ANDON - Tabelloni per processi industriali

Andon è un termine tecnico in uso nella produzione industriale. La parola andon è in giapponese il nome di un antico tipo di lanterna fatta di carta, ma nel linguaggio di fabbrica indica un pannello o quadro di controllo. L'andon è, in pratica, uno strumento di controllo visivo diretto sul processo produttivo, utilizzato per fermare la linea in caso d'anomalia. La versione tradizionale del tabellone Andon contiene una fila di numeri che si illuminano per segnalare lo stato dell’area di lavoro. Se non ci sono problemi, la luce è verde. Quando l’operaio ha bisogno dell’intervento di un responsabile preme un pulsante per accendere la luce gialla. Se è necessario bloccare la linea preme il pulsante relativo alla luce rossa. Nel metodo di produzione giapponese, i lavoratori sono incoraggiati a fermare la linea in caso di necessità, perché lo si ritiene indispensabile per raggiungere i criteri di Qualità Totale da conseguire. Così l'Andon è passato a a rappresentare un

sistema di controllo della Qualità Totale.  

 

I tabelloni Andon sono indispensabili quando quando vi è l'esigenza di monitorare costantemente i dati di produzione e gli eventi connessi e poterli chiaramente leggere da medie e lunghe distanze (fino a 300 metri). È fondamentale dove vi è la necessità di tenere informati in tempo reale tutti gli operatori di un determinato reparto riguardo lo stato di un processo ed evidenziare eventuali anomalie od emergenze.La visibilità a grandi distanze, l’alta luminosità dei LED, il forte impatto visivo e la solidità della struttura sono le caratteristiche che lo differenziano da un tradizionale monitor.

display andon per monitoraggio pezzi prodotti

Ogni "Tabellone Andon" viene costruito sulla base di esigenze specifiche del cliente assemblando moduli standard disponibili in varie grandezze. I moduli possono essere di tipo numerico per la visualizzazione di soli dati numerici e di tipo alfanumerico per lettere e numeri. Possono essere previsti anche indicatori luminosi che con la loro accensione indicano una particolare situazione e scritte fisse che aiutano una migliore comprensione dei dati visualizzati. Le scritte fisse possono essere realizzate in serigrafia o con pellicola vinilica adesiva (generalmente di colore bianco). Alcuni esempi di dati visualizzabili sono:

Programmi di produzione Obiettivi da raggiungere Allarmi Errori di linea Coefficienti di produzione e rendimento Numero pezzi prodotti Messaggi fissi e scorrevoli Orario e data correnti Numero giorni senza infortuni Energia consumata-prodotta-risparmiata

 

Il tabellone Andon si può integrare in un processo di produzione collegando i vari moduli di cui si compone a macchine industriali, computer o PLC tramite i seguenti tipi di ingresso: seriale RS232/422/485, parallelo binario 8 bit, contatti puliti N/A, BCD parallelo o multiplexato, in tensione (0-10V, 0-5V, 1-5V), in corrente (4-20 mA, 0-20 mA).

Può essere interfacciato ad uno o più PC e PLC in rete o direttamente a strumenti e sensori analogici con i più diversi tipi di connessione:

RS232 RS422

RS485

Ethernet

Wi-Fi

BCD (Binary Coded Decimal)

BCH (Binary Coded Hexadecimal)

Ingresso parallelo 8 bit a codifica binaria

Ingresso analogico in tensione 0-10V

Ingresso analogico in corrente 4-20mA

Contatti puliti N/A

Radiomodem

Radiocomando manuale

GSM tramite l'invio di SMS

GPRS via Internet

Inoltre il tabellone può anche essere provvisto di più interfacciamenti diversi ta loro, cioè uno per ciascuno dei moduli/campi di cui è composto (campi numerici, alfanumerici, allarmi acustici, ecc.).

Il tabellone Andon non ha, a differenza delle altre tipologie di display, caratteristiche predefinite standard. Viene infatti prodotto praticamente in maniera “personalizzata”, in base alle sempre diverse esigenze dei clienti, assemblando diversi moduli chiamati “moduli base”.

I moduli base disponibili si distinguono per:

tipo di dati visualizzati:

dati numerici codici alfanumerici

messaggi fissi

messaggi scorrevoli

segnalazioni luminose

segnalazioni acustiche

grandezza e quindi distanza di lettura:

I moduli numerici sono disponibili con le seguenti altezze dei digit:

Cm. 5,6 leggibile da circa 15-20 metri;

Cm. 15 " " " 45-60 metri;

Cm. 23 " " " 69-92 metri;

Cm. 32 " " " 96-128 metri;

Cm. 47 " " " 141-188 metri.

I moduli alfanumerici sono disponibili con le seguenti altezze:

Cm. 3, leggibile da circa 9-12 metri;

Cm. 5, " 15-20 metri;

Cm. 8, " 24-32 metri;

Cm. 11, " 33-44 metri;

Cm. 16, " 48-64 metri;

Cm. 20, " 60-80 metri.

I moduli semaforici sono disponibili con le seguenti grandezze:

Cm. 8x8, percepibile da circa 40 metri;

Cm. 11x11; “ 55 metri;

Cm. 16x16; “ 80 metri;

Cm. 20x20. “ 100 metri.

Per progettare la configurazione del tabellone più idonea alle proprie esigenze è opportuno porsi i seguenti interrogativi:

Quanti campi variabili deve visualizzare il tabellone? Per ciascun campo: deve visualizzare solo numeri o solo lettere, o entrambi?

Per ciascun campo: quanti numeri/lettere devono essere visualizzati?

Da che distanza massima devono essere leggibili i dati visualizzati dal tabellone?

Come si desidera interfacciare il tabellone? (RS232, RS485, Ethernet, BCD, 8 bit, 0-10V, 4-20mA, Contatti N/A etc.);

I campi devono essere tutti dello stesso colore (es. rosso) o si desiderano colori diversi? (rosso, verde, giallo, blu);

Si vogliono delle scritte fisse a fianco dei campi variabili? (es.: pezzi prodotti, obbiettivo, scarti, fermate, etc.);

Deve essere installato in un ambiente chiuso o in esterno?

Sono presenti nell’ambiente polveri o vapori aggressivi?

Che tipo di alimentazione è disponibile? (12V, 24V, 110V, 220V, filtrata o meno);

C’è un ingombro massimo che il tabellone non deve superare?

Qual è la disposizione più opportuna per i diversi campi?

Possono essere costruiti con una protezione adeguata per essere installati all'esterno esposti agli agenti atmosferici (IP43) o con un grado di protezione maggiore per i casi in cui siano destinati in ambienti più critici, per esempio in locali dove vengono usati forti getti di acqua anche dal basso verso l'alto (IP65) oppure in un capannone industriale dove ci sono vapori acidi molto aggressivi.

Per quanto riguarda le caratteristiche dei singoli moduli di cui i "Tabelloni Andon" possono essere composti, rimandiamo alla descrizione di alimentatori, display ad una riga, di quelli a righe multiple e dei visualizzatori numerici.

Il codice BCD nei display

La codifica Binary-coded decimal (BCD) è un modo comunemente utilizzato in informatica ed elettronica per rappresentare le cifre decimali in codice binario.

In questo formato ogni cifra di un numero è rappresentata da un codice binario di quattro bit, il cui valore è compreso tra 0 (0000) e 9 (1001). Le restanti sei combinazioni possono essere usate per rappresentare simboli. Per esempio il numero 127 è rappresentato in BCD come 0001, 0010, 0111.

Poiché i computer memorizzano i dati in byte di otto bit, è possibile memorizzare una cifra per byte e riempire i restanti quatto bit con zeri o uno (come nel codice EBCDIC), oppure mettere due cifre per byte, modalità chiamata packet BCD. I numeri packet BCD normalmente terminano con un codice di segno, solitamente 1100 per il + e 1101 per il meno. La cifra 127 si rappresenta 11110001, 11110010, 11110111 in EBCDIC e 00010010, 01111100 in packet BCD.

Sebbene il BCD comporti un notevole spreco di bit (circa 1/6 di memoria inutilizzata in packet BCD), in alcuni casi è preferibile perché ha una diretta corrispondenza con il codice ASCII. È sufficiente infatti sostituire i primi quattro bit inutilizzati con 0011 per ottenere il corrispondente ASCII.

Il codice BCD è molto usato in elettronica, specialmente in circuiti digitali privi di microprocessore, perché facilita la visualizzazione di lunghe cifre su display a sette segmenti, infatti ad ogni display fisico corrisponde esattamente una cifra. Esistono appositi circuiti integrati che effettuano la conversione da BCD nella corrispondente sequenza di accensione dei segmenti. Anche l'esecuzione di semplici calcoli aritmetici è più semplice da effettuarsi su cifre BCD per circuiti logici combinatori.

L’impiego dei LED

LED è l'acronimo di Light Emitting Diode (diodo ad emissione luminosa).Il primo LED è stato sviluppato da Nick Holonyak Jr. nel 1962.

Il dispositivo sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori per produrre fotoni a partire dalla ricombinazione di coppie elettrone-lacuna. Gli elettroni e le lacune vengono iniettati in una zona di ricombinazione attraverso due regioni del diodo drogate con impurità di tipo diverso, e cioè di tipo n per gli elettroni e p per le lacune. Il colore della radiazione emessa è definito dalla distanza in energia tra i livelli energetici di elettroni e lacune e corrisponde tipicamente al valore della banda proibita del semiconduttore in questione.

I LED sono uno speciale tipo di diodi a giunzione p-n, formati da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato. Quando sono sottoposti ad una tensione diretta per ridurre la barriera di potenziale della giunzione, gli elettroni della banda di conduzione del semiconduttore si ricombinano con le lacune della banda di valenza rilasciando energia sufficiente da produrre fotoni. A causa dello spessore ridotto del chip un ragionevole numero di questi fotoni può abbandonarlo ed essere emesso come luce.I LED sono formati da GaAs (arseniuro di gallio), GaP (fosfuro di gallio), GaAsP (fosfuro arseniuro di gallio), SiC (carburo di silicio) e GaInN (nitruro di gallio e indio).L'esatta scelta dei semiconduttori determina la lunghezza d'onda dell'emissione di picco dei fotoni, l'efficienza nella conversione elettro-ottica e quindi l'intensità luminosa in uscita.

Anche se è cosa poco nota, i LED sono "macchine reversibili", infatti se la loro giunzione viene esposta direttamente ad una forte fonte luminosa o ai raggi solari, ai terminali appare una tensione, dipendente dall'intensità della radiazione e dal colore del led in esame (massima per il Blu). Questa caratteristica viene abitualmente sfruttata nella realizzazione di sensori, per sistemi di puntamento (inseguitori solari) di piccoli impianti fotovoltaici o a concentratore.

Utilizzo

I primi LED erano disponibili solo nel colore rosso. Venivano utilizzati come indicatori nei circuiti elettronici, nei display a sette segmenti e negli optoisolatori. Successivamente vennero sviluppati LED che emettevano luce gialla e verde e vennero realizzati dispositivi che integravano due LED, generalmente uno rosso e uno verde, nello stesso contenitore permettendo di visualizzare quattro

stati (spento, verde, rosso, verde+rosso=giallo) con lo stesso dispositivo.

Negli anni 90 vennero realizzati LED con efficienza sempre più alta e in una gamma di colori sempre maggiore fino a quando con la realizzazione di LED a luce blu non fu possibile realizzare dispositivi che, integrando tre LED (uno rosso, uno verde e uno blu), potevano generare qualsiasi colore.

I LED in questi anni si sono diffusi in tutte le applicazioni in cui serve avere elevata affidabilità, lunga durata ed elevata efficienza. Alcune delle principali sono:

cartelloni a messaggio variabile nei telecomandi a infrarossi

indicatori di stato (lampade spia)

retroilluminazione di display LCD

nei semafori e negli "stop" delle automobili

illuminazione

Impiego nell'illuminazione

I LED sono sempre più utilizzati in ambito illuminotecnico in sostituzione di alcune sorgenti di luce tradizionali. Il loro utilizzo nell'illuminazione domestica, quindi in sostituzione di lampade ad incandescenza, alogene o fluorescenti compatte (comunemente chiamate a risparmio energetico), è oggi possibile con notevoli risultati raggiunti grazie alle tecniche innovative sviluppate nel campo. Attraverso i nuovi studi, infatti, il rendimento quantita di luce/consumo è stato calcolato di un minimo di 3 a 1. Fondamentalmente il limite dei LED per questo tipo di applicazione è la quantità di luce emessa (flusso luminoso espresso in lumen) che nei modelli di ultima generazione per uso professionale si attesta intorno ai 180 lm ma che nei modelli più economici raggiunge solo i 20 lumen. Per paragone, una tradizionale lampadina ad incandescenza da 60 W emette un flusso luminoso totale di circa 550 lumen. Inoltre i LED più luminosi sono ancora quelli a luce fredda con resa cromatica relativamente bassa.

Il loro utilizzo diventa invece molto più interessante in ambito professionale dove il rendimento di 15-180 lm/W li rende una sorgente appetibile. Come termine di paragone basti pensare che una lampada ad incandescenza ha rendimenti di circa 20 lm/W, mentre una alogena di 25 lm/W ed una fluorescente lineare fino a 104 lm/W.

Dal punto di vista applicativo i LED sono ad oggi molto utilizzati quando l'impianto di illuminazione deve avere le seguenti caratteristiche:

miniaturizzazione colori saturi

effetti dinamici (variazione di colore RGB)

lunga durata e robustezza

valorizzazione di forme e volumi

I vantaggi dei LED dal punto di vista illuminotecnico sono:

lunga durata di funzionamento (LED ad alta emissione arrivano a circa 50.000 ore) nessun rischio di surriscaldamento

assenza di costi di manutenzione

elevatissimo rendimento (specie se paragonati a lampade ad incandescenza/alogene)

luce pulita, priva di componenti IR e UV

facilità di realizzazione di ottiche incorporate nella stessa plastica

estrema flessibilità di installazione per i punti luce

colori saturi (emissioni pressochè monocromatiche)

possibilità di un forte effetto spot (sorgente quasi puntiforme)

funzionamento in sicurezza perché a bassissima tensione (normalmente tra 1,3 e 4 Vcc)

accensione a freddo (fino a -40°C) senza problemi

insensibilità a umidità, urti e vibrazioni

assenza di mercurio

Colori

I LED convenzionali sono composti da vari materiali inorganici che producono i seguenti colori:

AlGaAs - rosso ed infrarosso GaAlP - verde

GaAsP - rosso, rosso-arancione, arancione, e giallo

GaN - verde e blu

GaP - rosso, giallo e verde

ZnSe - blu

InGaN - blu-verde, blu

InGaAlP - rosso-arancione, arancione, giallo e verde

SiC come substrato - blu

Diamante (C) - ultravioletto

Silicio (Si) come substrato - blu (in sviluppo)

Zaffiro (Al2O3) come substrato – blu

Vero o falso?

Durata di vita infinita?Diversi fattori influenzano la durata di vita dei LED, come ad esempio la temperatura di funzionamento. Essenzialmente va detto che un LED viene considerato da sostituire, se il flusso luminoso si è ridotto al 50 per cento del valore iniziale. La maggior parte dei produttori oggi promette di una durata di vita di circa 50.000 ore per i LED, purchè siano fatti funzionare entro un determinato intervallo di valori dei parametri elettrici.

Luce “calda” o fredda?Nella luce emessa da un LED (a meno che non sia un tipo speciale, costruito per questo scopo) non è presente alcuna radiazione UV o IR. Gli oggetti irradiati non vengono praticamente riscaldati. Tuttavia, lo stesso LED si riscalda, e tale calore deve essere eliminato per mantenere più alta possibile la sua durata di vita. Inoltre, anche la temperatura ambiente è significativa per la durata di vita di un LED..

I diodi luminosi consumano poca corrente elettrica?Maggiore è la potenza che deve essere liberata da un modulo LED, maggiore è il consumo di corrente elettrica. Però fino al 70 per cento dell’energia viene trasformato in luce, e solo la parte rimanente diventa calore da dissipare. I LED bianchi arrivano ad efficienze di più di 160 lumen/watt, ovvero quasi il triplo delle lampade a risparmio energetico (cioè quelle fluorescenti). In fatto di consumo tenere presente che ciascun colore ha un’efficienza diversa: per esempio i led di colore rosso sono particolarmente efficienti rispetto agli altri.

La luce dei LED non è gradevole?Affermazione superata. Oggi i processi di produzione si sono così perfezionati che è possibile raggiungere temperature del colore da 6.500°K fino a 2.700°K, dunque un’ampia varietà di tonalità.