En la mayoría de los proyectos de Internet industrial de las cosas (IIoT), los clientes utilizan controladores con los que han trabajado en el pasado o que son recomendados por proveedores de sistemas de primer nivel. Al mismo tiempo, hay miles de controladores IIoT en el mercado, entre los que puede elegir.









No todo el mundo está familiarizado con la opción de diseño personalizado. La mayoría de los controladores industriales no necesitan espacio profundo en forma de una funcionalidad única o una carcasa de diseño . Con una elección exitosa de un contratista que tenga los desarrollos necesarios, los prototipos se pueden hacer en 2-3 meses y en un par de meses más, se puede comenzar la producción en serie. El desarrollo puede dar sus frutos mediante el uso de componentes de hardware económicos y la implementación de la cantidad de funciones necesarias para un proyecto específico. El complejo de equipos de la instalación constará de un número mínimo de dispositivos (a menudo uno), lo que significa que habrá menos trabajo de montaje, instalación y puesta en marcha.



El desarrollo personalizado de "hardware" no ha sido durante mucho tiempo el lote de clientes selectos con grandes presupuestos. Sin embargo, hay una serie de características que es mejor para familiarizarse con el de su propia experiencia de otra persona antes de iniciar un proyecto.

Paso 1. ¿Hay un producto terminado?

Puede ahorrar mucho dinero eligiendo equipos para el proyecto, por ejemplo, en este servicio .



El controlador seleccionado debe ser compatible con el sistema de nivel superior y admitir todos los dispositivos de objeto. A excepción de las soluciones cerradas de un solo fabricante, el problema de compatibilidad se resuelve mediante el soporte de los protocolos necesarios en el controlador (por su desarrollador), o mediante el soporte en el sistema de nivel superior de los protocolos "cableados" en el controlador.



La búsqueda puede fallar en esta etapa. Entonces se convertirá en una "descripción general del mercado", lo que ciertamente no hace daño. Sobre todo si al final se decide empezar a desarrollar su propio dispositivo. Y las soluciones técnicas exitosas utilizadas en productos terminados valendebe tomarse como base. Después de todo, no hay tantas ideas realmente interesantes.

Paso 2. Elegir un contratista: "Cuándo, cuánto, cómo" y protección contra la "huelga italiana"

Si decide desarrollar su propio equipo y no hay contratistas cerca, es hora de buscar un contratista. El mejor lugar para comenzar es con empresas que ya están produciendo lo que necesita. Es importante comprender si necesita derechos de desarrollo, códigos fuente para documentación de diseño (CD) y software integrado (VPO), o es suficiente tener una exclusiva (para el territorio de implementación, diseño, ...). Las empresas de desarrollo pueden negarse a trabajar en los términos de interés para el cliente u ofrecer precios protectores. Es posible que la opción más barata no sea un desarrollo completo, sino la revisión o la entrega de equipos OEM bajo su marca. Sin embargo, esta opción también conlleva un riesgo: puedes convertirte en un competidor.



Si el acuerdo no funcionó, debe buscar un contratista en las recomendaciones, o en la Web para la solicitud "desarrollo de electrónica de contrato". Para ayudar a trabajar con los candidatos, consulte las preguntas de la siguiente lista de verificación. 



Para los contratistas preseleccionados, se deben formular los requisitos del equipo primario. Cuanto más detallados sean los requisitos, más fácil será determinar el costo del trabajo y el tiempo de desarrollo de las muestras. También puede mostrar a los contratistas ejemplos de equipos terminados de interés. 



Es necesario salir de la reunión con un socio potencial con una respuesta a la pregunta "¿cuándo cuánto?" Esto a menudo se olvida. Las expectativas del cliente (precios, condiciones) pueden resultar mucho menores que las solicitudes del contratista. Si al final logramos sincronizarlos, se puede proceder a la coordinación:

• concepto de tesis: TK en grandes trazos, términos, costo de desarrollo,
• precios de los productos en lotes, tiempos de entrega,
• términos del contrato (derechos, fuentes, exclusivos).

No todo se puede arreglar en un contrato. El contratista puede convocar una "huelga italiana" por lo que no puede ser sancionado. Además, puede haber dificultades imprevistas o nuevos requisitos, que deberán funcionar más de lo acordado. Para protegerse contra estos problemas, puede utilizar principios simples:

• Al elegir un contratista, se requiere contacto humano. No existen clientes ni contratistas ideales, pero es absolutamente posible encontrar un socio con el que se sienta cómodo trabajando.
• Es estupendo si el contratista toma la iniciativa y "aplaude" sinceramente el caso (puede entender por la respuesta a la pregunta "¿cómo resolvió problemas graves en el pasado?").
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3. IIoT

Solo el cumplimiento total del resultado del desarrollo de los conocimientos tradicionales es la base para la aceptación del trabajo y el pago final. Los cambios en los requisitos después de la conclusión del contrato pueden ser dolorosos, por lo que es muy importante trabajar de manera responsable en el texto de los términos de referencia en ambas partes. El costo de un error en las etapas posteriores será significativamente mayor.

Aprobación de tipo constructivo

Como saben, "el dispositivo no debería funcionar en principio, sino en el caso". El inicio de la discusión del TK a partir del caso permitirá a ambas partes imaginar desde los primeros minutos qué tipo de dispositivo resultará al final.



Para cada aplicación y proyecto, su propio factor de forma es óptimo:

• Para la ingeniería energética, la automatización industrial y la contabilidad de recursos, las carcasas se utilizan en un riel DIN de 35 mm. Quizás el formato más popular para el IoT industrial, sin embargo, no es una solución milagrosa para todos los casos;
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A menudo, la construcción se elige por analogía con los dispositivos prefabricados (del mercado). En algunos casos, esto es un error, ya que una caja de marca costosa (con procesamiento, marcado, sistema de conectores, etc.) puede costar hasta el 50% del costo del producto. Como referencia: una participación similar para un caso presupuestario puede ser inferior al 5%.

Elegir un núcleo de procesador

En los dispositivos económicos, generalmente se usan microcontroladores de un solo chip (MCU), con memoria de acceso aleatorio (RAM) y ROM (Flash) en un solo paquete. La mayoría de los dispositivos se ejecutan en un sistema operativo (SO) compacto como FreeRTOS o TNKernel, y pueden funcionar sin SO. Los llamaremos controladores RTOS.



Los controladores más potentes utilizan un procesador (CPU) con RAM externa y chips Flash. La mayoría de estos dispositivos utilizan diferentes versiones del sistema operativo Linux (controladores Linux) o sistemas operativos menos comunes como VxWorks o Windows CE (no se consideran aquí). No es tan fácil hacer una placa en un procesador moderno: en una placa de 4 a 10 capas, debe colocar varios paquetes BGA con requisitos bastante estrictos de fuente de alimentación, geometría y longitudes de pista. Para simplificar la vida de los desarrolladores, se ofrecen cientos de módulos de procesador, que se pueden hacer en forma de placa hija con conectores o contactos de borde para soldar (ver más abajo).









Los sistemas en chips (SoC) también aparecen en el mercado, que contienen un procesador y una gran memoria, suficiente para ejecutar Linux. El diseño del SoC es significativamente más simple que el conjunto CPU + RAM + FLASH. Además, los SoC pueden ser muy presupuestarios.



A continuación, se muestran las especificaciones y precios típicos de varios ejemplos de núcleos de procesador ARM que se pueden usar en controladores IIoT.









A menudo se justifica utilizar dos procesadores en un controlador : uno potente para aplicaciones que consumen muchos recursos y un pequeño procesador de un solo chip para aplicaciones sencillas en tiempo real.

Armonización de los requisitos del sistema eléctrico

Dependiendo del tipo de objetos, se determinan los requisitos para la fuente de alimentación, que pueden ser externos o integrados en el dispositivo:

• uso en casa / oficina, energía - ~ 220 / 380V,
• telecomunicaciones - 36 ... 72V (potencia de la estación) y PoE,
• automatización industrial - 18 ... 36V,

Una fuente de alimentación aislada a menudo se daña al secar los condensadores electrolíticos. Hubo un caso en el que se produjo una avería masiva del equipo literalmente seis meses después del inicio de la operación. Por esta razón, el contratista debe tener experiencia en el desarrollo de sistemas de potencia y conocer sus "puntos débiles", ... o utilizar convertidores costosos, cuya calidad está garantizada por el nombre del fabricante.



Muchas aplicaciones requieren energía de respaldo desde un minuto (reserva a corto plazo para señalar un corte de energía) hasta varias horas / días (seguridad y seguridad industrial). Para implementar una reserva a corto plazo hoy en día supercondensadores popularescon una vida útil de hasta 15 años y resistencia a temperaturas negativas. El respaldo a largo plazo requiere baterías, generalmente de litio.









Todos los dispositivos rusos requieren certificados EAC de seguridad eléctrica y compatibilidad electromagnética. Para aprobar la prueba, debe saber cómo diseñar filtros y el diseño de la placa, así como elegir los componentes correctos.

Puertos de comunicación

Las interfaces comunes utilizadas en los controladores IIoT se muestran en la siguiente tabla. La elección de tipos y cantidades, para la tarea y el presupuesto.





* también se puede utilizar para la comunicación local con el equipo de la instalación

Entradas y salidas

Para conectar sensores, los controladores están equipados con entradas discretas, de conteo y analógicas. Las entradas analógicas pueden ser potenciales (por ejemplo, a 0..10 VCC o aisladas a 220 VCA) o de corriente (4 ... 20 mA, NAMUR, "fuego"). Para implementar las salidas se utilizan relés (convencionales y semiconductores, por ejemplo, optosimistores ), así como transistores conectados según el esquema de "colector abierto" (OK).



En el caso de utilizar líneas largas, o si hay requisitos especiales, las entradas y salidas se pueden realizar con aislamiento galvánico individual o grupal.



Para reducir el tamaño y ahorrar conectores, utilizan puertos universales que realizan diferentes funciones según la configuración y utilizan los mismos pines. Por ejemplo, una entrada discreta con una función de salida OK.

Indicación

Durante mucho tiempo en los dispositivos IIoT fue suficiente utilizar varios LED. En controladores más avanzados, se utilizaron "televisores": una línea de indicadores LED de siete segmentos, indicadores LCD electroluminiscentes, de texto o gráficos. Pero de los "televisores" más a menudo todavía se niegan debido a su alto costo y poco uso en funcionamiento.



Hoy en día, los "televisores" se han puesto de moda literalmente en todas partes: desde automóviles hasta "hogares inteligentes". Cada vez son más los concursos en los que la presencia de una pantalla es obligatoria para los dispositivos IIoT.









La buena noticia es que el costo de las pantallas LCD o OLED está disminuyendo y la potencia del procesador requerida para la salida de gráficos está aumentando. Por esta razón, "TV" ya no es una opción cara.

La alineación

Es una buena práctica desarrollar no solo un dispositivo, sino una línea completa. Como mínimo, esto requiere el desarrollo de una sola placa, diseñada para la configuración máxima. Otras versiones, más presupuestarias, se soldarán en el mismo tablero, pero de menos partes. Parte de la placa estará vacía, pero esto no es un problema (la PCB es económica).



Le aconsejo que agregue este artículo a los conocimientos tradicionales.

Requisitos de firmware

El desarrollo de malware puede llevar hasta el 80% del tiempo de implementación de todo el proyecto. Dado que esta publicación trata sobre hardware, me limitaré a enumerar las principales funciones que deberían implementarse en casi cualquier controlador IIoT:

• Intercambio de datos con el sistema de nivel superior, incluida la transmisión de notificaciones de emergencia;
• Intercambio de datos con dispositivos y sensores posteriores;
• Control de mecanismos ejecutivos;
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Si se acuerda el TK, es hora de firmar un acuerdo con anexos (TK, cronograma con precios, método de prueba, ...) y comenzar la implementación.



El desarrollo de un nuevo controlador IIoT es un proyecto relativamente pequeño, para cuyo éxito, no obstante, se necesita un trabajo bien coordinado de los empleados del cliente y del contratista. Por parte del cliente, se necesita inmediatamente un gerente de proyecto y, más tarde, un ingeniero (s) de pruebas (no se puede hacer un producto sin pruebas independientes). Además, el desarrollo generalmente se transfiere "tal cual". Después de la firma de las actas y el pago de la obra, es difícil probar la necesidad de corrección bajo la garantía.



Se han escrito cientos de libros sobre gestión de proyectos. En cuanto al desarrollo del controlador, destaco los siguientes puntos obligatorios:

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Los buenos formularios de documentos de gestión de proyectos están aquí .

Conclusión

No puede hacer un gran trabajo con las manos en los bolsillos. Hay que trabajar duro, correr riesgos y, a veces, ir más allá.









Una de esas oportunidades para un proyecto IIoT es el uso de controladores personalizados. Para implementarlo, el cliente debe seguir tres pasos rápidos: 

• análisis de mercado, 
• selección de un contratista (por ejemplo, nosotros ),
• coordinación de especificaciones técnicas.

El siguiente paso es trabajar con el contratista seleccionado: desarrollo de prototipos, producción y soporte. Los precios de los controladores personalizados, su instalación y puesta en marcha pueden ser significativamente más bajos en comparación con el uso de equipos disponibles en el mercado. Los valores adicionales para el cliente serán:

• desarrollo de su propia marca, 
• implementar un conjunto específico de funciones de hardware, y 
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