Due fattori costringono a restituire un terminale di cabina al fornitore. Il primo è una batteria che si gonfia entro un anno. Il secondo è un dispositivo che deve essere parcheggiato perché il display non è esposto alle intemperie.
Entrambi i problemi vengono classificati come "guasto del dispositivo". Non si tratta dello stesso tipo di guasto. Uno è un processo chimico con una tempistica prevedibile. L'altro è solitamente un livello di protezione che non è mai stato specificato per la posizione effettivamente occupata dal terminale. Un computer di bordo robusto, scelto in base alle esigenze operative, li considera come due questioni ingegneristiche distinte, perché hanno due risposte diverse: lo stesso approccio utilizzato in questa guida ai computer di bordo per l'agricoltura di precisione .
Se si comprende correttamente la distinzione, entrambi i guasti diventano prevedibili. Il primo, inoltre, può essere eliminato completamente dalla fase di progettazione.
Un abitacolo è una serra e una cella al litio al suo interno è un componente soggetto a usura.
La cabina chiusa di un macchinario si comporta come una serra. Studi pubblicati sulle cabine dei trattori hanno misurato una temperatura interna a bulbo secco di circa 34 °C, che scende a circa 29 °C una volta attivato il raffreddamento. Questa è la temperatura a riposo in una giornata di sole. Il degrado degli ioni di litio viene generalmente descritto come un fenomeno che accelera al di sopra dei 35 °C circa, una soglia che una cabina parcheggiata supera regolarmente durante un'estate europea.
Il calore da solo sarebbe gestibile. La differenza principale tra una cella installata in modo permanente e una cella a combustibile solido sta nel fatto che il calore non arriva mai da solo.
Stato di carica elevato e prolungato. Un terminale imbullonato alla cabina è collegato all'alimentazione della macchina ogni giorno in cui questa è in funzione. Lasciata collegata, la sua cella rimane quasi completamente carica per mesi. La tecnologia agli ioni di litio è progettata per cicli di carica e scarica, non per essere mantenuta al massimo del suo intervallo di carica: un punto che le linee guida dell'Università di Reading sulle batterie agli ioni di litio gonfie sottolineano esplicitamente, avvertendo di non lasciare un dispositivo in carica continua una volta completato il ciclo di carica.
Vibrazioni. Una macchina che lavora sul campo sottopone i suoi componenti elettronici a sollecitazioni continue. Una revisione pubblicata su Wiley's Engineering Reports , intitolata "An Overview of the Impact of Vibrations on Li-Ion Battery" (Una panoramica sull'impatto delle vibrazioni sulle batterie agli ioni di litio ), riporta che un'esposizione prolungata alle vibrazioni provoca delaminazione degli elettrodi, deformazione del separatore e perdite di elettrolita, che si manifestano elettricamente come aumento della resistenza interna e diminuzione della capacità. Il guasto è meccanico prima di diventare elettrico.
Mettendo insieme questi tre elementi, il risultato smette di essere una questione di qualità. Il rigonfiamento è dovuto alla produzione di gas a seguito della decomposizione dell'elettrolita all'interno di una busta sigillata: il sintomo visibile di una cella la cui struttura interna ha già ceduto, non un difetto estetico. Le batterie al litio per uso domestico, se esposte a temperature elevate all'interno dei veicoli, raggiungono generalmente la fine del loro ciclo di vita utile tra i dodici e i diciotto mesi. Questo dato corrisponde al modello riscontrato sul campo, che si aggira intorno a un anno, come ci si aspetterebbe se fosse il meccanismo, e non il fornitore, a determinare la durata utile della batteria.
Punto chiave : all'interno di un terminale installato in modo permanente, la cella non è una caratteristica. È un componente soggetto a usura con una durata limitata, montato nella posizione più calda e soggetta a vibrazioni della macchina.
La conseguenza pratica è la gestione delle scorte. Una cella che si guasta dopo quattordici mesi su una macchina con un programma di garanzia decennale non è un evento coperto dalla garanzia, ma un problema ricorrente. Il guasto si verifica inoltre con componenti hardware collegati: una sacca rigonfia preme contro qualsiasi cosa la contenga, e la riparazione consiste nella sostituzione dell'unità, che deve essere svitata, rimossa dalla macchina e rimontata. Il pomeriggio in cui si verifica il guasto, la macchina si ferma.
Il secondo guasto è di natura elettrica e non ha nulla a che vedere con la batteria.
È proprio qui che la revisione delle specifiche spesso commette errori. Anche rimuovendo la batteria, un computer di bordo robusto rimane collegato all'alimentazione del veicolo, e quest'ultima non è certo un'alimentazione da laboratorio. L'avviamento del motore, il funzionamento dell'alternatore, la commutazione dei relè e i carichi induttivi generano tutti transitori condotti proprio sulle linee che alimentano il terminale.
La norma ISO 7637-2 definisce questi transitori per i veicoli stradali. È importante sapere cosa rappresenta ogni impulso, perché "abbiamo testato secondo la norma ISO 7637" non dice nulla finché non si specifica cosa è stato testato.
Impulso | Ciò che rappresenta | Carattere |
|---|---|---|
1 | Disconnessione dell'alimentazione da un carico induttivo, per apparecchiature collegate direttamente in parallelo ad esso. | Transitorio negativo, impedenza di sorgente relativamente elevata, da decine a centinaia di volt |
2a | Interruzione improvvisa di corrente in un circuito parallelo al dispositivo, causata dall'induttanza del cablaggio. | Transitorio positivo; circa da +37 a +50 V in un sistema a 12 V, resistenza della sorgente intorno a 2 Ω, da microsecondi a decine di microsecondi |
2b | Un motore a corrente continua che funziona come generatore dopo lo spegnimento dell'accensione | Energia più elevata e durata maggiore rispetto a 2a |
3a / 3b | Eventi di commutazione e di arco elettrico, come il funzionamento di relè o contattori. | Picchi negativi (3a) e positivi (3b) rapidi e a bassa energia, resistenza della sorgente intorno ai 50 Ω |
4 | Avviamento di avviamento | Un calo della tensione di alimentazione anziché un picco; test per ripristino, perdita di dati o malfunzionamento |
Il test di load dump merita un'attenzione a parte, perché il suo ambito di applicazione è cambiato. La letteratura applicativa sui semiconduttori relativa alla protezione della catena di fornitura nel settore automobilistico riporta che, quando il requisito del load dump è stato spostato dalla norma ISO 7637-2 alla ISO 16750-2, i requisiti minimi di prova sono aumentati contemporaneamente: impulsi multipli a intervalli di un minuto anziché un singolo evento. La norma ISO 16750-2:2023 ora include il load dump in una sottoclausola a sé stante, con un allegato informativo che spiega l'origine dell'impulso nel sistema elettrico del veicolo. Un fornitore che cita un riferimento alla norma ISO 7637-2 del 2004 e un altro che cita un rapporto ISO 16750-2 attuale non stanno descrivendo lo stesso test.
Lo stesso standard definisce l'intervallo di tensione di alimentazione che l'apparecchiatura deve tollerare. L'edizione 2023 stabilisce una tensione di alimentazione massima di 16 V per i sistemi nominali a 12 V e di 32 V per i sistemi nominali a 24 V, mentre il minimo è definito da un codice concordato tra cliente e fornitore, ovvero da 6 V a 10,5 V per un sistema a 12 V. Separatamente, specifica un test di sovratensione a lungo termine per il guasto del regolatore dell'alternatore a 18 V per 60 minuti su un sistema a 12 V e a 36 V per 60 minuti su un sistema a 24 V, applicato a tutti gli ingressi rilevanti. È opportuno considerare questi parametri in relazione alle macchine agricole, dove i sistemi a 24 V sono la norma e la qualità dell'alimentazione varia in base all'architettura elettrica della macchina.
Consiglio pratico : chiedete l'elenco degli impulsi, non il numero dello standard. Un fornitore in grado di specificare quali tipi di impulsi sono stati applicati, a quale livello di intensità e con quale cablaggio e connettore erano inclusi nella configurazione testata, ha svolto la progettazione. Un fornitore che sa solo citare lo standard lo ha letto.
È proprio questo il punto che invalida la conclusione intuitiva. Un terminale senza batteria interna ha eliminato completamente il meccanismo di rigonfiamento e rimane esposto a impulsi di corrente di 2a o a cali di carico tanto quanto qualsiasi altro dispositivo della macchina. Le due soluzioni sono indipendenti. Specificarne una non garantisce l'altra.
Un terminale alimentato dal veicolo elimina completamente una modalità di guasto
La soluzione progettuale al primo problema non è una cellula migliore. Semplicemente, non ce n'è bisogno.
Un computer di bordo robusto, alimentato direttamente dalla macchina e senza batteria interna, non ha elettrolita che si decompone, stato di carica da gestire, involucro che si gonfia e celle da sostituire dopo quattordici mesi. Elimina inoltre una voce dal piano dei ricambi e una tipologia di reso dal processo di assistenza: componenti del costo totale che un confronto dei prezzi unitari non mostra mai. I terminali PDS sono progettati in questo modo: alimentati dal veicolo senza batteria interna, installati permanentemente sulla macchina anziché rimossi e trasportati tra un turno e l'altro, con un intervallo di ingresso CC dichiarato di 9-36 V in conformità con lo standard ISO 7637-II per l'alimentazione dei veicoli e un intervallo di temperatura operativa da -20 °C a +70 °C.
Ne conseguono tre conseguenze, e tutte e tre appartengono a una discussione sugli appalti piuttosto che a una discussione tecnica.
Innanzitutto, si pone la questione dello spegnimento. In assenza di una cella che mantenga attivo il sistema, il terminale dipende da una sequenza di accensione definita e da una finestra di spegnimento controllata per salvare i dati prima che l'alimentazione si interrompa. Si tratta di una decisione a livello di software e cablaggio, che dovrebbe essere documentata anziché data per scontata.
In secondo luogo, la corrente di standby diventa un valore reale. Un dispositivo permanentemente collegato assorbe energia dalla batteria della macchina 24 ore su 24, e una macchina parcheggiata per tre settimane è una macchina la cui batteria è rimasta collegata a quel terminale.
In terzo luogo, l'assenza di una batteria non dice nulla sulla protezione contro l'ingresso di agenti esterni, sulla tolleranza ai transitori o sull'intervallo di temperatura. Ciascuno di questi aspetti è una specifica separata, verificata individualmente. Un design senza batteria elimina una possibile causa di guasto, ma non costituisce una garanzia generale.
IP66, IP67 e IP69K sono tre test diversi, non tre livelli di impermeabilità.
Ora passiamo alla parte che decide se il computer di bordo può funzionare sotto la pioggia, e alla parte in cui la maggior parte dei risultati relativi ai computer di bordo impermeabili può essere fuorviante.
La seconda cifra di un grado di protezione IP non è una scala, e considerarla tale è l'errore di specifica più comune in questa categoria. La norma IEC 60529 definisce un test specifico per ogni cifra, e i test misurano aspetti diversi.
Valutazione | Test | Parametri definiti |
|---|---|---|
IPX6 | Potenti getti d'acqua provenienti da qualsiasi direzione | Ugello da 12,5 mm di diametro, circa 100 L/min, circa 100 kPa a 3 m, minimo 3 minuti |
IPX7 | Immersione temporanea | 1 metro di profondità per 30 minuti |
IPX9K | Lavaggio ad alta pressione e alta temperatura | Acqua a 80 °C ± 5 °C, 8–10 MPa, 14–16 L/min, ugello a 100–150 mm dal campione, 30 s per ciascuna delle quattro angolazioni |
La prima cifra è la stessa in tutti i casi: 6 significa a tenuta di polvere.
Un involucro IP66 è quindi a tenuta di polvere e resiste a un getto potente. Non è testato per l'immersione (per quella specifica resistenza è richiesto l'IP67) né per resistere a un'idropulitrice ad alta temperatura (80 °C e 100 bar), per la quale è richiesto l'IP69K, una designazione la cui "K" deriva dalla norma ISO 20653 per i componenti dei veicoli stradali. Diverse guide pubblicate in questa categoria descrivono l'IP66 come protezione contro allagamenti temporanei. Questo è errato e si tratta del tipo di errore che si trasforma in un guasto sul campo quando una macchina viene pulita o quando un terminale finisce immerso nell'acqua.
Ciò che la classificazione non copre, a nessun livello, è: la leggibilità alla luce del sole, la temperatura di esercizio, le vibrazioni o le condizioni dei cavi e dei connettori ad essa collegati. Un contenitore IP66 con un connettore non sigillato è un alloggiamento certificato all'interno di un assemblaggio non certificato, e la configurazione testata è l'unica cosa che il certificato descrive.
Per un terminale montato all'interno di una cabina sigillata e utilizzato durante la stagione delle piogge, la questione pratica non è quale sia il valore più alto, ma se la classificazione sia stata ottenuta sulla configurazione che si sta installando, inclusi il cablaggio, i cappucci dei connettori e i fori di montaggio. I terminali PDS dichiarano IP66. Se l'installazione prevede che l'unità sia esposta direttamente al lavaggio ad alta pressione, si tratta di un requisito diverso che deve essere specificato di conseguenza: un rapporto di prova DLG su un display a 360° montato in cabina illustra come le aspettative cambino in base alla posizione, partendo da una classificazione di base all'interno di una cabina asciutta e aumentandola con l'aumentare dell'esposizione.
Quanto ti costa effettivamente la regola della pioggia in una stagione
Il motivo per cui questo è importante non è il terminale. È il calendario.
Se il display deve essere rimosso dalla macchina ogni volta che è prevista pioggia, si verificano tre problemi contemporaneamente. Il tempo di configurazione si ripresenta ogni giorno lavorativo, perché un'unità reinstallata necessita di essere riposizionata sulla staffa, sui connettori e nella sua posizione. La macchina deve essere riparata, cosa che spesso non è possibile per un attrezzo parcheggiato durante un periodo di pioggia. E l'operatore perde l'interfaccia di guida proprio nel periodo della stagione in cui ne ha più bisogno: le settimane in cui un campo bagnato è la norma piuttosto che l'eccezione.
È proprio su quest'ultimo punto che si concentrano i costi operativi. Un terminale che continua a funzionare sotto la pioggia e su terreni inzuppati d'acqua non si limita a far risparmiare una singola operazione di smontaggio giornaliera. Garantisce la disponibilità del flusso di lavoro di guida automatica nei giorni in cui la ripetibilità tra un passaggio e l'altro è fondamentale e un secondo passaggio su un campo bagnato può causare danni considerevoli. Il terminale è un componente di questa catena e una soluzione di guida automatica per l'agricoltura fornisce indicazioni solo se l'interfaccia è presente e leggibile nei giorni in cui si svolge effettivamente il lavoro.
⚠️ Attenzione : se un fornitore dichiara la resistenza agli agenti atmosferici senza specificare la configurazione testata, si prega di considerare tale dichiarazione come non verificata. L'involucro potrebbe essere certificato, ma l'installazione potrebbe non esserlo.
Se hai cercato "tablet da montare su veicolo"
Una precisazione sul vocabolario, perché altrimenti induce gli acquirenti a scegliere la categoria di prodotto sbagliata.
Cercando " supporto per tablet per auto" si trovano perlopiù supporti e staffe per tablet di consumo, come supporti per cruscotto, staffe per binari del sedile, bracci per portabicchieri e supporti per poggiatesta. Questi prodotti risolvono un problema di montaggio, ma non affrontano questioni come l'architettura di alimentazione, la tolleranza ai transitori, la protezione contro l'ingresso di agenti esterni, l'intervallo termico o il comportamento all'accensione, perché il tablet che sostengono non è mai stato progettato per un dispositivo meccanico.
Un integratore che specifica un terminale in cabina non sta acquistando un supporto. La distinzione tra computer per veicoli robusti e computer per veicoli industriali è più utile, perché separa le priorità di progettazione piuttosto che l'hardware di montaggio, ed è proprio questa distinzione che determina se l'unità sopravvive a un intero ciclo di produzione o a una singola stagione.
La tabella delle modalità di guasto e cosa richiedere per ogni riga
Questo è il documento da portare con sé durante una valutazione dei fornitori. Ogni riga associa un sintomo alla sua causa principale, allo standard che lo disciplina e alle prove che risolvono la questione.
Sintomo | Causa ultima | Norma di riferimento | Prove da richiedere |
|---|---|---|---|
Cellula gonfia a circa 12-18 mesi; alloggiamento deformato | Decomposizione degli elettroliti sotto calore prolungato e stato di carica elevato permanente, oltre a danni cellulari indotti dalle vibrazioni. | Scelta progettuale piuttosto che valutazione: verifica tramite architettura. | Se esiste effettivamente una cella interna e, in caso affermativo, qual è il suo intervallo di temperatura di esercizio e le condizioni di conservazione specificate per una macchina parcheggiata. |
Dispositivo danneggiato o ripristinato durante il funzionamento della macchina | Transitori condotti sulla linea di alimentazione | ISO 7637-2 impulsi 1, 2a, 2b, 3a, 3b, 4; ISO 16750-2 per finestre di scarico e alimentazione | Tipi di impulsi e livelli di gravità testati; se il cablaggio, il fusibile e il connettore erano nella configurazione testata. |
Terminale inutilizzabile in caso di pioggia o umidità. | Grado di protezione non adeguato alla posizione di montaggio | Norme IEC 60529 e ISO 20653 per le posizioni di lavaggio. | La valutazione, unitamente alla conferma che è stata ottenuta sulla configurazione installata, inclusi connettori e penetrazioni. |
Il lavoro si interrompe quando la macchina viene lasciata all'esterno. | Terminale rimosso e reinstallato tra i turni | Operativo piuttosto che una valutazione | Se l'unità è progettata per rimanere installata e alimentata in qualsiasi condizione atmosferica e qual è il suo intervallo di temperatura di funzionamento specificato. |
Un pezzo di ricambio che si rinnova annualmente | La cellula è un bene di consumo | Scelta di design | L'elenco dei pezzi di ricambio e se nella gamma è disponibile un'opzione senza batteria. |
Verificalo entro un giorno lavorativo
Il meccanismo determina se un progetto può funzionare. La configurazione determina se questa installazione funziona. Una giornata trascorsa sul proprio computer è più importante della semplice revisione di un documento.
Eseguire un normale turno di lavoro con il terminale installato, come avverrà durante l'utilizzo. Spegnere e riaccendere ripetutamente l'accensione e verificare che la sequenza di arresto salvi il lavoro corrente. Lasciare la macchina parcheggiata all'aperto sotto la pioggia per tutta la notte con il terminale installato, quindi iniziare il lavoro del giorno successivo senza toccare il supporto o i connettori. Se il lavaggio è parte integrante delle operazioni, pulire il terminale nel modo in cui viene effettivamente lavato dagli operatori, quindi controllare le guarnizioni dei connettori e gli ingressi dei cavi anziché il filtro. A fine giornata, confrontare l'indicazione oraria registrata dal terminale con la registrazione sul campo; un'interruzione nella traccia registrata fornisce maggiori informazioni sull'architettura di alimentazione rispetto a qualsiasi scheda tecnica.
Quindi richiedete i due numeri ancora disponibili: l'elenco degli impulsi testati per l'ingresso di alimentazione e l'intervallo di temperatura qualificato per qualsiasi cosa si trovi all'interno dell'involucro sigillato.
FAQ
I computer di bordo dei veicoli robusti sono dotati di batterie interne?
Alcuni sì, altri no, e la risposta è di natura architettonica piuttosto che estetica. Un terminale con una cella interna trasporta un materiale di consumo all'interno di un involucro sigillato montato nella posizione più calda della macchina; un terminale alimentato da veicolo, privo di cella, elimina questa possibilità di guasto e i conseguenti tempi di inattività. Chiedete quale tipo di design vi viene proposto, perché i due si comportano in modo diverso dopo circa dodici mesi.
Il grado di protezione IP66 è sufficiente per il lavoro sul campo sotto la pioggia?
Il grado di protezione IP66 garantisce la resistenza alla polvere e a un potente getto d'acqua proveniente da qualsiasi direzione (ugello da 12,5 mm, circa 100 l/min a circa 100 kPa). La pioggia e il terreno bagnato rientrano ampiamente in questa categoria. IP66 non copre l'immersione, per la quale è previsto il grado IP67, né il funzionamento di un'idropulitrice ad alta pressione a 80 °C e 8-10 MPa, per la quale è previsto il grado IP69K. L'adeguatezza del grado IP66 dipende dal luogo di installazione del terminale e dalle modalità di pulizia della macchina, non solo dal grado di protezione stesso.
Quali sono le cause precise del rigonfiamento di una batteria all'interno della cabina di un macchinario?
Tre fattori che agiscono in sinergia: il calore costante in una cabina chiusa, una cella mantenuta permanentemente quasi completamente carica perché il terminale viene collegato ogni giorno lavorativo e le continue vibrazioni della macchina. Il calore provoca la decomposizione dell'elettrolita e la formazione di gas, l'elevato stato di carica permanente impedisce i cicli per cui la chimica è stata progettata e le vibrazioni causano danni meccanici interni. Il rigonfiamento è la manifestazione visibile di un processo iniziato in precedenza.
Se il terminale non ha una batteria, è immune ai danni elettrici?
No. La rimozione della batteria elimina una modalità di guasto: il rigonfiamento delle celle. Non riduce però l'esposizione ai transitori condotti sulla linea di alimentazione del veicolo, che rappresentano un rischio distinto, regolato da una norma separata. La protezione dai transitori deve essere specificata e verificata in modo specifico, indipendentemente dall'architettura di alimentazione.
La classificazione IP mi garantisce che il terminale funzionerà in un ambiente umido?
Indica che la configurazione dell'involucro testato ha soddisfatto un livello definito di resistenza alla polvere e all'ingresso di acqua. Non dice nulla sulla leggibilità alla luce del sole, sulla temperatura di esercizio, sulla tolleranza alle vibrazioni o sulle condizioni dei connettori e dei cavi ad esso collegati. Queste sono specifiche separate e richiedono una documentazione separata.
Quali domande dovrei porre a un fornitore prima di specificare un computer di bordo robusto per veicoli?
Quattro elementi: quali tipi di impulsi e livelli di intensità sono stati testati sull'ingresso di alimentazione e se il cablaggio era incluso; se l'unità contiene una cella interna e, in tal caso, il suo intervallo di temperatura di esercizio qualificato; il grado di protezione IP e la conferma che è stato ottenuto sulla configurazione installata; e l'intervallo di temperatura di esercizio qualificato dell'unità completa.
Dove andare da qui?
I due guasti descritti in questo articolo meritano di essere separati nel vostro modello di specifica, poiché sono risolti da documenti diversi. Affiancate una domanda sull'architettura di alimentazione (qualcosa all'interno di questo contenitore sigillato si degrada nel tempo?) a una domanda sui transitori e a una sui punti di ingresso, e richiedete prove a supporto di ciascuna.
Se desiderate un esempio completo, le specifiche pubblicate per il computer di bordo T12 da 12 pollici elencano un ingresso CC da 9-36 V conforme alla norma ISO 7637-II, grado di protezione IP66, un intervallo di temperatura operativa da -20 °C a +70 °C, test di vibrazione e urto MIL-STD-810 e l'assenza di batteria interna. Consideratela come una configurazione di riferimento per valutare le vostre esigenze.
Dopodiché, eseguite il test di un giorno. Una giornata sotto la pioggia con il terminale installato vi dirà di più sulle specifiche rispetto a una settimana di schede tecniche.
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