Piattaforme di connettività nelle applicazioni industriali

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1 Piattaforme di connettività nelle applicazioni industriali Gli ambienti di produzione industriale presentano rischi in termini di pulizia, umidità e picchi di temperatura molto significativi e si rivelano potenzialmente pericolosi in molteplici altri modi. I punti salienti per il successo di un applicazione in ambito industriale sono: la salvaguardia dai danni ai componenti elettronici sensibili; la progettazione di soluzioni per la cattura di dati e la distribuzione in rete che siano semplici e durature; e l utilizzo di componenti che possano essere integrati in modo semplice e rapido. Cavi e connettori Gli schemi di cablaggio e connessione in ambito industriale devono poter resistere alle condizioni estreme di caldo, freddo e umidità ed essere sufficientemente sicuri da non subire disconnessioni o danni accidentali nel corso delle operazioni quotidiane. Lo standard industriale attuale per cavi e connessioni è un connettore circolare a tenuta ermetica, come l M12. Lo standard IEC (International Electrotechnical Commission, Commissione Elettrotecnica Internazionale) per i connettori M12 li descrive come connettori fissi e liberi con chiusura a vite. Questo tipo di connettore è largamente impiegato da produttori come Turck, Lumberg, Phoenix Contact e Molex. I fornitori di soluzioni per l automazione industriale, come Microscan, Sick e Datalogic, offrono una gamma di cavi e connettori i quali solo in parte si rivelano particolarmente adatti alle applicazioni industriali. I prodotti per l industria di Microscan sono tradizionalmente dotati di cavi e connettori D-sub (D-subminiature), ma con l introduzione della piattaforma di connettività industriale QX, Microscan è passata a una piattaforma che si avvale di connettori circolari a chiusura ermetica con tecnologia Ultra-Lock. Microscan MS-820 con connettore D-sub Prima: i connettori D-sub sono più adatti per componenti hardware e periferiche di computer che per ambienti industriali rigidi. Microscan QX-830 con connettore M12 Ultra-Lock ORA: i connettori Ultra-Lock non solo sono più resistenti alle difficili condizioni industriali, ma sono anche facili e veloci da assemblare. Connettori Ultra-Lock e connettori a vite Esistono numerosi tipi di connettori circolari, molti dei quali sono identificati dal prefisso M seguito dal diametro del connettore in millimetri (M8, M12, M23). I set di cavi con questi tipi di connettori possono essere utilizzati per gli alimentatori o per il trasporto di segnali di comunicazione e corrente tra i dispositivi. Microscan ha scelto il tipo di connettore Ultra-Lock per la propria piattaforma di connettività QX per motivi di velocità, semplicità di utilizzo e tenuta stagna. I connettori Ultra-Lock sono classificati secondo il grado di protezione IP69K, ovvero possono sopportare condizioni di immersione a pressione e temperatura elevate. Sono costituiti di acciaio inossidabile di grado elevato con portacontatti in plastica in grado di tollerare alte temperature. Il vantaggio principale del sistema Ultra-Lock è che sono necessarie solo due operazioni per ogni punto di connessione: (1.) allineare il connettore e i fori della presa; (2.) spingere il connettore in posizione senza ruotarlo, altrimenti si rischia di piegare i pin. Un altro vantaggio dei connettori Ultra-Lock è che sono indipendenti dall operatore. Questo significa che non rischiano di essere serrati eccessivamente o in modo insufficiente, condizioni che rappresentano un problema comune nei connettori a vite e che minano la tenuta della resistenza all umidità. CHIUSURA RADIALE ULTRA-LOCK Indipendente dall operatore. Chiusura affidabile, a tenuta stagna e a pressione costante. SERRAGGIO INSUFFICIENTE La chiusura a compressione assiale è incompleta e permette all umidità di penetrare e creare corti circuiti. SERRAGGIO ECCESSIVO La chiusura a compressione assiale può danneggiarsi permettendo all umidità di penetrare. Un altro vantaggio dell adozione dello schema di connessione Ultra-Lock da parte di Microscan è che le prese Ultra-Lock dei lettori e dei dispositivi di connessione accettano i connettori a vite, permettendo così di scegliere se usare connettori Ultra-Lock o connettori a vite. Ultra-Lock è un marchio di Woodhead/Molex. Copyright 2008 Microscan Systems, Inc. 1

2 Lettori e accessori di interfaccia Quando si installa una rete di scanner e dispositivi di interfaccia in un impianto industriale, è importante utilizzare componenti le cui assegnazioni di pin siano stabilite in modo da evitare errori di comunicazione e danni alle apparecchiature. La progettazione della rete svolta dagli ingegneri dell automazione risulta enormemente semplificata quando i componenti sono progettati in modo da risultare logici, sistematici e facili da implementare. Lo scanner compatto QX-830 Microscan per uso industriale è un esempio di scanner con una metodologia di assegnazione dei pin molto semplice. I connettori facilmente individuabili sul retro dell unità possono essere usati per ricevere e convogliare alimentazione e anche per inviare e ricevere dati e comandi. Il connettore A sul retro dell unità QX-830 è una spina a 12 pin (maschio). Connettori QX-830 Il connettore B è una presa a 12 pin (femmina) nei modelli di scanner RS-232, e una presa a 8 pin nei modelli Ethernet. Assegnazioni dei pin dei connettori dei lettori Come illustrato nei diagrammi e nelle tabelle di assegnazione dei pin in basso, i connettori QX-830 sono progettati per facilitare la trasmissione di alimentazione e segnali di dati nel modo più netto possibile. Da un punto di vista pratico, significa che lo schema di connessione elimina la possibilità di corto nei cavi e di disturbi nei segnali. L uniformità nel design di spine e prese (il connettore A è sempre una spina, mentre il connettore B è sempre una presa), nonché le stesse assegnazioni dei pin sono intese ad aiutare gli ingegneri dell automazione a evitare questi seri contrattempi nella rete. Connettore A QX-830 Spina M12 a 12 pin (Maschio) 9 Host RxD 10 Host TxD 2 Alimentazione 7 Massa 1 Trigger 8 Ingresso comune 3 Predefinito 4 New Master 5 Uscita 1 11 Uscita 2 6 Uscita 3 12 Uscita comune Connettore B QX-830 (Seriale) Presa M12 a 12 pin (Femmina) 9 Porta 2 TxD/Porta 1 RTS 10 Porta 2 RxD/Porta 1 CTS 2 Alimentazione 7 Massa 1 Trigger 8 Ingresso comune 3 Terminato 4 Ingresso 1 5 Porta 3 422/485 TxD (+) 11 Porta 3 422/485 TxD ( ) 6 Porta 3 422/485 RxD (+) 12 Porta 3 422/485 RxD ( ) Connettore B QX-830 (Ethernet) Presa M12 a 8 pin (Femmina) 1 Terminato 2 Terminato 3 Terminato 4 Porta 4 TX ( ) 5 Porta 4 RX (+) 6 Porta 4 TX (+) 7 Terminato 8 Porta 4 RX ( ) 2 Copyright 2008 Microscan Systems, Inc.

3 Accessori di interfaccia La semplicità dello schema dei connettori e dei circuiti di ciascun pin della piattaforma di connettività QX di Microscan è integrata dalla flessibilità del dispositivo di interfaccia accessorio. Sebbene le prese M12 del dispositivo di interfaccia QX-1 rispecchino fisicamente quelle dello scanner QX-830, queste non dispongono di assegnazioni di pin esplicite. La tecnologia QX-1 consente di convogliare alimentazione e comunicazioni in base alle esigenze dell applicazione. I connettori 1 e 3 sono spine a 12 pin, mentre il connettore 2 è una presa a 12 pin. Ai tre connettori è possibile assegnare il trasporto di alimentazione e dati in base alle esigenze dell applicazione. I due interruttori al centro del dispositivo consentono di veicolare i segnali secondo necessità. Connettore trigger QX-1 Presa a 4 pin (femmina) V Trig/NM/Ingresso 1 2 Comune 3 Massa 4 Trigger Dispositivo di interfaccia QX-1 Il diagramma semplice a sinistra illustra il modo in cui è possibile veicolare l alimentazione, le comunicazioni e i segnali di I/O e trigger attraverso il dispositivo QX-1 in base alle esigenze dell applicazione. Gli interruttori aumentano notevolmente la flessibilità di routing dei segnali. COM.-I/0 ALIMENT. TRIGGER Comunicazioni - I/O - Alimentazione - Trigger in QX-1 Copyright 2008 Microscan Systems, Inc. 3

4 Routing delle porte I vantaggi fisici offerti dall instradamento e dalla commutazione flessibile dei segnali sono ulteriormente accresciuti dal routing delle porte, che può essere ottenuto con il software ESP di Microscan. Il flusso di dati tra porte può essere definito dall utente. L immagine riportata in basso mostra le quattro porte per comunicazioni opzionali dell unità QX-830 e le impostazioni che è possibile configurare per ciascuna porta. Le porte 1, 2 e 3 sono porte seriali (RS-232 e RS-422). La porta 1 è sempre attiva. Le porte 2 e 3 possono essere attivate o disattivate in base ai requisiti fisici dell applicazione. La porta 4 è una porta Ethernet e può essere anch essa attivata o disattivata in base alle esigenze. Per ciascuna di queste tre porte seriali è possibile configurare opzioni quali velocità in baud, parità, bit di stop, bit di dati, output dati dei simboli, informazioni supplementari sui simboli (decodifiche prima dell output, output di posizione dei simboli, ecc.), output di diagnostica e modalità di elaborazione fonte esterna (comandi o dati). Per la porta Ethernet è possibile configurare opzioni quali indirizzo IP, subnet mask, gateway, modalità di indirizzo IP (porta TCP principale o secondaria), output dati dei simboli, informazioni supplementari sui simboli, output di diagnostica e modalità di elaborazione fonte esterna. 4 Copyright 2008 Microscan Systems, Inc.

5 Soluzioni per applicazioni Gli esempi riportati di seguito dimostrano in che modo è possibile installare i componenti descritti nelle pagine precedenti in ambito industriale. Multidrop Le reti Multidrop sono impiegate nelle applicazioni in cui è necessario decodificare simboli in più posizioni nell ambito di un processo industriale. Spesso gli scanner sono posizionati in stazioni disposte lungo il percorso di produzione e i dati di questi scanner vengono indirizzati verso un concentratore multidrop da dove verranno poi inviati a un host. Un esempio di questo tipo di applicazione è il confezionamento di generi alimentari, in cui i dati relativi ai numeri parte sono raccolti e registrati durante tutto il processo di confezionamento. Concentratore Multidrop Daisy Chain Le configurazioni Daisy Chain sono impiegate in applicazioni quali il confezionamento di prodotti, dove spesso i singoli articoli presentano più simboli. Ad esempio, per un imballaggio con un simbolo sul lato superiore e uno sul fianco sono necessari almeno due scanner posizionati in modo da decodificare entrambi i simboli. Nell esempio in basso, uno scanner è posizionato al di sopra della linea di conveyor mentre un secondo scanner è posizionato su un lato della linea. I due scanner funzionano essenzialmente come un unico scanner e i dati vengono inviati dallo scanner principale all host. CLP Flusso di processo Verso l'alimentatore Copyright 2008 Microscan Systems, Inc. 5