Este controlador industrial x86 FPGA combina un módulo COM Express industrial con Linux y una FPGA dedicada a las entradas y salidas. Es un controlador con FPGA que funciona como sistema de adquisición de 24 bits gracias a sus canales de ADC 24 bits industrial aislados y como generador de señales con DAC 16 bits. Con RS485 aislado, Ethernet Gigabit industrial y un sistema HMI de 10 pulgadas, resuelve la adquisición de datos Linux y el control desde un único equipo.
El equipo utiliza Linux como sistema operativo e integra comunicaciones Ethernet Gigabit, múltiples interfaces serie aisladas RS232/RS485, adquisición analógica de alta resolución, generación de señales analógicas y entradas/salidas digitales aisladas.
La arquitectura híbrida COM Express x86 + FPGA permite separar las funciones de alto nivel —interfaz gráfica, comunicaciones, procesamiento y aplicaciones— de la gestión de bajo nivel de los periféricos, proporcionando una plataforma flexible para sistemas industriales complejos.
El frontal incorpora una pantalla táctil panorámica de 10 pulgadas que permite implementar una HMI local para monitorización, configuración y control del sistema.
Arquitectura híbrida x86 + FPGA
El núcleo de procesamiento está formado por un módulo COM Express con arquitectura x86, encargado de ejecutar Linux y las aplicaciones principales del sistema.
De forma complementaria, una FPGA proporciona acceso a los diferentes periféricos hardware y gestiona las interfaces de entrada y salida.
La arquitectura puede representarse como:
- Aplicación Linux
- COM Express x86
- FPGA
- ADC / DAC / E/S digitales / periféricos
Esta distribución permite que el procesador x86 se concentre en las funciones de alto nivel mientras la FPGA gestiona de forma eficiente las interfaces hardware.
Módulo COM Express x86
El procesamiento principal se realiza mediante un módulo COM Express, proporcionando una arquitectura modular y escalable.
COM Express permite separar la CPU y sus recursos principales de la electrónica específica de la aplicación, implementada en una placa portadora diseñada para proporcionar las comunicaciones, interfaces analógicas, E/S digitales y demás periféricos.
Esta modularidad facilita la evolución de la plataforma y permite adaptar la capacidad de procesamiento a diferentes aplicaciones.
FPGA para gestión de periféricos
La FPGA constituye uno de los elementos diferenciales del sistema.
Se utiliza como interfaz entre la plataforma x86 y los diferentes subsistemas electrónicos, gestionando el acceso a:
- ADC
- adquisición analógica
- DAC
- generación de señales analógicas
- Entradas digitales
- adquisición de estados
- Salidas digitales
- actuación sobre elementos externos
- Periféricos
- control y sincronización de interfaces
Esta arquitectura permite implementar lógica específica de aplicación y descargar al procesador principal de determinadas tareas de gestión hardware.
Sistema operativo Linux
El módulo COM Express ejecuta Linux, proporcionando un entorno flexible para el desarrollo de aplicaciones industriales.
Linux permite implementar servicios de comunicaciones, interfaces gráficas, almacenamiento, registro de datos, diagnóstico, gestión de red y aplicaciones específicas de control.
La plataforma resulta especialmente adecuada para sistemas que requieren combinar una HMI avanzada con comunicaciones y adquisición de datos.
Adquisición analógica de 24 bits
El sistema incorpora canales ADC aislados con una resolución de 24 bits, destinados a la adquisición de señales analógicas de alta resolución.
Estos canales permiten conectar sensores y transductores analógicos manteniendo aislamiento eléctrico entre la electrónica de control y las señales de campo.
La elevada resolución permite utilizar la plataforma en aplicaciones donde sea necesario detectar pequeñas variaciones de las señales adquiridas.
Salidas analógicas de 16 bits
La plataforma incorpora canales DAC aislados de 16 bits, permitiendo generar señales analógicas con elevada resolución.
Los canales pueden configurarse para trabajar como salidas de tensión o corriente, facilitando su adaptación a diferentes tipos de instrumentación, actuadores y sistemas industriales.
Esta característica permite utilizar una misma electrónica para controlar periféricos con diferentes estándares de señal analógica.
Canales analógicos aislados
Tanto las entradas ADC como las salidas DAC disponen de aislamiento, proporcionando separación eléctrica entre los circuitos de campo y la electrónica principal.
El aislamiento mejora la robustez frente a diferencias de potencial, perturbaciones eléctricas y determinados problemas asociados a bucles de masa.
Esta característica resulta especialmente relevante en sistemas industriales distribuidos.
Entradas digitales aisladas
El sistema incorpora entradas digitales aisladas para adquirir estados procedentes de sensores, contactos, señales de control y otros dispositivos externos.
Estas entradas son gestionadas mediante la FPGA, permitiendo una integración directa con la lógica de control de la aplicación.
Salidas mediante relés electromecánicos
La plataforma dispone de salidas digitales mediante relés electromecánicos, adecuadas para controlar cargas externas y proporcionar aislamiento galvánico.
Los relés permiten disponer de contactos físicos para interactuar con elementos de campo sin conexión eléctrica directa entre el circuito de control y la carga.
Salidas mediante relés de estado sólido
Además de los relés electromecánicos, el sistema incorpora SSR (Solid State Relays).
Los relés de estado sólido permiten realizar conmutaciones electrónicas sin elementos mecánicos móviles y resultan adecuados para aplicaciones donde se requiera una elevada frecuencia de actuación o un gran número de ciclos.
La disponibilidad de ambas tecnologías permite seleccionar el tipo de salida más adecuado para cada carga.
Hasta 12 puertos serie aislados
El equipo dispone de hasta 12 interfaces de comunicaciones serie aisladas, proporcionando una elevada capacidad de conexión con periféricos industriales.
Las comunicaciones pueden incluir interfaces RS232 y RS485, permitiendo integrar instrumentación, sensores, controladores y otros equipos.
El aislamiento de los puertos incrementa la robustez de la plataforma cuando los dispositivos conectados se encuentran distribuidos por diferentes zonas de una instalación.
Comunicaciones RS232
Las interfaces RS232 permiten conectar directamente periféricos y equipos que utilizan comunicaciones serie punto a punto.
Esta capacidad facilita la integración con instrumentación y dispositivos existentes, especialmente en instalaciones industriales con interfaces legacy.
Comunicaciones RS485
Los puertos RS485 proporcionan comunicaciones diferenciales robustas, especialmente adecuadas para entornos industriales.
RS485 permite trabajar con mayores distancias y proporciona una mayor inmunidad frente a determinadas perturbaciones eléctricas que una interfaz serie convencional.
Hasta tres puertos Ethernet Gigabit
La plataforma incorpora hasta tres interfaces Ethernet 1 Gigabit, proporcionando conectividad de alta velocidad para integración con redes industriales, servidores, sistemas de supervisión y otros equipos.
La disponibilidad de varios puertos permite separar físicamente diferentes redes o segmentos de comunicaciones.
Por ejemplo:
- Red de control
- Ethernet 1
- Red de supervisión
- Ethernet 2
- Red de mantenimiento / servicios
- Ethernet 3
Esta separación aporta flexibilidad en el diseño de la arquitectura de comunicaciones.
Pantalla táctil panorámica de 10 pulgadas
El frontal incorpora una pantalla táctil de 10” en formato apaisado, gestionada por la plataforma x86.
La pantalla permite implementar una HMI local completa desde la que visualizar variables, estados, alarmas, gráficos y parámetros de funcionamiento.
También puede utilizarse para configuración, diagnóstico, mantenimiento y control manual del sistema.
La combinación de Linux y una pantalla de gran formato facilita el desarrollo de interfaces gráficas avanzadas.
HMI integrada
La interfaz gráfica puede centralizar la información procedente de los diferentes subsistemas.
El operador puede disponer en una única pantalla de:
- Estados digitales
- Variables analógicas
- Salidas de control
- Comunicaciones
- Alarmas
- Diagnóstico
- Configuración
Esto permite utilizar el equipo como una estación autónoma de control y monitorización sin necesidad de instalar un ordenador externo.
Indicadores LED
El frontal incorpora LED de alimentación y estado para proporcionar información visual inmediata sobre el funcionamiento del sistema.
Los indicadores pueden utilizarse para representar alimentación, ejecución, comunicaciones, alarmas y otros estados relevantes de la aplicación.
Plataforma de adquisición y control
La arquitectura permite realizar simultáneamente funciones de adquisición, procesamiento y actuación.
El flujo básico puede representarse como:
- Sensores
- ADC / entradas digitales
- FPGA
- COM Express x86
- Linux
- Aplicación de control
y para las salidas:
- Aplicación
- x86
- FPGA
- DAC / SSR / relés
- Actuadores
De esta forma, el mismo dispositivo puede actuar como sistema de adquisición, controlador y HMI.
Aislamiento para entornos industriales
Una característica importante de la plataforma es el aislamiento de las principales interfaces de campo.
Los canales analógicos y las interfaces de comunicación están diseñados para proporcionar separación eléctrica respecto a la electrónica principal.
Esto facilita su utilización en instalaciones complejas donde diferentes equipos pueden trabajar con referencias eléctricas distintas.
Ventajas principales
- Arquitectura híbrida COM Express x86 + FPGA
- Sistema operativo Linux
- FPGA dedicada a la gestión de periféricos y E/S
- ADC aislados de 24 bits
- DAC aislados de 16 bits, configurables en tensión o corriente
- Entradas digitales aisladas
- Salidas mediante relés electromecánicos y SSR
- Hasta 12 puertos serie aislados RS232/RS485
- Hasta 3 puertos Ethernet Gigabit
- Pantalla táctil panorámica de 10 pulgadas
- HMI local integrada
- Arquitectura modular y escalable
- Integración de adquisición, procesamiento, comunicaciones y actuación en un único equipo
Aplicaciones
El sistema está orientado a control industrial, adquisición de datos, monitorización de instalaciones, automatización de maquinaria, bancos de ensayo, control de infraestructuras, instrumentación, sistemas de supervisión y gateways industriales avanzados.
La combinación de x86 + FPGA + Linux resulta especialmente interesante para aplicaciones que requieren simultáneamente una elevada capacidad de procesamiento, numerosas interfaces de campo y una HMI local.
Especificaciones técnicas
| Tipo | Sistema industrial de control y monitorización |
|---|---|
| Arquitectura principal | x86 |
| Módulo de procesamiento | COM Express |
| Coprocesamiento / gestión de E/S | FPGA |
| Sistema operativo | Linux |
| Pantalla | Táctil de 10” |
| Formato de pantalla | Apaisado |
| Ethernet | Hasta 3 puertos |
| Velocidad Ethernet | 1 Gigabit |
| Interfaces serie | Hasta 12 puertos |
| Comunicaciones serie | RS232 / RS485 |
| Aislamiento serie | Sí |
| Entradas analógicas | ADC aislados |
| Resolución ADC | 24 bits |
| Salidas analógicas | DAC aislados |
| Resolución DAC | 16 bits |
| Configuración DAC | Tensión / corriente |
| Entradas digitales | Sí |
| Aislamiento entradas | Sí |
| Salidas digitales | Sí |
| Relés electromecánicos | Sí |
| Relés de estado sólido | SSR |
| Gestión de periféricos | Mediante FPGA |
| Interfaz de usuario | HMI táctil |
| Indicadores | LED de alimentación y estado |
| Procesamiento | Local mediante x86 |
| Aplicación | Control, adquisición y monitorización industrial |
