protected]
55
tec.News 16: Leadership tecnologica
Gerhard Bentzien & Jörg Hehlgans
Seguendo le tracce
I Transponder RFID di harting aiutano gli operatori a mantenere la tracciabilità dei trasporti merci su rotaia in modo trasparente, garantendo il servizio
in qualsiasi eventualità e situazione di carattere estremo.
56
harting tec.News 16 (2008)
Per la moderna logistica delle merci e la gestione della
produzione, la corretta identificazione e tracciabilità di
prodotti e merci è di fondamentale importanza. Ma quello
che per i servizi di recapito pacchi fa già parte della quotidianità, non lo è stato fino ad ora per i vagoni merce ed il
loro carico, in quanto i requisiti e le condizioni sono spesso
estremamente complessi, tanto che i componenti elettronici finora disponibili, non erano in grado di garantire un
tracking affidabile.
Per questo motivo harting ha sviluppato i transponder
RFID (Radio Frequency Identification) nella gamma UHF
(Ultra High Frequency) capaci di garantire un funzionamento sicuro anche in condizioni ambientali estreme.
Con l‘ausilio dei transponder RFID della harting del tipo
­H ARfid LT 86 (HT), i treni passanti possono essere identificati e localizzati con precisione. In tal modo il luogo in cui
si trovano i vagoni e la merce è visibile in tempo reale per
3
57
tec.News 16: Leadership tecnologica
Fig. 1: I Transponder RFID aiutano a gestire la logistica su rotaia. In questo caso: identificazione dei vagoni di scorie di uno stabilimento
metallurgico del rame sul percorso tra il bagno di fusione e la stazione di pesatura.
tutti gli operatori. Nel settore del trasporto merci su rotaia,
dominato da una forte concorrenza, questa innovazione
potrebbe forse essere il vantaggio competitivo decisivo.
Identificazione anche ad alta velocità di
marcia
Da quando il protocollo EPC Gen2 si è affermato come standard nell‘RFID e diversi produttori offrono transponder
con ampie portate da montare su superfici metalliche, gli
integratori di sistema e logistica in tutto il mondo hanno
incominciato a focalizzarsi sulle applicazioni nel settore
del trasporto merci su rotaia. Con lutilizzo di EPC Gen2
la velocità di trasmissione dati tra transponder ed unità
di lettura/scrittura (reader) è talmente alta, che i codici
identificativi rimangono leggibili anche quando i vagoni passano ad una velocità di 80–100 km/h. In base alla
quantità di dati, la scrittura su transponder richiede un
po‘ più tempo; ciononostante la funzionalità viene comunque assicurata, poiché i terminali di caricamento e/o le
stazioni di smistamento hanno a disposizione tempo suf-
ficiente per l‘elaborazione di dati riguardanti il contenuto
e la destinazione.
Ma torniamo all‘identificazione durante la marcia: apparecchi di lettura/scrittura robusti e resistenti agli agenti
atmosferici possono essere montati sui pali esistenti lungo
il tratto ferroviario. Questi apparecchi situati ad una distanza di 2 metri, leggono e scrivono i dati sui transponder
applicati sulla merce in viaggio. Al fine di ridurre i costi
legati all‘installazione lungo la linea ferroviaria, è consigliato installare due transponder per vagone, in modo tale
che lungo la tratta un solo lettore garantisca l‘acquisizione
dei dati indipendentemente dal senso di marcia dei treni. Per garantire la tracciabilità, è sufficiente montare le
stazioni di lettura in luoghi strategici importanti, quali
stazioni o scambi ferroviari, e collegarli attraverso una rete
ethernet industriale.
I Transponder danno prova di forza
Attualmente sono in funzione con successo le prime installazioni per la tracciabilità del traffico merci con transponder RFID. harting Technologiegruppe ha
Luogo d‘installazione Tempo
affrontato una sfida particolare: transpondei transponder
Temperature nel
processo
Vagone
Scorie durante il
riempimento
1000 °C
120 °C
10 min
Raffreddamento
durante il trasporto
900 °C
80 °C
30 min
Raffreddamento durante
il viaggio di ritorno
ca. 300 °C
50 °C
60 min
Trasporto
Cicli per giorno: ca. 12
Lettura dei codici ID
Secondo le specifiche di progetto ad una
velocità di ca. 20 km/h
Temperature esterne
da –5 °C a + 40 °C
58
Fig. 2: Sotto la polvere delle scorie non è più quasi
visibile, ma continua a funzionare perfettamente.
Transponder HARfid montato su una carrozza ferroviaria.
harting tec.News 16 (2008)
Fig. 3: Prova di forza a 1000 °C – Scorificazione dell‘altoforno del
rame ed il HARfid vicinissimo.
Fig. 4: L‘HARfid LT 86 (HT) – il transponder per applicazioni ad alte
temperature.
der per alte temperature impiegati in un impianto per la fusione del rame. L‘integratore di sistema Marie-Bentz equipaggia i vagoni per il trasporto di scorie calde (figura 1)
con questi transponder. Sui transponder sono letti i codici
ID, provenienti da una misurazione di peso automatica, che
danno informazioni sulla concentrazione di rame rimasta
nelle scorie. Con questi dati viene migliorata decisamente
l‘estrazione del rame residuo dalle scorie. Oltre a ciò, viene
assicurato che venga utilizzato il carico massimo disponibile dei vagoni e al contempo che sia sempre disponibile
una capacità di trasporto sufficiente. L‘impiego della tecnologia RFID viene adattata alle specifiche esigenze del
cliente, e, in casi opportuni, sui transponder può essere
implementata anche la funzionalità di scrittura.
Gerhard Bentzien
Technical Manager
Marie-Bentz, Burgas
Jörg Hehlgans
Director Marketing & Sales, Mitronics
HARTING Technology Group
[email protected]
Pesatura di vagoni ferroviari in marcia
con rilevazione automatica dei dati
operativi in condizioni di temperatura
estreme
In condizioni ambientali particolari e tali da non
permettere l‘utilizzo di altri apparati, i transponder RFID harting prestano il loro servizio senza
problemi: nella scorificazione dell‘altoforno di rame
in Bulgaria troviamo un ambiente poco accogliente
(figura 3). In questo ambiente estremamente polveroso (figura 2) i transponder UHF passivi del tipo
HARfid LT 86 (HT) danno buoni risultati anche con
temperature elevate in prossimità delle scorie calde. Il design robusto a tenuta ermetica del carter,
nonché l‘utilizzo di materie plastiche caratterizzate
da un punto di fusione estremamente elevato, permettono ai transponder di funzionare giornalmente
24 ore su 24 senza problemi (figura 4).
Compito: l‘obiettivo del progetto era l‘implementazione di un sistema di pesatura, riconoscimento
automatico e tracciabilità del prodotto.
Messa in servizio: giugno 2007, fase di test fino
ad agosto 2007
Software: Marie-Bentz, Winscale ®
Applicazione: pesatura, statistica prodotti, identificazione, tempo di percorrenza dei vagoni
Vagoni: Capacità di carico 120 t lorde con vasca di
metallo rivestita in pietra murata
Prodotto: scorie di altoforno
Particolarità: Al riempimento si ha un traboccamento del vagone, pertanto lo spazio adibito al carico ha dovuto essere protetto sia dall‘alto che sui lati.
Durante lo svuotamento invece, le scorie schizzano
in tutte le direzioni in modo incontrollato, al fine di
non venire danneggiati i transponder sono stati avvolti in un tessuto d‘amianto. Per assicurare la corretta identificazione dei singoli vagoni, la distanza
in orizzontale tra i transponder ed i lettori deve
essere di ca. 5 mt, con una distanza minima di 1 m
tra i due transponder. Dal momento dell‘installazione i transponder montati sui vagoni delle scorie e
sulla locomotiva, funzionano senza problemi.
59
t e c . N e w s 1 6: E n t e r ta i n m e n t
Byoung-Jeen Jone, HeeSam Choi & Holger R. Dörre
Rivoluzione asiatica nei trasporti urbani
Nella Corea del Sud sta avvenendo un cambiamento radicale nel sistema dei trasporti urbani. Uno dei più importanti progetti nel paese è la metropolitana senza conducente Light Rail Train (LRT) della ditta sudcoreana Woojin
Industrial Systems che è destinata a sostituire gli attuali bus con conducente. Da molti anni harting è uno dei più
importanti partner della Woojin.
Al settore dei trasporti e della ferrovia è giustamente rivolta molta attenzione da parte del governo sudcoreano. Il
paese dell‘asia sudorientale, che occupa l‘ottavo posto nella
classifica dei paesi industrializzati, si sviluppa su pochi
agglomerati e, per motivi geografici, solamente sul 30%
della superficie nazionale. La Corea del Sud dispone già
oggi di un’ottima infrastruttura, ma a causa della rapida
crescita (5% all’anno circa) si ritrova però sempre ai limiti:
per esempio a Seoul e nei dintorni vivono circa 23 milioni
di abitanti, e ciò provoca notevoli problemi di traffico, soprattutto nelle ore di punta. Per questo motivo il lavoro di
sviluppo dell’infrastruttura assume un‘importanza sempre
maggiore.
Gli investimenti in questo campo cresceranno nei prossimi anni in maniera significativa. Le metropolitane sono
di estrema importanza per le reti urbane del “Paese del
Calmo Mattino”. Dal 2006 al 2010, secondo la società ferroviaria sudcoreana Korail, si spenderanno circa 2,1 miliardi
di Euro per nuovo materiale rotabile, mentre per il rinnovamento dei vagoni sono previsti per lo stesso periodo investimenti di circa 193 milioni di Euro. In questo contesto
riceve grande attenzione anche la nuova costruzione ed il
rinnovamento di stazioni e depositi ferroviari. Nel 2006
le spese d’importazione per veicoli su rotaia, componenti
e materiale rotabile ammontavano a circa 62 milioni di
Euro, quelle per dotazioni elettriche e di segnalamento
ferroviario a circa 15,7 milioni di Euro; per queste ultime
la Germania, con una percentuale del 30% circa, è stato il
più importante fra i paesi fornitori.
I punti chiave nel settore del traffico su rotaia sono l‘estensione della rete ad alta velocità (KTX e TTX), la forte espansione delle linee metropolitane nei grossi agglomerati urbani come Seoul e Busan, e lo sviluppo della ferrovia a
levitazione magnetica a bassa velocità con un budget di
circa 333 milioni di Euro fino al 2012. Per questi temi il
60
governo considera di primaria importanza lo sviluppo di
proprie tecnologie, ma si avvale anche della collaborazione
di aziende straniere, soprattutto nei settori che richiedono
tecnologie complesse.
I produttori sudcoreani, d’altra parte, hanno sferrato l‘offensiva anche sul fronte delle esportazioni: nel settore dei
trasporti i grandi produttori di tecnica ferroviaria sudcoreani Hyundai-Rotem e Woojin Industrial System si rivolgono al momento per la prima volta al mercato mondiale.
Prodotti di riferimento come il Light Rail Train vengono
perciò promossi e presentati più diffusamente possibile.
Negli anni passati la Korea Railway & Logistics Fair, la più
importante fiera specializzata sudcoreana per la tecnica
ferroviaria che si svolge ogni due anni, si è imposta come
principale vetrina nazionale. A Busan nel 2007 sono stati
presentati i prodotti di 150 espositori, il cui contingente
più numeroso proveniva dalla Germania. In questa fiera è
stato presentato fra l‘altro il Light Rail Train (LRT), anche
denominato Light Rail Vehicle (LRV).
Il Light Rail Train (LRT), costruito dall‘azienda sudcoreana
Woojin, è il risultato di un progetto di sviluppo del Korea
Railroad Research Institutes (KRRI) della durata di sette
anni e del costo di 51 milioni di US$. L’obiettivo era lo
sviluppo di un Korean Automated Guideway Transit System (K-AGT, sistema di trasporto a guida automatica) che
dovrà essere impiegato a Busan nel trasporto pubblico a
partire dal 2010, sostituendo altri mezzi di trasporto più
inquinanti, come ad esempio i bus. Si sta discutendo di un
progetto LRT anche per la capitale, Seoul.
L’LRT è stato sviluppato dal Korea Railway Research Institute (KRRI) in cooperazione con Woojin Industrial ­Systems
Co., Ltd., un partner stretto di harting Korea Ltd. La metropolitana è dotata di un sistema senza conducente com-
harting tec.News 16 (2008)
Fig. 1: La futuristica soluzione asiatica per il trasporto urbano: il treno
leggero su gomma “LRT“
pletamente automatico, ad alta sicurezza di esercizio ed
elevata velocità di trasporto.
Il veicolo metropolitano si contraddistingue inoltre per le
eccezionali caratteristiche di marcia in salita e di guida in
curva e per l’alta compatibilità ambientale. L’LRT è dotato
di ruote con pneumatici e viaggia in una corsia in cemento. In tal modo la costruzione è molto meno onerosa e in
particolare è possibile ridurre fortemente la sottostruttura
dei binari.
harting ha acquisito da anni una buona fama nell’ambito
dell’industria sudcoreana. I prodotti harting sono impiegati nel settore dei trasporti, nell’industria automobilistica e in quella meccanica, nonchè nel settore delle energie
rinnovabili, che si è sviluppato solo in tempi recenti. Come
consueto, anche per questo progetto harting fornisce una
tecnica di connessione innovativa e di alta qualità.
harting ha partecipato fin dall‘inizio allo sviluppo del
progetto fornendo supporto tecnico e tutti i componenti di
interconnessione, poiché è stata in grado di soddisfare gli
alti requisiti richiesti da un sistema di trasporto a guida
automatica. harting è fornitore delle seguenti soluzioni:
1. Il motore di trazione è equipaggiato con un connettore
Han® K3/2, per il collegamento del cavo di alimentazione. Una soluzione che permette di ridurre al massimo
lo spazio impiegato e, grazie alla tecnologia di collegamento a vite assiale, anche i tempi di manutenzione e
montaggio.
2. Custodie Han® 48 HPR con connettori Han® Coax tipo E,
rappresentano la soluzione più efficace per la connessio-
Fig. 2: Connessioni tra carrozze con connettore Han® Coax E
ne di segnali audio e video tra le carrozze, per il sistema
di informazione dei passeggeri
3. Per il sistema di informazione dei passeggeri all’interno del treno viene anche impiegato lo Switch Ethernet
ESC 67-10 TP05M.
4. I connettori da circuito stampato serie DIN 41 612 sono
stati impiegati sulle schede elettroniche del Sistema di
Controllo del Treno (TCS – Train Control System).
L’argomento principale per la scelta di harting come
partner preferenziale è stata la competenza nel settore,
il supporto tecnico in fase di sviluppo e l‘ampia offerta di
soluzioni complete a livello di prodotti. harting infatti, è
in grado di offrire sia prodotti di connessione convenzionali, che soluzioni estremamente evolute come connettori
o Switch per reti Ethernet per i sistemi di informazione
dei passeggeri, indispensabili per tutti i moderni veicoli
ferroviari.
Byoung-Jeen jone
General Manager R&D
Woojin Industrial Systems Co., Ltd - Seoul
HeeSam Choi
Business Manager Korea
HARTING Technology Group
[email protected]
Holger R. Dörre
Managing Director Korea
HARTING Technology Group
[email protected]
61
tec.News 16: Sicurezza
Jürgen Michaelis, Heinrich Schmettkamp & Udo Schoss
Soluzioni harting
per l‘energia eolica
Le nuove soluzioni adottate negli impianti per la produzione dell‘energia
eolica migliorano la resa e l‘efficienza dei sistemi, fattori importanti in
quanto l’energia eolica è destinata a diventare una tra le maggiori fonti
dell‘alimentazione energetica del futuro.
62
harting tec.News 16 (2008)
I gruppi di livello internazionale indicano oggi nell‘energia
eolica la direzione da seguire. Ciò risulta, non per ultimo,
dal volere politico di rivolgersi a fonti di energia alternative
al petrolio. Precisamente per questo motivo è necessaria la
presenza sul mercato di aziende in grado di realizzare impianti di grandi dimensioni. Per i prossimi anni si prevede
una crescita “a due cifre” della produzione di energia da
fonti alternative.
harting da lungo tempo è partner dell‘energia eolica e
sviluppa soluzioni innovative in stretta cooperazione con
produttori e fornitori. Tutti i sistemi harting realizzano le
richieste importanti nell‘industria dell‘energia eolica con
impieghi in campi di temperature tra -40°C e +80°C, garantendo un‘elevata sicurezza meccanica ed elettrica anche in
presenza di carichi di rotazione, vibrazioni e urti. Gli esempi
più recenti riguardano il sistema di accoppiamento ad anelli
del rotore e una scatola per le batterie di backup, sviluppato
sulla base di celle agli ioni di litio.
Parte 1: Sistema di accoppiamento ad anelli
Tra i componenti sostituiti regolarmente in un generatore
eolico ci sono i corpi degli anelli di accoppiamento, che costituiscono l‘interfaccia tra il mozzo (rotante) e la gondola
(statica).
Tramite il nuovo accoppiamento ad innesto si semplifica la
sostituzione del corpo dell‘anello e si riducono i tempi di
inattività del sistema. Nel caso di lavori di manutenzione il
corpo dell‘anello può essere sostituito senza intervenire nel
sistema di controllo del passo delle pale dell‘elica e senza
smontare i cavi di collegamento. Non sono necessari utensili
speciali. Durante il procedimento di accoppiamento la guida
viene realizzata da due robusti perni di acciaio inossidabile
all‘interno di due boccole in ottone. I collegamenti elettrici
vengono garantiti dal sistema di allineamento a telai flottanti con connettori harting serie Han-Modular®.
L‘accoppiamento ad anelli harting possiede, oltre all‘interfaccia elettrica, anche una protezione termica integrata dalle
elevate temperature dell‘olio che si sviluppano nella scatola
di riduzione. Questo accoppiamento ad anelli può essere implementato come retrofit anche negli impianti già esistenti.
L‘interfaccia tra la parte A e B (fig. 1) dell‘accoppiamento ad
anelli è protetta contro gli spruzzi d‘acqua secondo il grado
IP 65. La scatola è realizzata in fusione di lega d‘alluminio
anti-corrosione.
L‘interfaccia elettrica che trasmette il segnale per il controllo del passo nel mozzo, è realizzata con connettori serie
Han-Modular®. In questo modo vengono garantiti i collegamenti per l‘alimentazione trifase con moduli da 100 A, il
bus di controllo attraverso i moduli Han® Quintax (CAN bus
e fast Ethernet) e 24 segnali di ausiliari. I contatti ausiliari
possono essere ampliati fino a 34 poli utilizzando i nuovi
moduli Han® DDD (fig. 4).
L‘accoppiamento ad innesto viene fornito “chiavi in mano”,
comprensivo dei cavi di collegamento. Entrambi gli elementi
vengono prodotti e controllati separatamente. La parte A viene montata nel generatore eolico, la parte B viene collegata
al corpo dell‘anello. Il sistema è “plug and play”: al momento
della messa in funzione non si deve far altro che unire le
due parti. Si evitano così costose operazioni di cablaggio ed
assemblaggio sul campo (fig. 3).
Lo stesso vale per le operazioni di manutenzione. Dopo l’allentamento delle quattro viti, è possibile staccare il corpo
dell‘accoppiatore e montare quello nuovo. L‘impianto di ener3
Parte A
Parte B
Isolamento termico
(verso la scatola del riduttore)
Alloggiamento cuscinetto a sfera
(sul corpo dell’accoppiatore)
Fig. 1: Accoppiatore ad anello
63
tec.News 16: Sicurezza
gia eolica può essere riallacciato alla rete senza tempi di
inattività degni di nota. La riparazione del corpo dell’accoppiatore smontato avviene comodamente in stabilimento.
Nella fase di progettazione vengono già eseguite le simulazioni per l‘ottimizzazione del design. Gli elementi possono
essere progettati, in questo caso, su prototipi virtuali, in
relazione alla portata della corrente, alle vibrazioni oppure
alla stabilità. Nel caso dell‘accoppiamento ad innesto la progettazione è stata verificata e ottimizzata preliminarmente
tramite un calcolo degli elementi finiti.
Le geometrie dei carichi vengono simulate con un peso di
150 kg sull‘estremità del corpo dell‘accoppiatore (fig. 2). A
causa dei carichi durante la messa in funzione e la manutenzione, l‘intera struttura è stata progettata in maniera esuberante. Presso i laboratori di prova harting sono stati provati
meccanicamente i valori simulati in fase di progettazione ed
è stato verificata la robustezza e l‘idoneità del sistema.
Parte 2: Scatola batterie di backup (Akkubox)
– Fonte sicura di energia in caso di eventi
catastrofici
In caso di concomitanza di eventi catastrofici, come una forte
tempesta che causa un black out della corrente elettrica nella
zona di funzionamento dell‘impianto eolico e nell‘impianto
stesso, occore una fonte di energia sicura e sempre disponibile per portare le pale dell‘elica in posizione di sicurezza.
In tali casi il generatore eolico deve essere arrestato in un
tempo estremamente breve e le pale dell‘elica devono essere
posizionate “in bandiera” entro pochi secondi. Il funzionamento del sistema di regolazione del passo, in questi casi,
diventa di importanza vitale per la salvaguardia dell‘intero
impianto.
Ogni pala dell‘elica viene ruotata, in caso di emergenza, in
posizione neutrale. Solitamente sono necessari tre Akkubox
per ogni generatore eolico. Grazie alla struttura modulare,
l‘Akkubox può essere sostituito facilmente.
[mN/mm2]
Telaio Han-Modular® con elementi di guida.
Vista del connettore.
Moduli Han® DD per
il collegamento dei
24 contatti ausiliari
Fig. 2: Simulazione di carico con 150 kg
Connettore Han®-Quintax
per linea bus 2x4
Perno di allineamento in acciaio V2A
Mozzo
Scatola di riduzione
Gondola
Parte A
Verso la Top Box
Parte B
Corpo dell‘anello collettore
Fig. 3: Principio di funzionamento (posizione di lavoro)
64
Fig. 4: Telaio Han-Modular® con elem
harting tec.News 16 (2008)
Gli accumulatori di energia tradizionali, come gli accumulatori al piombo, non sono la soluzione ideale per applicazioni
che richiedono elevata affidabilità e lunghi periodi tra una
manutenzione e l‘altra. L‘Akkubox di harting invece, è composto da celle agli ioni di litio che, grazie alla loro forma
costruttiva, sono insensibili alle sollecitazioni meccaniche e
alle vibrazioni e non richiedono manutenzioni frequenti.
La scatola in robusta lamiera d‘acciaio verniciata con polvere
epossidica garantisce la protezione nel tempo dei componenti
dell‘apparato. I connettori harting impiegati per i collegamenti interni riducono il valore di resistenza elettrica complessiva a RI < 24 mOhm.
L‘Akkubox fornisce 180 A a 86,4 V nominali. Il sistema consente anche l‘utilizzo di altre tensioni e correnti. Monitorate
da un sistema di gestione della batteria (BMS), le 24 celle
agli ioni di litio, collegate in serie, sono in grado di fornire
energia di emergenza immediatamente, quando richiesto.
Un interruttore per alta corrente garantisce un inserimento monitorato dell‘energia al sistema di controllo del passo
dell‘elica.
La comunicazione con il controllo centrale avviene tramite
CAN Bus (connettore D-Sub a 9 poli). Per il monitoraggio e la
configurazione sono a disposizione altre interfacce. Lo stato
del BMS può essere rilevato in ogni momento tramite una
porta RS232 (connettore D-Sub a 9 poli). Con la funzionalità
hyperterminal, è possibile controllare da remoto lo stato di
ogni singolo accumulatore.
Il monitoraggio ridondante dello stato di carica di ogni singolo accumulatore avviene tramite una linea dedicata collegata al sistema centrale attraverso un connettore Han® 3A.
Il secondo connettore Han® 3A serve per l‘alimentazione a
24 volt dell‘intero sistema.
Nelle fasi di progettazione e sviluppo dell‘Akkubox, è stata
prestata particolare attenzione alle sollecitazioni causate da
vibrazioni e sbalzi termici, al fine di realizzare un prodotto
altamente affidabile anche in condizioni estreme e capace
di durare nel tempo. Le prove sono state eseguite presso i
laboratori harting, accreditati anche per effettuare test a
terze parti
Sono state seguite le seguenti prove di laboratorio:
Prova di vibrazione secondo DIN EN 60 068-2-6
Prova ad urto secondo DIN EN 60 068-2-27
Prova d‘urto secondo DIN EN 60 068-2-29
Prova di durata simulata secondo DIN EN 61 373
l
Telaio Han-Modular® con elementi di guida. Vista del connettore.
l
l
l
Boccola di guida MS
Modulo a vite assiale
Han® Power (100 A)
Guarnizione
(IP 65)
Jürgen Michaelis
Key Account Manager System Integration
HARTING Technology Group
[email protected]
Heinrich Schmettkamp
Project Manager VAB, Germany
HARTING Technology Group
[email protected]
Udo Schoss
Director Project Management VAB, Germany
HARTING Technology Group
[email protected]
menti di guida. Vista del connettore.
65
t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
66
harting tec.News 16 (2008)
Andre Beneke
Di nuovo una bella idea!
Non richiede più spazio di un collegamento a crimpare, è rapido e facile da usare ed assicura una connessione affidabile nel tempo: harting Han-Quick Lock® usa con successo la nuova tecnologia di collegamento a molla radiale per
connettori industriali. Han-Quick Lock® si presta in particolar modo per connettori ad alta densità, offrendo grandi
vantaggi rispetto ad altre tecnologie di connessione. Nessun‘altra tecnica è così semplice, rapida e poco ingombrante.
Per il montaggio basta avere a portata di mano un cacciavite.
I connettori industriali harting Han® sono ormai da anni
il punto di riferimento nel cablaggio professionale per la
qualità straordinariamente elevata e le numerosissime
possibilità d‘impiego. Le robuste interfacce sono impiegate
per il collegamento di segnali e potenza in settori industriali come la produzione automobilistica, o le macchine
utensili, ma si trovano anche su treni ed impianti eolici,
3
67
t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
L‘idea è partita dalle considerazione fatte sui vantaggi della
tecnologia a crimpare, con l‘obiettivo di facilitarne sensibilmente il collegamento. I connettori a crimpare offrono
infatti una elevata densità di contatto, ma richiedono un
utensile dedicato per la realizzazione del collegamento.
Altre tecnologie non richiedono utensili dedicati; per la
connessione a vite e a molla basta ad esempio un semplice
cacciavite, ma il numero di poli a parità di dimensione è
inferiore.
Han® PushPull Power 4/0 con connessione Han-Quick Lock®
ascensori, gru e macchine automatiche in generale. Ogni
singola applicazione presenta specifici requisiti in termini di dimensioni, grado di protezione e caratteristiche di
trasmissione elettrica.
Questi requisiti riguardano anche la tecnologia di collegamento del connettore. Le varie applicazioni richiedono
la scelta di soluzioni diverse. Per questo motivo, oltre alle
tecniche di connessione affermatesi da anni, harting ha
sviluppato un‘ulteriore opzione innovativa nella sua gamma di prodotti: il collegamento Han-Quick Lock®.
Piccolo ingombro
Lo spazio richiesto dalla tecnologia Han-Quick Lock® è
simile a quello delle versioni a crimpare. Il collegamento
e scollegamento del conduttore avviene con il solo ausilio
di un cacciavite. In più, questo collegamento di alta qualità presenta una resistenza alle vibrazioni paragonabile a
quella dei connettori a molla tradizionali.
Il principio che sta alla base dell‘Han-Quick Lock® è una
molla radiale. Una molla rotonda in acciaio inox stringe
radialmente i singoli trefoli del conduttore collegato intorno al bordo di un cono centrale. In tal modo si ottiene una
grande superficie di contatto del conduttore – il che rappresenta la premessa per una connessione elettrica di alta
qualità. Il design della molla garantisce la resistenza alle
vibrazioni richiesta in diverse applicazioni.
Il collegamento è molto facile da realizzare: il cavo viene
spellato ed inserito nella parte di collegamento del contatto
Han-Quick Lock®. Dopodiché l‘attuatore viene spinto giù
con un cacciavite, ed ecco fatto! Per riaprire la connessione
basta sollevare l‘attuatore con l‘ausilio di un cacciavite.
La posizione dell‘attuatore serve anche come controllo visivo dell‘avvenuta connessione. L‘attuatore termina a raso
con il corpo isolante, in modo da poter controllare a vista
se tutti i collegamenti sono fissati. L‘inserimento del cavo
nella parte di collegamento richiede pochissima forza, garantendo che anche trefoli fini possano essere inseriti nel
contatto senza piegarsi.
Han® Q 12 con connettore PE Han-Quick Lock®
68
harting tec.News 16 (2008)
Controllo ottimale
Lo stesso conduttore può essere collegato più volte. Le forze
di ritenzione del cavo sono paragonabili a quelle dei connettori a molla tradizionali. Una limitazione è data però
per i cavi rigidi. Questi non possono essere collegati con
Han-Quick Lock®.
Attualmente harting offre Han-Quick Lock® per sezioni di
cavo da 0,5 mm2 a 2,5 mm2. Versioni per altre sezioni di
cavo sono in preparazione. I primi prodotti disponibili con
tecnologia Han-Quick Lock® sono Han® PushPull Power 4/0,
Han® 4 A e Han® Q 5/0. Il PushPull Power 4/0 è un connettore di potenza compatto con tecnologia di collegamento PushPull, che offre 4 contatti di potenza più terra per
16 A 400 V. Questo connettore è particolarmente adatto per
l‘integrazione diretta in apparecchiature di automazione.
Resistenza alle vibrazioni
Han® 4 A e Han® Q 5/0 sono già da anni affermati sul mercato, ma erano finora disponibili rispettivamente con una
sola tecnica di connessione (a vite, Han® 4 A e a crimpare,
Han® Q 5/0. Oltre ai contatti di lavoro, anche il collegamento
del cavo di terra è realizzato con tecnologia Han-Quick Lock®,
rendendo questi prodotti particolarmente resistenti alle
vibrazioni. Naturalmente le versioni Quick Lock sono compatibili con i tipi esistenti a vite e a molla
Anche il nuovo Han® Q 12, connettore con 12 contatti a
crimpare, offre il contatto di terra con collegamento Quick
Lock®.
Prossimamente saranno inoltre disponibili i seguenti prodotti con connessione Han-Quick Lock®: Han® 7 D, modulo
Han® DD e modulo Han® EE. La nuova tecnologia di connessione non trova perciò applicazione solo in connettori
particolarmente compatti, ma nell‘intero programma modulare della harting. Anche l‘Han® Q 8/0 Quick Lock tra
poco offrirà per la prima volta la possibilità di collegare in
campo un prodotto della serie Han-Compact senza l‘utilizzo di utensili dedicati.
Han® Q 5/0 con connessione Han-Quick Lock®
Con l‘impiego di connettori con tecnologia di connessione Han-Quick Lock® potranno essere utilizzati connettori
molto compatti anche nelle applicazioni che richiedono
modifiche a cura del cliente che non dispone di speciali
utensili dedicati.
In linea di principio, Han-Quick Lock® è adatto ad una
molteplice varietà di applicazioni. I vantaggi sono evidenti
sia nella tecnologia dell‘automazione sia nell‘ingegneria
meccanica. Nell‘ambito delle ferrovie o anche in impianti
eolici è di particolare importanza soprattutto la resistenza
alle vibrazioni. Lo stesso vale per l‘impiego in connettori
utilizzati su motori elettrici.
Sul sito www.harting.com potrete un video demo che illustra la nuova tecnologia di connessione harting Han-Quick
Lock®. Nel video è illustrato dettagliatamente come collegare e scollegare un cavo. Una ripresa radiografica raffigura,
sulla base di una situazione reale, come avviene il contatto
dei singoli trefoli.
Andre Beneke
Director Product Marketing
Han® Industrial Connector, Electric
HARTING Technology Group
[email protected]
69
tec.News 16: Leadership tecnologica
Dr. Achim Brenner
Simulazione di proprietà
elettromeccaniche in un connettore
elettronico
Le simulazioni meccaniche ed elettro-termiche accoppiate sono in grado di supportare il processo di sviluppo, per
ottenere in tempi brevissimi un prodotto ottimale. L‘obiettivo è di anticipare le esigenze di mercato e di sviluppare
applicazioni ottimali con elevato beneficio per i clienti.
I mercati e le esigenze di mercato cambiano rapidamente.
Gli standard tecnici sono in continua evoluzione e vengono sviluppate sempre nuove applicazioni. Ed è proprio in
questo contesto che harting deve essere in grado di reagire
rapidamente ai desideri dei clienti se non addirittura anticiparli in modo tale da lanciare tempestivamente prodotti
adeguati sul mercato. Oltre alla tradizionale produzione di
campioni ed al Rapid Prototyping, la simulazione va assumendo un ruolo sempre più importante per lo sviluppo di
prodotti. L‘obiettivo della simulazione è quello di dare una
completa rappresentazione computerizzata del prodotto: è
il prototipo virtuale che successivamente ispira gli sviluppatori di software.
Obiettivi
Quali sono gli elementi da considerare per un connettore?
Facilità dell‘inserzione, ottimo contatto per l‘intera durata
in vita e capacità di trasmettere correnti elevate senza superare le temperature massime specificate – sono questi
i requisiti base richiesti ad un buon design. Nel presente
caso si tratta di un connettore ad inserzione diretta, cioè le
molle di contatto contattano direttamente il circuito stampato. Si presume che lo spessore della scheda rientri in
determinate tolleranze – in questo caso lo spessore varia
tra 1,44 mm e 1,76 mm.
Per garantire un ottimo contatto elettrico, alla fine della
durata in vita la forza di contatto non deve essere inferiore
70
a 0,5 N. Ciò deve essere garantito anche per lo spessore
minimo della scheda. Un‘elevata forza normale del contatto comporta anche elevate forze di inserimento dovute
all‘attrito. Nel caso di connettori a molti contatti le forze del
singolo contatto si sommano rapidamente raggiungendo
una forza complessiva praticamente ingestibile per l‘utilizzatore, e ciò può comportare anche una forte sollecitazione
meccanica delle schede. L‘obiettivo era di limitare la forza
massima di inserimento a valori inferiori a 100 N. Dopo la
progettazione meccanica si voleva controllare la portata di
corrente di una versione high-power.
Il design della molla 1 –
Progettazione di massima
Anche se i moderni strumenti CAE consentono di risolvere facilmente problemi geometrici non lineari, tenendo in
considerazione le proprietà elastiche e plastiche del materiale – all‘inizio vi è sempre una valutazione analitica
approssimativa delle proprietà elastiche che non considera
gli effetti non lineari, ma che generalmente si avvicina già
molto alla realtà. La figura 1 illustra la geometria della
molla di contatto.
La molla presenta una sezione rettangolare. Poiché si tratta
di un pezzo lavorato a stampo viene presupposta una larghezza di molla costante “w”. L‘altezza della molla “h” può
essere realizzata invece in modo variabile. Per evitare deformazioni plastiche della molla reale, la tensione massima
harting tec.News 16 (2008)
Fig. 1: Geometria della molla
della fibra superficiale anche ad un allungamento massimo
deve essere il più possibile sotto il limite di snervamento
Rp0,2.
Se si specifica il modulo di elasticità E, la forza normale
F, la lunghezza della molla l, la larghezza della molla w e
la funzione dell‘altezza della molla h(x), per mezzo del momento flettente M(x) e del momento di inerzia superficiale
I(x) si potrà calcolare la linea elastica y(x) e l‘andamento
della tensione di fibra superficiale σ(x).
3
71
Tensione [MPa]
tec.News 16: Leadership tecnologica
Le figure 2 e 3 mostrano una funzione speciale dell‘altezza
di molla e le curve di tensione pertinenti (tensione di fibra
superficiale) per tre diversi spessori di scheda a circuiti
stampati.
Per la tensione di fibra superficiale sarebbe ottimale se
l‘altezza della molla diminuisce fino a zero nel punto di
contatto. Nella pratica ciò non è possibile per vari motivi.
La curva della tensione rappresentata nella figura 3 mostra
come è stato possibile ottenere una tensione di fibra superficiale costante da x=0 (radice della molla) fino a x=4,75
tramite l‘ottimizzazione della funzione dell‘altezza molla
h(x). Più avanti la curva della tensione di fibra superficiale
cala poiché non è consigliabile scendere sotto un‘altezza
minima di hmin=0,25 mm.
Il design della molla 2 – Precisione FEM
Dopo aver definito i parametri geometrici tramite osservazioni analitiche preliminari, si potrà passare alla progettazione dettagliata. I materiali della molla di contatto
purtroppo non sono puramente elastici. Già a basse tensioni si verificano piccole deformazioni plastiche. Dati precisi
di tensione-deformazione rilevati dalla prova di trazione
sono la premessa per determinare eventuali deformazioni
permanenti della molla. Possono essere considerati anche
effetti provocati da grandi allungamenti della molla ed il
x [mm]
Fig. 3: Andamento ottimizzato della tensione di fibra superficiale
conseguente spostamento del punto di contatto, nonché
cambiamenti della rigidità della molla causati dai materiali di rivestimento (con uno spessore del materiale di
200 µm un rivestimento al nichel di 10 µm non può essere
trascurato). Per mezzo di calcoli 2D sono state apportate
le ultime ottimizzazioni geometriche. I risultati più precisi
sono stati ottenuti dalle simulazioni 3D concludenti del processo di inserimento. La figura 6 mostra la distribuzione
della tensione sul contatto in stato inserito.
L‘analisi della figura 6 mostra che anche con uno spessore massimo della scheda si rimane sufficientemente al di
sotto del limite di snervamento del materiale.
Il design della molla 3 –
Teoria e pratica convergono
In teoria non c‘e differenza tra la teoria e la pratica, ma in
pratica c‘è. – questa citazione non dovrebbe naturalmente
Forza [N]
h (x) [mm]
Simulazione
Simulazione Segnale
di contatto sotto
Misurazione Contatto
di segnale n. 1
Percorso [mm]
Fig. 2: Esempio di una funzione di altezza molla h(x)
72
Fig. 4: Confronto Simulazione / Misurazione
(forza normale, contatto singolo)
harting tec.News 16 (2008)
Andamento della corrente
(zona di collegamento)
I=I(?)
simulazione elettrica
statica o transiente (effetto pellicolare ...)
Distribuzione della corrente
I=I(?,?)
simulazione termica
effetto Joule, conduzione termica, radiazione
termica
simulazione delle correnti
convezione
Distribuzione della temperatura
T=T(?,?)
Fig. 5: Calcolo della temperatura del componente come problema
accoppiato
valere per i moderni strumenti CAE. Per questo motivo,
dopo la fase di design viene controllato la corrispondenza
a quanto previsto. Perché ogni modello rappresenta pur
sempre solo una rappresentazione semplificata della realtà
e se la precisione della predizione si rivela insufficiente,
dovranno essere inclusi eventualmente ulteriori effetti nella simulazione. La misurazione della forza normale ha dimostrato che gli scostamenti sono piccoli – la progettazione
del contatto è terminata, almeno per la parte meccanica.
La progettazione meccanica rappresenta una procedura
standard ed una discrepanza indicherebbe piuttosto un
errore grossolano all‘inserimento dei dati che un vero problema di modello.
Mantenere i nervi saldi
Per molti connettori attuali sono disponibili versioni per
correnti elevate. Oltre al funzionamento standard i progettisti devono sempre considerare la condizione peggiore.
Come si comporterà il connettore termicamente se tutti
i contatti di alta corrente sono alimentati contemporaneamente?
Il calcolo della temperatura del componente ad un‘alimentazione di corrente specificata non è triviale. Viene
calcolata l‘intensità di corrente nei contatti. Insieme alla
conduttività, questa intensità di corrente determina l‘effetto Joule. Questo calore viene ceduto all‘ambiente tramite
conduzione termica, convezione ed irradiazione. L‘emanazione di calore dipende dalla temperatura del componente e
continua a salire finché l‘intero calore prodotto dall‘effetto
Fig. 6: Simulazione di inserimento con distribuzione della tensione
(ROSSO ca. 540 MPa )
Joule può essere ceduto. Considerato che molti dati relativi ai materiali dipendono dalla temperatura, il problema
elettrico, termico e di corrente (convezione) deve essere
risolto se possibile simultaneamente. In questo contesto si
parla di calcoli accoppiati o di multifisica. Nella fig. 5 sono
illustrate le interazioni.
La figura 7 mostra solo una parte del modello di simulazione. Non sono stati rappresentati tutte le linee di alimentazione ed il corpo isolante – ciò rappresenta tra l‘altro
un grande vantaggio della simulazione. Possono essere
rappresentate zone del prodotto che sono difficilmente accessibili con la tecnica di misurazione. L‘alimentazione di
corrente era in questo caso di 12 A. Diventa molto evidente
che in questo caso la scheda a circuiti stampati rappresenta il fattore limitante. Con la simulazione è stato possibile
comprovare che il connettore soddisfa le specifiche di portata di corrente.
Temperatura [°C]
Temp. contatto max. 85 °C
Temp. pista max. 91 °C
Temperatura ambiente 20 °C
Corrente 12 A
Fig. 7: Temperatura del componente ad una corrente di 12 A
Dr. Achim Brenner
Director Simulation Technique
HARTING Technology Group
[email protected]
73
tec.News 16: Sicurezza
74
harting tec.News 16 (2008)
Hans Langaas
Racconti di vita subacquea
Le condizioni di esercizio di apparecchiature tecnologiche a grandi profondità sono particolarmente gravose: gli
apparati attivi come gli switches devono garantire il funzionamento anche a 300 m di profondità. Grazie alle caratteristiche di assoluta affidabilità, FMC Technologies di Houston, U.S.A. produttore di sistemi offshore, ha deciso di
utilizzare lo switch harting mCon 7050-A nei propri Sistemi di Controllo Ricondizionamento e nei Sistemi di Trivelle
Riserless per l‘estrazione del petrolio e del gas nel Mare del Nord.
Questi sistemi verranno utilizzati sia nei progetti realizzati
nel Mare Norvegese che negli impianti off-shore in altre
parti del mondo.
FMC Technologies fornisce sistemi completi per l’estrazione del gas e del petrolio, come per esempio alberi sottomarini, manifolds, cavi di alimentazione e sistemi di controllo
della produzione. I templates con i manifolds devono essere
montati sul fondo marino e devono essere collegati alle
piattaforme di estrazione.
Progetti come questi sono da considerare delle vere e proprie sfide dal punto di vista tecnico poichè tutte le parti
dell‘impianto devono essere sviluppate in totale conformità alle sempre più severe norme ISO sulle prescrizioni di
sicurezza, al fine di garantire la più elevata affidabilità
e un funzionamento preciso anche in condizioni ambientali estreme. Per rendere possibile tutto ciò FMC utilizza
componenti harting che hanno già dimostrato la loro resistenza in altre applicazioni e in condizioni ambientali
estreme. FMC ha deciso di utilizzare componenti standard,
che hanno già dimostrato di avere un‘elevata compatibilità
con componenti di altri produttori. FMC utilizza switches
Ethernet in moduli di controllo sottomarino per la raccolta
dei dati dai rilevatori e per il controllo dell’equipaggiamento impiegato per intervenire sulle teste dei tubi montanti
installati nei punti di perforazione. Questi switches comunicano con uno switch centrale in superficie, attraverso
una connessione in fibra ottica. FMC, dopo rigorosi test
effettuati nei propri laboratori, ha deciso di utilizzare lo
switch harting mCon 7050-A, in quanto supporta standard di comunicazione compatibili con apparati di diversi
fornitori, garantendo la perfetta funzionalità dell‘intero
sistema.
L‘utilizzo di questi sistemi inizierà nel 2009, dando un contributo importante per la realizzazione di un sistema di
estrazione efficiente del petrolio grezzo e del gas naturale
in impianti nuovi ed esistenti.
FMC Technologies è uno dei produttori leader nella fornitura di sistemi sottomarini, compresi alberi sottomarini,
controlli, manifolds e sistemi di allacciamento. L‘azienda
lavora in stretta collaborazione con i propri clienti per sviluppare tecnologie, al fine di sfruttare in modo ottimale
i giacimenti petroliferi. Inoltre FMC offre servizi di engineering e di supporto, come per esempio engineering
di sistema, flow assurance, flow measurement e project
management.
Il “Template” è una struttura fissa che comprende un certo numero di “Manifold”. Un
“Manifold” è una pipeline che raccoglie il
petrolio dal relativo pozzo o inietta acqua marina nel pozzo per spingere fuori il petrolio.
Hans Langaas
Product Manager ICPN, Norway
HARTING Technology Group
[email protected]
75
t e c . N e w s 1 6 : E f f i c i e n z a g r a z i e a l l’a u t o m a z i o n e
Thomas Wolting
La tecnologia Power Bus riduce i costi
Il decentramento delle funzioni delle apparecchiature con interfacce standardizzate permette una notevole riduzione
dei costi. Con l‘impiego della topologia bus per l‘alimentazione elettrica, questo sviluppo può essere portato avanti
conseguentemente. harting supporta questa tendenza con i nuovi componenti Han-Power®.
L‘evoluzione della topologia dei sistemi tecnologici ha imboccato una direzione chiara: riduzione dei componenti
e delle ridondanze, cioè eliminazione dell‘installazione a
stella per la trasmissione di segnali e potenza. Finora ogni
motore veniva collegato con il proprio cavo di alimentazione direttamente al quadro di comando. Tutte le linee,
sensori ed attuatori, erano cablati in parallelo.
Per l‘installazione centralizzata di convertitori di frequenza vengono impiegati costosi cavi speciali con schermatura
ottimizzata. Pur essendo cari, questi cavi sono tecnicamente necessari. Gli svantaggi di questa topologia sono
evidenti: gli elevati costi complessivi ed il rilevante ingombro delle installazioni convenzionali sono i motivi che
spingono verso una tecnologia d‘installazione decentrata,
come ad esempio già avviene sui sistemi automatici di selezione delle merci (nastri trasportatori). Unità di controllo
motore intelligenti sono montate direttamente sulla macchina o sull‘impianto convogliatore. I prodotti della serie
Han-Power®, sviluppati dal Gruppo Tecnologico harting,
supportano questa nuova filosofia d‘installazione.
Architettura decentrata
L‘elemento essenziale di una nuova strategia di cablaggio
è un sistema power bus che consenta di collegare più di
una “utenza” ad una linea di alimentazione, rispettando
pur sempre tutte le norme nazionali ed internazionali relative.
Un connettore compatto e robusto deve soddisfare i requisiti in materia di numero di contatti, tensione e portata di
corrente. Gli standard per questo tipo di connettori sono
riportati nella norma ISO 23 570.
76
Sulla base di queste esigenze, harting ha dato vita ad una
nuova gamma di prodotti: la serie Han-Power®. Si distinguono due soluzioni: una per la distribuzione di energia a
struttura lineare ed una seconda per la distribuzione di
energia in un sistema più complesso. Per la prima situazione la harting offre Han-Power® S. I prodotti Han-Power® S
permettono di realizzare “prelievi” di energia senza interruzioni della dorsale.
La soluzione per sistemi più complessi impiega prodotti
della serie Han-Power® T. L‘intera linea di alimentazione
viene suddivisa in vari segmenti parziali, ma la connettibilità dell’Han-Power® T permette un collegamento elettrico
rapido dei moduli di macchina o dell‘impianto. Entrambe le soluzioni offrono indiscussi vantaggi e la scelta tra
Han-Power® S e Han-Power® T dipende solo dall‘applicazione. Le soluzioni Han-Power® T sono particolarmente efficienti in grandi sistemi, ad esempio in una linea di trasferimento modulare. Entrambe le opzioni offrono all‘operatore
brevi tempi d‘installazione ed efficienza delle connessioni
nel tempo.
Serie Han-Power®
Con l‘impiego di questa nuova serie di prodotti è possibile sostituire i dispositivi di protezione. Un quadro di
comando per tecnologia d‘installazione decentrata risulta
più piccolo, permettendo di sfruttare meglio e con positivi
ritorni economici lo spazio dell‘installazione. Il quadro di
comando ottimizzato per installazione decentrata contiene
quindi solo il dispositivo di protezione ed un elemento di
alimentazione della linea di dorsale.
harting tec.News 16 (2008)
Han-Power® T Modular Twin
La gamma Power T della comprende una versione che si
distingue per la particolare flessibilità: Han-Power® T
Modular Twin. Si tratta di un Power T che offre come interfaccia il connettore Han-Modular® Twin. Questa nuova
custodia può ospitare due moduli della serie modulare: uno
per la trasmissione di potenza ed uno per la trasmissione
di segnali. In tal modo possono essere trasmesse correnti
fino a 40A con tensioni di 400/690V. Allo stesso tempo
sono disponibili fino a 17 contatti per segnali, potendo beneficiare, ad esempio, di un circuito integrato che rileva se
tutti i connettori di un sistema sono inseriti. L‘Han-Power®
Modular Twin è molto versatile e può essere adattato alle
specifiche applicazioni del cliente. La combinazione di
Per il caso in cui due utenze siano molto vicine, i Power T
utilizzati possono essere collegati direttamente tra di loro.
Anche i cavi di sistema utilizzati sono concepiti in modo
che per ogni prolunga di cavo richiesta, i connettori possono essere collegati direttamente tra di loro. Oltre ai cavi di
sistema preconfezionati, il cliente potrà realizzare anche
dei cavi personalizzati, senza richiedere utensili dedicati.
Han-Power® S
La linea di alimentazione viene posata senza tenere conto
dell‘unità di controllo motore decentrata. La deviazione
viene realizzata con un Han-Power® S in modo da non interrompere la linea di alimentazione.
Il cavo di alimentazione viene spellato e posizionato
nell‘Han-Power® S. I conduttori isolati sono inseriti nel
morsetto a perforazione d‘isolante che, attraverso viti,
vengono spinti tra le forchette di contatto, ottenendo così
un collegamento rapido ed affidabile nel tempo. I morsetti
IDC (a perforazione d‘isolante) si trovano così a gestire
solo la corrente diretta all‘alimentazione dell’ “utenza” decentrata.
Han-Power® T Modular Twin con staffa di bloccaggio della leva,
a protezione di aperture accidentali.
segnale e potenza in un unico connettore offre all‘utente
varie soluzioni di flessibilità nell‘applicazione.
All‘uscita cavo viene utilizzata “solo” la connessione di
energia, equipaggiando la scatola dell‘Han-Modular Twin
con un modulo di potenza e sostituendo il modulo di segnale con un modulo dummy. Lo scenario inverso può essere
utilizzato per la distribuzione dei segnali.
Questa soluzione a “bus di potenza” risulta particolarmente vantaggiosa per l‘utente durante l‘installazione e la manutenzione degli impianti. Sono infatti disponibili versioni
per diverse sezioni di cavo fino a 10 mm2 e versioni con
custodia in metallo per le applicazioni più gravose.
Thomas Wolting
Product Manager Han® Industrial Connector,
Electric
HARTING Technology Group
[email protected]
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t e c . N e w s 1 6: E n t e r ta i n m e n t
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harting tec.News 16 (2008)
Jens Grunwald
Pronto, unità mobile!
I grandi enti radiotelevisivi sono clienti esigenti e chiunque ha a che fare con SAT.1, RTL , ProSieben, WDR, viva,
ZDF, ARD, Premiere o altri deve garantire perfette tecniche di illuminazione, e soluzioni per il palcoscenico. Connex
Elektrotechnische Stecksysteme GmbH, Oldemburgo, è uno dei fornitori più esperti al mondo. In questo contesto,
harting Technik fornisce sistemi di controllo e trasmissione dati ad alta velocità – in particolare per le trasmissioni
dal vivo dall‘unità mobile.
La trasmissione di dati e di segnali di controllo deve risultare sicura ed affidabile soprattutto in ambienti difficili e
particolarmente dinamici, che peraltro rappresentano la
normalità nello show-business. I sistemi devono fornire
suono ed immagini di alta qualità e supportare affidabilmente sistemi di controllo del suono, dell‘illuminazione
e delle telecamere di alta precisione. Le moderne tecnologie fanno uso di fibre ottiche per due motivi: i sistemi
a fibre ottiche soddisfano i molteplici requisiti di quelle
applicazioni che prevedono la trasmissione dei segnali su
lunghe distanze e richiedono eccellenti proprietà di compatibilità elettromagnetica per l‘uso nella matrice audio
(immagine) e nella matrice intercom (suono). La velocità
di trasmissione dati è aumentata notevolmente con l‘introduzione della tecnologia HDTV: dove un tempo venivano
utilizzati cavi coassiali in rame, oggigiorno sono richieste
linee di trasmissione efficienti ed affidabili su base ottica
anche per distanze più corte. Per i segnali di comando e
di potenza continuano ad essere utilizzati i cavi in rame.
L‘ente internazionale Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) ha certificato uno standard che
regolamenta questo sistema di connettività ibrida. Questo
standard è riconosciuto in tutto il mondo garantendo la
totale compatibilità dei connettori (sia in rame che in fibra)
3
79
t e c . N e w s 1 6: E n t e r ta i n m e n t
presenti nell‘unità mobile per tutti i sistemi di telecamere,
apparecchi di registrazione, stage box, trasmissioni di segnali HDTV e dispositivi di sicurezza.
Elaborazione degli standard
La SMPTE è un‘associazione internazionale per l‘industria televisiva e cinematografica professionale, con sede
a ­White Plains, New York. La SMPTE è stata fondata nel
1916 (allora come Society of Motion Picture Engineers,
SMPE) per promuovere lo sviluppo di norme e standard, la
ricerca e le attività commerciali nonché la comunicazione
e la formazione professionale nel mondo delle immagini in
movimento, che è in così rapida evoluzione. Generalmente
non è l‘associazione stessa ad elaborare gli standard. Agisce, invece, come forum e centro di documentazione. Quasi
tutti i produttori nel settore della tecnologia di film e video
ne sono membri. Pertanto, gli accordi documentati dalla
SMPTE, insieme alle norme dell‘Unione Internazionale
delle Telecomunicazioni ITU e quelle dell‘ANSI (American
National Standards Institute), costituiscono la base per
questo settore tecnologico.
Le morsettiere sono state fino ad oggi la soluzione scelta per il cablaggio di potenza e controllo sul retro delle
apparecchiature installate nelle unità mobili. In caso di
guasto uno specialista doveva modificare manualmente
il cablaggio nell‘unità mobile, richiedendo molto tempo e
lunghe interruzioni nelle trasmissioni dal vivo, soprattutto nell‘ambito dei sistemi di telecamere. L‘osservatore o lo
spettatore non si accorgeva di nulla perché in questi casi i
produttori commutavano su altri sistemi di telecamere. Nel
backstage i lavori erano invece enormi. Inoltre, l‘elevata
sensibilità ai disturbi limitava drasticamente il campo di
intervento della regia.
Il ripetuto montaggio e smontaggio dell‘unità mobile, in
occasione di trasmissioni di eventi sportivi o di altro tipo,
comporta un‘elevata sollecitazione dell‘intero materiale.
Il funzionamento deve essere garantito sempre, anche in
condizioni ambientali sfavorevoli come pioggia, freddo,
caldo, polvere o fango.
Con il nuovo impiego di moduli Fiberfox FCM-Ethernet
con connettori PushPull della harting per potenza e controllo sul retro dei moduli rack da 19“, è stata ridefinita
l‘intera infrastruttura delle unità mobili. L‘intero cablaggio
in rame sul retro delle apparecchiature, il montaggio e
l‘installazione dei moduli rack 19“ per il collegamento in
rete di segnali e potenza nell‘unità mobile possono essere
realizzati adesso attraverso una struttura decentrata in
tipologia a stella o lineare.
Largo spettro
Il sistema Fiberfox offre un vasto spettro di possibilità.
Dal semplice pannello di collegamento alla struttura modulare altamente flessibile l‘utente potrà scegliere il sistema adatto alle sue specifiche esigenze. Mentre i campi di
connessione 19“ supportano principalmente l‘impiego rack
convenzionale, i componenti FCM offrono svariate opzioni:
Fig. 1: Modulo Ethernet Fiberfox FCM con connettori PushPull per potenza e comando della harting
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harting tec.News 16 (2008)
funzionamento stand-alone, montaggio rack, outlet-box ...
quasi tutto è realizzabile. I moduli possono essere sostituiti facilmente per soddisfare esigenze a breve termine,
garantendo un elevato livello di ridondanza ed evitando
lavori di montaggio protratti nel tempo o tempi di inattività. Con l‘uso del connettore SC duplex a fibra ottica
ed i cavi patch SC in fibra ottica della harting sul retro
delle apparecchiature, la soluzione è compatibile pressoché
con tutti i sistemi comuni. Questo è solo uno dei motivi
perché il sistema Fiberfox-FCM che usa i moduli Ethernet
Fiberfox FCM ed i connettori PushPull harting in versione
IP 65 / IP 67 ha le migliori possibilità di avanzare allo
standard internazionale per le unità mobili, gli studi e le
trasmissioni dal vivo. L‘utilizzo dei connettori PushPull dà
inoltre vita ad ulteriori possibilità di impiego multifunzionali. Devono essere sostituiti semplicemente gli elementi
di contatto PushPull.
Spazio minimo
La forma stretta e compatta dei moduli rack 19“ permette
di installare, in uno spazio ridottissimo, un grande numero di moduli rack 19“ adiacenti, secondo il principio
modulare. In più offrono ulteriori opzioni di distribuzione e connessione. Per quanto concerne il collegamento,
i connettori PushPull pre-assemblati eliminano completamente il pericolo di cablaggi errati e permettono
un cablaggio del sistema sul retro secondo il principio
„plug and play“. Il sistema PushPull soddisfa tutti i re-
Fig. 2: Modulo Ethernet FCM impiegato nell‘unità mobile di Top Vision
quisiti previsti da SMPTE, in termini di sicurezza del
sistema di ritenzione senza custodie o elementi di fissaggio, polarizzazione degli inserti, grado di protezione
IP 65 / IP 67 e protezione dei contatti.
I connettori PushPull sono utilizzati nei moduli di trasmissione Fiberfox-FCM per la tensione di alimentazione (Power
5 A / 250 V AC) e per i controlli (Control 1 A / 48 V DC).
Il cablaggio sul retro del telaio in precedenza realizzato
manualmente e dispendiosamente (tensione di alimentazione, segnali di comando nell‘armadio elettrico oppure nel
rack 19“) tra moduli di trasmissione Fiberbox-FCM ed altre
apparecchiature, come convertitori o interfacce, adesso fa
parte del passato. E per quel che riguarda la tecnologia
di trasmissione e comando dei media – questa è una vera
rivoluzione.
Jens Grunwald
Area Sales Manager Germany
HARTING Technology Group
[email protected]
Fig. 3: Pannello di mixaggio nell‘unità mobile di Top Vision
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t e c . N e w s 1 6: E n t e r ta i n m e n t
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harting tec.News 16 (2008)
Tom Egil Svartsund
I connettori Han® vanno
all‘opera
Nel centro di Oslo sorgerà un nuovo simbolo architettonico: il nuovo
teatro dell‘opera. La rinomata Opera norvegese DEN NORSKE OPERA
(DNO) utilizzerà il teatro a Bjøvika, nel centro di Oslo, come nuova
sede per le proprie rappresentazioni. harting fornirà i connettori
industriali serie Han® ed i relativi cablaggi, per il sistema audio e di
illuminazione dell‘intera struttura.
3
3
83
t e c . N e w s 1 6: E n t e r ta i n m e n t
La componente centrale del progetto di risparmio energetico è l‘utilizzo della più recente tecnica ad energia solare.
Il lato sud dell‘edificio, rivolto verso il porto, è dotato di
un impianto fotovoltaico integrato nella facciata. Si tratta
dell‘impianto solare più grande della Norvegia, con una
rendita di circa 20.600 kWh all‘anno.
Fig. 1: Palcoscenico principale dell‘Oslo Opera House
Il nuovo teatro dell‘opera di Oslo è qualcosa
di speciale per la città: l‘edificio, la tecnologia impiegata e non per ultimo l‘interesse
pubblico che attira su di sé. Sono numerosi
gli architetti che hanno partecipato al concorso per il progetto. Nella gara si è imposto lo studio architettonico internazionale
Snøhetta AS. Il teatro dell‘opera comprende
in totale 1100 locali su una superficie di
38.500 m2 e ha creato posti di lavoro per
600 dipendenti. Ci saranno tre sale per
concerti; la sala principale con 1356 posti a
sedere, il teatro 2 con 440 posti e un locale
per prove con altri 200 posti. Il budget per
il progetto ammonta a 3,3 miliardi di corone
norvegesi (400 milioni di euro). L‘edificio è
stato terminato per il capodanno 2007/2008
e la rappresentazione per l‘inaugurazione
solenne è prevista per il 12 aprile 2008.
MIGLIORE EFFICIENZA ENERGETICA
La società immobiliare statale STATSBYGG,
che realizza il teatro dell‘opera su ordine
del Ministero della Cultura e della Chiesa
(KKD) norvegese, ha puntato alla massima
riduzione possibile del consumo energetico
del complesso edilizio, aderendo al progetto
europeo “ECO culture”, che promuove tecnologie energicamente efficienti per edifici ad
uso culturale in tutta Europa.
84
Il progetto di promozione “ECO culture” comprende anche il dimensionamento ottimale e l‘automatizzazione dei
sistemi tecnici dell‘intero edificio. Lo scopo è di ridurre
in modo massiccio il consumo totale di energia impiegata
per illuminazione, ventilazione, riscaldamento e condizionamento. Per l‘Opera di Oslo, tutte le attenzioni per il
risparmio energetico utilizzate, producono un risparmio
annuale di 75 kWh/m2, che corrisponde a circa il 25 per
cento del consumo totale.
Sistema audio e di illuminazione
II teatro dell‘opera di Oslo disporrà di uno dei palcoscenici
più moderni del mondo, sul quale i registi e agli allestitori di scena posso esprimere la loro creatività in maniera
molto flessibile. Per far questo è stato necessario installare
sistemi audio e di illuminazione con diverse varianti. In
totale, sui palcoscenici, sono stati posati più di 12.000 metri di cavi, mentre altri 120.000 metri di cavi sono impiegati per gli impianti di illuminazione dell‘intera struttura.
Sopra al palcoscenico
principale si innalza
la torre scenica alta
35 metri che permette
anche arrangiamenti
di scena estremamente complicati.
Tramite le ditte Elpag AS, YIT Building
Systems e Satema,
harting fornisce i
connettori industriale serie Han® ed i cablaggi integrati per
il sistema acustico e
di illuminazione del
teatro dell‘opera. I
componenti sono in
parte pre-assemblati
Fig. 2: Sistema di illuminazione
harting tec.News 16 (2008)
per facilitarne e per accelerarne l‘installazione. Di essi fanno parte in particolare le
unità per le incastellature delle macchine di
scena e i quadri elettrici di controllo e distribuzione dell‘energia all‘interno dell‘edificio.
I cavi elettrici (fig. 3) per il collegamento dei
proiettori e per il controllo dell‘illuminazione
sono stati realizzati dalla filiale harting in
Olanda.
Il progetto ricopre importanza nazionale, in
quanto l‘interesse del pubblico norvegese in
questo settore della cultura è estremamente
elevato. Per questo motivo, sia harting che
le altre imprese coinvolte nel progetto, sono
altamente motivate nel fornire massimo supporto e le migliori tecnologie disponibili. Grazie alla sua esperienza pluriennale diretta e
con le maggiori imprese di riferimento nel campo della
installazione di connessioni per sistemi acustici e di illuminazione, harting si è imposta come fornitore preferenziale.
I partner
Dal 1946, la Elpag AS, fornitore di sistemi acustici e di
illuminazione, è uno dei fornitori di riferimento per allestimento di sistemi di illuminazione di studio e di scena.
Tra i suoi clienti si annoverano teatri, comuni, fondazioni
culturali e imprese private. L‘impresa norvegese realizza
attività di progettazione, di gestione, di progetto e di montaggio. Nei cinquant‘anni passati, Elpag ha diretto e realizzato i progetti di più di 900 installazioni nel settore degli
studi di registrazione e di teatro. DEN NORSKE OPERA
non è tuttavia solo il progetto più grande, ma anche il più
prestigioso, a cui Elpag ha collaborato negli anni passati.
L‘impresa di installazione YIT è il principale fornitore norvegese per le installazioni tecniche in edifici civili. YIT
offre soluzioni complete per tutte le installazioni tecniche
elettriche, idriche e di ventilazione. Entrambe le imprese
menzionate mettono in evidenza la collaborazione di successo con harting e le caratteristiche uniche per qualità e
prestazioni dei suoi prodotti.
Il contributo di harting
harting è un nome di riferimento nel settore dei componenti per impianti audio e di illuminazione, dice Per Sjø-
Fig. 3: Cablaggio fornito da Elpag AS
moen di Elpag AS. “Perciò la scelta del partner idoneo non
è risultata difficile. Siamo stati convinti dalla qualità dei
prodotti e dalle prestazioni dei servizi. Ci è piaciuta anche
la flessibilità mostrata nelle realizzazioni di semilavorati.
La possibilità, inoltre, di poter disporre di connettori con
custodie di colore nero è stata per noi una novità, apprezzata molto positivamente anche dal cliente.”, aggiunge Sjømoen: “Il nero è il colore assolutamente di moda nell‘industria
acustica e dell‘illuminazione.”
Il responsabile dell‘installazione di YIT Building Systems,
Erik Norderud, indica il vantaggio nell‘utilizzo di connettori industriali con leve di aggancio di qualità elevata,
che possono essere manovrate con sforzi ridotti in modo
semplice e veloce e, in caso di necessità, possono essere
sostituite direttamente sul campo. Gli impianti di illuminazione si trovano spesso in luoghi di difficile accesso e
gli elementi di collegamento non vengono sempre trattati
con accuratezza. Anche la robustezza e la facilità di manutenzione sono punti di vantaggio importanti per i prodotti
harting.
Tom Egil Svartsund
Product Manager Cabling, Norway
HARTING Technology Group
[email protected]
85
tec.News 16: fiere
HARTING
Partecipazione a fiere 2008
21.04. - 25.04.08
24.04.08
07.05. - 11.05.08
12.05. - 15.05.08
13.05. - 17.05.08
20.05. - 22.05.08
20.05. - 23.05.08
26.05. - 29.05.08
16.06. - 19.06.08
17.06. - 20.06.08
28.06. - 30.06.08
09.09. - 13.09.08
12.09. - 16.09.08
15.09. - 19.09.08
16.09. - 18.09.08
22.09. - 25.09.08
23.09. - 26.09.08
24.09. - 26.09.08
24.09. - 27.09.08
25.09. - 28.09.08
30.09. - 03.10.08
01.10. - 03.10.08
01.10. - 03.10.08
07.10. - 10.10.08
14.10. - 15.10.08
14.10. - 17.10.08
21.10. - 23.10.08
28.10. - 01.11.08
11.11. - 14.11.08
13.11. - 18.11.08
25.11. - 27.11.08
02.12. - 05.12.08
86
Germania, Hannover, Hannover Messe 2008
Belgio, Antwerpen, VIK Industrial Automation Days
Malesia, Kuala Lumpur, MTA 2008
UK, Birmingham, IFSEC 2008
Brasile, São Paulo / SP, Feira da Mecânica
Italia, Torino, ExpoFerroviaria
Slovacchia, Nitra, MSV Nitra
Norvegia, Lillestrøm, Eliaden 2008
Nord America, Las Vegas, NV, NXTcomm
Singapore, Singapore, Communic Asia 2008
Cina, Beijing, Wind Power Asia
Germania, Husum, Wind Trade Fair in Husum
Olanda, Amsterdam, IBC 2008
Repubblica Ceca, Brno, MSV Brno
Svizzera, Zürich, Focus Technologie Forum
Germania, Stuttgart, Motek 2008
Germania, Berlin, innotrans 2008
Spagna, Zaragoza, PowerExpo
Brasile, Curitiba / PR, EXPOMAC
India, Mumbai, Automation 2008
Olanda, Utrecht, Aandrijftechniek
Finlandia, Jyväskylä, Tekniikka 2008
Russia, Moscow, PTA 2008
Austria, Linz, VIENNATEC
Belgio, Brussel, MOCON
Slovacchia, Trenčín, ELOSYS
Nord America, Santa Clara, CA, AdvancedTCA 2008
Spagna, Madrid, Matelec
Germania, München, electronica
Spagna, Madrid, Rail Forum
Germania, Nürnberg, SPS/IPC/Drives
Russia, Moscow, Electricheskiye seti Rossii
harting tec.News 16 (2008)
87
Austria
HARTING Ges. m. b. H.
Deutschstraße 19, A-1230 Wien
Phone +431/6162121, Fax +431/6162121-21
E-Mail: [email protected]
Belgium
HARTING N.V./S.A.
Z.3 Doornveld 23, B-1731 Zellik
Phone +322/4660190, Fax +322/4667855
E-Mail: [email protected]
Brazil
HARTING Ltda.
Av. Dr. Lino de Moraes, Pq. Jabaquara, 255
CEP 04360-001 - São Paulo - SP - Brazil
Phone +5511/5035-0073, Fax +5511/5034-4743
E-Mail: [email protected]
Internet: www.HARTING.com.br
Great Britain
HARTING Polska Sp. z o. o.
ul. Kamieńskiego 201-219, 51-126 Wrocław
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