1. Introduzione
2
durante la fase della distribuzione, non si � in grado di intervenire
adeguatamente e tempestivamente sul carico.
Le conseguenze immediate e gravi sono la perdita economica per
l�azienda produttrice, il rischio di commercializzare prodotti guasti e la
perdita di immagine e di profitti per le ditte trasportatrici.
Questi problemi sono stati parzialmente risolti installando, a
bordo dei veicoli refrigerati, dispositivi in grado di registrare le
temperature mediante dei sensori e di comunicarle ad un centro di
controllo che analizza i dati ricevuti. L�invio delle temperature avviene
in modo periodico nel senso che ad intervalli regolari si ha la
trasmissione dei dati registrati. In tali sistemi spesso la comunicazione
non � bidirezionale: il centro di controllo non � in grado di comunicare
con il sistema di acquisizione che, in genere, si trova a bordo di un
mezzo in movimento. In queste condizioni si ha un limite notevole per
quanto riguarda la flessibilit� di tutto il sistema. I due sottosistemi, non
potendo comunicare pienamente tra loro, non hanno la possibilit� di
scambiarsi i dati in modo reciproco ed � questo il limite fondamentale
per questo tipo di approccio.
L�interesse dell�industria alimentare � rivolto al controllo, in
tempo reale, della temperatura dei prodotti all�interno di un mezzo
mobile refrigerato. Oltre a questo, � necessario che ci sia la possibilit� di
interscambio dei dati tra il veicolo e il centro di controllo. Questo
aspetto � molto importante perch� consente la gestione a distanza
dell�intero sistema di acquisizione.
1. Introduzione
3
Sulla base di queste esigenze, si inserisce questa ricerca svolta in
collaborazione con la ditta AEA s.r.l. il cui intento � quello di realizzare
un sistema in grado di acquisire le temperature, da un mezzo mobile
refrigerato, mediante scheda a microprocessore ed elaborarle per una
successiva trasmissione. La scheda di acquisizione dei dati (Little Star) �
basata sul microprocessore Z180 (9.216 MHz) prodotto dalla Zilog.
L�acquisizione delle temperature avviene mediante un convertitore
Analogico/Digitale a 8 ingressi mentre il trasferimento dei dati dal
convertitore alla scheda avviene tramite il PLCBus.
I valori di temperatura acquisiti sono stati sottoposti ad opportune
operazioni di media e sono stati modificati in modo da essere
rappresentati con la codifica SMS (Short Message Service).
Rispetto ai sistemi presenti sul mercato, questa nuova tecnica di
lavoro offrir� la possibilit� di una comunicazione di tipo bidirezionale,
di gestire un numero molto elevato di sensori anche di tipo diverso e di
trasmettere e ricevere dati supplementari.
La comunicazione dei dati al centro di controllo avverr�
collegando alla porta seriale RS-232 o alla porta RS-485 una scheda
modem GSM che sia abilitata alla trasmissione SMS. Questo sistema
consente il trasferimento dei dati attraverso un messaggio di testo senza
che ci sia il bisogno di stabilire la connessione diretta tra utente
chiamante e chiamato. I vantaggi risiedono nel fatto che � risolto il
problema di copertura radioelettrica della zona e nel basso costo
dell�SMS rispetto alla connessione diretta tra due utenti.
1. Introduzione
4
La comunicazione in modalit� bidirezionale consente di gestire
tutta la fase di acquisizione non solo dal lato della scheda e del mezzo
mobile ma anche dal lato del centro di controllo. Possono essere
avanzate richieste di una nuova acquisizione per un tempo pi� lungo,
chiedere di inviare i valori rilevati da un solo sensore e richiedere i
valori di temperatura relativi ad un solo blocco di sensori. Nel momento
in cui si riscontrano problemi riguardanti la temperatura di trasporto dei
prodotti, con le informazioni che si hanno ha disposizione, si � in grado
di prendere delle decisioni per meglio tutelare l�integrit� della merce
trasportata. Il vantaggio di questa procedura, rispetto a quelle esistenti
sul mercato, � notevole perch� si riesce a controllare continuamente la
temperatura all�interno del mezzo mobile ad un costo ad ogni azienda di
trasporti.
Nella fase dello sviluppo, sono stati tenuti in considerazione i
problemi riguardanti il monitoraggio di temperature diverse all�interno
di uno stesso mezzo mobile refrigerato. Questa operazione, che si
presenta quando si realizza il trasporto multimodale (la cella frigorifera
del mezzo mobile � divisa in un certo numero di scomparti), � necessaria
quando si trasferiscono prodotti con temperatura ottimale di trasporto
diversa.
L�esempio potrebbe essere quello riguardante i prodotti come le
arance e le mele; le prime hanno una temperatura di trasporto di 5.4�C,
mentre le seconde di 0�C. Tale diversit� non comporta alcun problema
per la fase di acquisizione delle temperature a patto di conoscere quanti
1. Introduzione
5
e quali sensori siano dedicati ad un determinato scomparto del veicolo
refrigerato.
La possibilit� di espandere il sistema di acquisizione attraverso
l�aggiunta di altri sensori permette di avere pi� informazioni sui valori
di temperatura e consente di effettuare anche i seguenti tipi di
misurazioni quali quantit� etilene che si sviluppa da alcune qualit� di
frutta e verdura; quantit� emessa di CO
2
e percentuale di umidit�.
Per trasmettere i dati attraverso la rete radiomobile � stato scelto il
modulo GSM WM01 prodotto dalla Wavecom. Questo apparecchio �
conforme allo standard GSM a 900 MHz ma sono disponibili anche
versioni GSM a 1800 MHz (DCS) e GSM a 1900 MHz (PCS). In ogni
caso tutte le versioni hanno la stessa interfaccia utente e quindi sono
completamente intercambiabili. La scelta si � rivolta sul WM01 perch� �
sicuramente l'unico apparecchio in commercio che non faccia uso di
protocolli e comandi proprietari per gestire le funzioni di
comunicazione. Anche la Siemens ha in catalogo un prodotto analogo
ma, al momento, non � disponibile per la vendita in quanto sono stati
rilevati problemi software.
Il WM01 � un terminale GSM di fase 1 che incorpora molte
funzioni della fase 2, peraltro non necessarie per quanto riguarda il
nostro progetto. I comandi impartiti dall'applicativo, sia esso il
programma caricato sulla scheda Little Star che il softaware Bridge
View, devono essere conformi agli standard ETSI 07.05 e 07.07. Tale
standard raccoglie tutti i comandi che devono essere supportati da un
terminale GSM.
1. Introduzione
6
I comandi utilizzati, oltre a quelli di inizializzazione simili allo
standard AT-Hayes, riguardano la gestione del servizio di messaggistica
SMS secondo le norme ETSI 07.05.
Attenzione particolare � stata prestata alla robustezza del software
di controllo in quanto, soprattutto per quanto riguarda l'unit� a bordo del
mezzo mobile, � stato necessario prevedere delle sequenze di
inizializzazione ridondanti per evitare che il sistema potesse andare in
avaria per problemi legati a cause accidentali come la mancanza di
alimentazione o all'assenza temporanea di copertura radioelettrica. Nel
centro di controllo non � stato necessario implementare delle sequenze
di inizializzazione ridondanti in quanto l'operatore ha sempre la
possibilit� di agire direttamente sul modulo WM01.
La codifica adottata a 7 bit, necessaria per rientrare nello standard
ETSI 03.38, si � rivelata pi� complessa del previsto in quanto l'alfabeto
di 128 simboli adottato e riportato in tabella 4.1.1 comprende anche
alcuni caratteri non stampabili che non possono essere trattati come gli
altri: non c'� infatti una corrispondenza tra l'alfabeto ridotto adottato per
gli SMS e la codifica ASCII. Da qui la necessit� di implementare un
codificatore e un decodificatore che permetta di usare la totalit�
dell'alfabeto di 128 simboli.
Una volta acquisiti e codificati, i dati verranno inviati ad un centro
di controllo che li valuter� in relazione alle normative vigenti, alla
durata del trasporto ed alla vita utile del prodotto trasportato. Inoltre essi
verranno memorizzati in un archivio che servir� da documentazione
dell�avvenuto controllo delle temperature e del rispetto delle normative
1. Introduzione
7
nell�ambito del trasporto refrigerato. Tutto questo si prefigge lo scopo di
semplificare le decisioni da prendere, rendendole sicuramente pi�
tempestive, in caso di fluttuazioni o variazioni anomale delle
temperature in relazione alla sicurezza, alla qualit� e all'integrit� del
prodotto. Si avr� anche la possibilit� di ridurre i costi legati alla logistica
in quanto sar� stata attuata una migliore gestione dell�intero trasporto.
I dati trasmessi nel messaggio e ricevuti dalla centrale vengono
elaborati utilizzando il software Bridge View della National
Instruments. Questo programma, che si basa sul linguaggio grafico G,
permette di controllare la comunicazione con la scheda GSM collegata
alla postazione di sorveglianza nel centro di controllo e di creare
l�interfaccia uomo-macchina.
Ogni messaggio, proveniente dalla trasmissione dati SMS, deve
essere codificato per riportare l�andamento delle temperature di ogni
sensore collegato alla scheda. Tutte le informazioni ricevute verranno
salvate su file di testo. Questi file sono creati all�interno di directory
aventi il nome del veicolo che ha effettuato la trasmissione dati. Per
rendere tale database facilmente consultabile, il nome del file viene
creato utilizzando le informazioni riguardanti il momento
dell�acquisizione dati. Infatti il nome del file sar� formato dall�anno, dal
mese, dal giorno, dall�ora e dai minuti in cui � iniziata l�acquisizione
dati. Si otterr� in questo modo un archivio completo e facilmente
consultabile contenente tutta la storia del prodotto durante il trasporto.
Per ogni messaggio ricevuto verranno pertanto creati due file con
identico nome: uno con estensione .hi, contenente le informazioni lette
1. Introduzione
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nell�header privato, l�altro con estensione .dat e contenente i valori di
temperatura rilevati dai sensori collegati alla scheda. La creazione di
questi file � stata fatta in modo tale che fosse possibile leggere tali file
anche esternamente al programma Bridge View; tale scelta � stata
dettata dalla volont� di rendere accessibili le informazioni prescindendo
dal tipo di software utilizzato.
2. La catena del freddo
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CAPITOLO 2
LA CATENA DEL FREDDO
2.1 IL MERCATO
La tendenza principale nel mercato alimentare, che si sta
espandendo verso una dimensione sempre pi� globale, � quella
dell�aumento della richiesta di cibo congelato o refrigerato. Si � avuto
un rapidissimo sviluppo del mercato dei prodotti congelati soprattutto
nei paesi maggiormente industrializzati, tendenza destinata ad
aumentare con un�espansione soprattutto per quanto riguarda il trasporto
refrigerato sia su brevi che su lunghe distanze.
L�International Institute of Refrigeration (IIR) ha avuto un ruolo
fondamentale nell�indirizzamento di tale sviluppo costruendo
gradualmente un consenso internazionale sulla base di una
regolamentazione degli standard riguardanti il cibo, l�equipaggiamento e
i servizi connessi con le attivit� di trasporto a temperature controllate.
Come risultato � stato ottenuto un procedimento che si focalizza
primariamente sul mantenimento dell�integrit� del prodotto per poi
ottenere un miglioramento degli accordi sulle transazioni il tutto
ponendo un�enfasi particolare sulla qualit� del prodotto. Questi requisiti
hanno permesso lo sviluppo del mercato dal quale � derivata la necessit�
di creare una regolamentazione univoca, sotto il controllo dell�IIR, che
costituisce il riferimento fondamentale per le varie fasi della catena del
trasporto.
2. La catena del freddo
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2.2 IL MERCATO DELLE DERRATE DEPERIBILI
Si stima che, in base ai dati forniti dalla Food and Agriculture
Organization, delle 450 milioni di tonnellate di prodotto mondiale di
derrate alimentari deperibili, poco pi� del 10% venga esportato mentre il
resto viene consumato all�interno dei paesi di produzione oppure
destinato al macero. Tale percentuale aumenta fino al 30% nel caso di
prodotti quali frutta e verdura. Nei Paesi a pi� elevato livello industriale,
essendo le infrastrutture per la produzione pi� avanzate, si ha una
produzione che supera abbondantemente il fabbisogno interno. Tale
eccedenza si contrappone alle minori capacit� produttive dei Paesi a pi�
basso profilo industriale dove la produzione non riesce a soddisfare il
fabbisogno interno.
Produzione
Annuale
Totale esportazioni
Esportazioni
via mare
PRODOTTI
Milioni
Tonn/anno
Milioni
Tonn/anno
% Prod.
Annuale
Milioni
Tonn/anno
% Prod.
Annuale
Carne 142.0 10.5 7.4 4.4 41.9
Pesce 86.0 8.1 9.4 4.0 49.4
Prodotti del latte 21.0 3.4 16.2 1.6 47.1
Frutti a clima temperato 88.8 6.0 6.8 2.9 48.3
Agrumi 59.0 7.7 13.1 4.8 62.3
Banane 45.0 10.4 23.1 10.2 98.0
Frutti esotici 15.0 1.2 8.0 0.9 75.0
Totale 456.0 1.2 8.0 0.9 75.0
Tabella 2.2.1: Esportazioni internazionali di derrate alimentari nell’anno 1992.
La tabella 2.2.1 mostra i prodotti alimentari che vengono in
prevalenza esportati all�interno dell�economia mondiale. Alcuni di essi
2. La catena del freddo
11
(ad esempio carne e pesce) non sono pi� vivi al momento del trasporto.
Altri (frutta, ortaggi, fiori e piante) mantengono le proprie funzioni
vitali, assorbendo ossigeno, emettendo anidride carbonica, calore e
vapore acqueo anche durante il trasporto. Tale fatto comporter�
l�adozione di speciali precauzioni e di misure particolari per ci� che
riguarda il tipo di refrigerazione che si intende usare. Allo stesso modo,
tecniche per il mantenimento della qualit� del prodotto durante il
trasporto vengono applicate anche per prodotti farmaceutici, fotografici,
medicinali e chimici. Tutti questi devono essere protetti continuamente
da eventuali variazioni di temperatura sia all�esterno che all�interno del
veicolo sul quale vengono trasportate. Il tutto va fatto attraverso l�uso di
opportuni processi e particolari attrezzature. Quei prodotti che
mantengono le funzioni vitali durante la fase di trasporto devono essere
protetti dagli effetti nocivi che la respirazione pu� provocare. Tutto il
procedimento che si applica per trasportare il prodotto fino a
destinazione, mantenendone qualit� ed integrit�, � chiamato catena del
freddo.
Ad eccezione di alcuni particolari pre-trattamenti per il
mantenimento della qualit� di frutta e verdura, la catena del freddo si
occupa del prodotto, sia in termini di tempo che di spazio, dal momento
della produzione (o raccolta nel caso di prodotti agricoli) fino alla
distribuzione al dettaglio. Si pu� desumere facilmente dal nome che la
parte cruciale dell�intero procedimento risulta essere il legame che
intercorre tra produzione e vendita al dettaglio: il trasporto.
2. La catena del freddo
12
Il trasporto pu� essere effettuato:
via mare:
- su navi tradizionali
- su navi container
via terra:
- su strada
- su rotaia
via aerea.
La scelta fra questi tipi di trasporto va effettuata tenendo conto di
diversi fattori fra cui la vita del prodotto e la flessibilit� della catena del
freddo.
2.3 INDICAZIONI GENERALI
Di tutti i prodotti, soltanto quelli sani subiranno il processo di
refrigerazione o di congelamento e tale trattamento comincer� subito
protraendosi senza interruzioni secondo il concetto basilare di catena del
freddo. Le regole fondamentali che occorre seguire sono le seguenti:
1. ogni prodotto dovr� essere mantenuto il pi� possibile prossimo alla
temperatura ideale;
2. il valore della temperatura all�interno del veicolo dovr� essere
continuamente controllato durante tutto il trasporto;
3. la composizione dell�atmosfera in cui vengono mantenuti i prodotti
vivi dovr� essere controllata durante tutto il trasporto;
4. l�umidit� dell�aria dovr� essere controllata durante tutto il trasporto;
5. si dovranno prendere severe misure di controllo sanitario, inclusa la
pulizia del veicolo e la protezione dei prodotti da contaminazioni;
2. La catena del freddo
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6. si dovr� sempre tenere presente che, a causa di fenomeni di cross-
tainting, alcune merci sono incompatibili con altre; inoltre alcuni
frutti, ortaggi, fiori e piante risultano essere particolarmente sensibili
a certe emissioni gassose (soprattutto etilene).
Tenendo in considerazione la condizione, il tipo e la temperatura
del prodotto, tali fattori risulteranno pi� determinanti di altri nel caso
che il trasporto venga effettuato su una distanza maggiore e per un
tempo pi� lungo: compromessi che si potrebbero tollerare per pochi
giorni risulterebbero sicuramente dannosi nel caso persistessero per
alcune settimane. I fattori principali che devono essere considerati sono:
1. temperatura di trasporto;
2. natura dell�imballaggio e restrizioni sull�assemblaggio del carico;
3. percentuale di etilene, CO
2
e vapore acqueo nell�aria;
4. emissioni di odori;
5. sensibilit� agli odori di alcuni prodotti: ad esempio carne o uova
assorbono gli odori emessi da mele, pesce oppure limoni;
Alla fine, la qualit� del prodotto, che � sicuramente la
caratteristica primaria che si deve preservare, sar� determinata dalle
precauzioni che sono state adottate durante l�intera catena del freddo; in
particolare, si deve prestare attenzione a:
1. qualit� sanitaria ed organolettica alla partenza;
2. stato fisiologico e di maturazione (per frutta ed ortaggi);
2. La catena del freddo
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3. tipo di imballaggio, protezione dalla disidratazione e dagli shock
termici;
4. condizioni di circolazione dell�aria durante il trasporto;
5. utilizzo di equipaggiamento di trasporto che possa essere modificato
a seconda delle esigenze;
6. regolazione della temperatura in relazione alla durata del trasporto e
alla vita utile del prodotto che si sta trasportando;
7. regolazione della temperatura in considerazione delle richieste che
possono venire fatte allo stadio finale.
La temperatura risulta essere la caratteristica principale che si
deve tenere sotto controllo: il raffreddamento determina una
diminuzione della velocit� di tutte le reazioni fisiologiche e, di
conseguenza, di tutti i processi, compresi quelli microbici. Un
incremento della velocit� di tali reazioni pu� portare alla perdita del
controllo di questi processi, fino al danneggiamento irrimediabile della
qualit� del prodotto.
Nel caso di trasporto refrigerato si deve prestare attenzione alla
temperatura affinch� non scenda al di sotto del punto di congelamento in
quanto il prodotto subirebbe, anche in questo caso, una diminuzione
della qualit� derivata dalla perdita di freschezza.
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