Esta carrier board COM Express convierte un módulo x86 en un computador industrial embebido y en una tarjeta de adquisición industrial: E/S analógicas aisladas de 24 y 16 bits, RS485 aislado y RS422, Gigabit Ethernet industrial y Linux embebido o QNX en el x86, con FreeRTOS en el ARM. Esa combinación de procesamiento y control en tiempo real la hace adecuada para Edge Computing industrial e Industria 4.0.
La tarjeta integra una amplia variedad de interfaces: 4 puertos Gigabit Ethernet, 12 canales serie RS232/RS485/RS422 aislados y configurables, entradas y salidas analógicas de alta resolución, E/S digitales, relés, HDMI, DisplayPort, LVDS, PC/104 y almacenamiento mSATA y CompactFlash.
La arquitectura permite ejecutar Linux o QNX sobre el procesador x86 y FreeRTOS sobre el subsistema ARM, separando las aplicaciones de alto nivel de aquellas funciones que necesitan comportamiento determinista y control en tiempo real.
Arquitectura heterogénea x86 + ARM
El sistema combina dos entornos de procesamiento complementarios.
El módulo COM Express x86 proporciona la capacidad de cálculo necesaria para ejecutar sistemas operativos avanzados, interfaces gráficas, comunicaciones de red, almacenamiento, aplicaciones de usuario y algoritmos de procesamiento.
Paralelamente, el subsistema ARM con FreeRTOS permite gestionar tareas críticas de adquisición, supervisión de señales, control de periféricos y procesos que requieren tiempos de respuesta deterministas.
Esta separación permite combinar la flexibilidad de un computador industrial x86 con las ventajas de un controlador embebido en tiempo real dentro de una única plataforma.
Módulo COM Express
La utilización de un Computer-on-Module COM Express proporciona una arquitectura modular y facilita la evolución de la capacidad de procesamiento sin necesidad de rediseñar completamente la electrónica de interfaces.
El módulo concentra procesador, memoria y recursos principales del sistema, mientras que la carrier board proporciona las interfaces específicas necesarias para la aplicación.
Esta arquitectura resulta especialmente adecuada para desarrollar equipos industriales con ciclos de vida prolongados, permitiendo evolucionar el procesador manteniendo gran parte del diseño electrónico y de las interfaces del producto.
Linux y QNX
El procesador x86 puede ejecutar Linux o QNX, permitiendo adaptar la plataforma a las necesidades de cada aplicación.
Linux proporciona un entorno flexible para comunicaciones, interfaces gráficas, almacenamiento, procesamiento y aplicaciones Edge.
QNX permite desarrollar sistemas que requieren un entorno operativo orientado al tiempo real, robustez y comportamiento determinista.
El subsistema ARM utiliza FreeRTOS, proporcionando un segundo nivel de ejecución en tiempo real para el control directo de determinadas interfaces y periféricos.
4 puertos Gigabit Ethernet
La plataforma incorpora hasta 4 interfaces Gigabit Ethernet (1 GbE).
La disponibilidad de múltiples interfaces Ethernet permite separar físicamente diferentes redes y desarrollar arquitecturas con conexiones independientes para control, supervisión, mantenimiento o comunicación con otros equipos.
Esta característica resulta especialmente interesante para gateways industriales, controladores de máquina, sistemas Edge y equipos que actúan como punto de interconexión entre varias redes.
12 interfaces RS232 / RS485 / RS422 aisladas
El sistema incorpora hasta 12 canales de comunicaciones serie aislados, configurables como RS232, RS485 o RS422.
La configuración puede modificarse en tiempo de ejecución, permitiendo adaptar cada canal a diferentes equipos y protocolos sin necesidad de modificar físicamente el hardware.
El aislamiento eléctrico mejora la robustez de las comunicaciones y protege los diferentes dominios electrónicos frente a diferencias de potencial y perturbaciones presentes en instalaciones industriales.
Esta elevada densidad de puertos permite conectar simultáneamente instrumentación, sensores, actuadores, controladores y equipos legacy utilizando una única plataforma.
Adquisición analógica de alta resolución
La tarjeta incorpora 12 canales de entrada analógica aislados con resolución de 24 bits, destinados a aplicaciones que requieren adquisición de señales de elevada precisión.
La alta resolución permite digitalizar pequeñas variaciones de las señales procedentes de sensores e instrumentación.
El aislamiento de los canales contribuye a reducir problemas asociados a masas, diferencias de potencial e interferencias entre la electrónica de adquisición y los equipos externos.
La plataforma puede utilizarse como base para sistemas de adquisición de datos, instrumentación, monitorización y control de procesos industriales.
12 salidas analógicas de 16 bits
El sistema dispone además de 12 canales de salida analógica aislados con resolución de 16 bits.
Estas salidas permiten generar señales analógicas de precisión para controlar equipos externos, establecer referencias, gobernar actuadores o interactuar con instrumentación.
La combinación de 12 entradas ADC de 24 bits y 12 salidas DAC de 16 bits proporciona una plataforma completa tanto para adquisición como para generación de señales analógicas.
Entradas digitales configurables
La electrónica incorpora 8 entradas digitales configurables para la adquisición de estados procedentes de sensores, contactos, equipos externos y señales de proceso.
Estas entradas pueden ser gestionadas por el sistema de control y utilizarse para generar eventos, alarmas o acciones específicas dentro de la aplicación.
La integración con el subsistema ARM permite implementar mecanismos de supervisión y respuesta local sin depender exclusivamente del sistema operativo ejecutado por el procesador x86.
Salidas mediante relé
La plataforma dispone de 8 salidas de relé, divididas en:
- 4 relés de estado sólido (SSR), adecuados para aplicaciones que requieren conmutación rápida y elevada vida útil
4 relés electromecánicos, destinados a aplicaciones donde se requiere aislamiento galvánico mediante contacto físico y capacidad para gobernar diferentes tipos de cargas.
Esta combinación proporciona flexibilidad para controlar actuadores, señalización, alimentación de equipos y otros elementos externos.
Interfaces de vídeo HDMI, DisplayPort y LVDS
La plataforma proporciona diferentes interfaces de vídeo para adaptarse tanto a monitores comerciales como a displays integrados en el propio equipo.
Las salidas HDMI y DisplayPort permiten conectar monitores externos de alta resolución, mientras que la interfaz LVDS facilita la integración directa de paneles LCD en sistemas embebidos.
Esto permite desarrollar equipos con HMI local, interfaces gráficas de operador, paneles de diagnóstico y sistemas de visualización industrial.
Almacenamiento mSATA y CompactFlash
La electrónica dispone de interfaces de almacenamiento mSATA y CompactFlash, proporcionando diferentes alternativas para el sistema operativo, aplicaciones y almacenamiento persistente de datos.
El almacenamiento local puede utilizarse para conservar configuraciones, bases de datos, históricos de adquisición, registros de funcionamiento, alarmas y logs.
La disponibilidad de diferentes tecnologías de almacenamiento permite adaptar la configuración a los requisitos de capacidad, rendimiento y ciclo de vida de cada aplicación.
Interfaz PC/104
La incorporación de una interfaz PC/104 proporciona capacidad adicional de expansión y compatibilidad con hardware industrial especializado.
Esta interfaz permite incorporar módulos adicionales de adquisición, comunicaciones o control cuando las necesidades de una aplicación concreta superan las funcionalidades integradas directamente en la tarjeta.
La combinación de COM Express y PC/104 proporciona una arquitectura especialmente flexible para desarrollar diferentes variantes de producto sobre una plataforma común.
Procesamiento Edge y control en tiempo real
Una de las principales ventajas de la plataforma es la posibilidad de distribuir las funciones entre los diferentes procesadores.
El sistema x86 puede ejecutar aplicaciones de alto nivel, almacenamiento, interfaces gráficas, algoritmos, bases de datos y comunicaciones, mientras que el ARM puede encargarse de funciones de control determinista, adquisición de señales y supervisión de E/S en tiempo real.
Esta arquitectura permite procesar la información directamente en el equipo antes de transmitirla a sistemas superiores, convirtiendo la plataforma en una solución adecuada para aplicaciones de Industrial Edge Computing.
Aplicaciones
La plataforma está especialmente indicada para automatización industrial, control de maquinaria, adquisición de datos, bancos de ensayo, gateways industriales, sistemas HMI, instrumentación, control de procesos, sistemas de test, Edge Computing e Industria 4.0.
La combinación de gran capacidad de procesamiento, comunicaciones industriales, adquisición analógica de precisión y numerosas E/S permite utilizar una misma arquitectura electrónica como base para diferentes familias de equipos.
Especificaciones técnicas
| Arquitectura principal | COM Express |
|---|---|
| Procesador principal | x86 |
| Procesador de tiempo real | ARM |
| SO x86 | Linux / QNX |
| SO ARM | FreeRTOS |
| Ethernet | 4 × Gigabit Ethernet |
| Puertos serie | 12 × RS232 / RS485 / RS422 |
| Aislamiento serie | Sí |
| Configuración serie | Dinámica / en tiempo de ejecución |
| Entradas analógicas | 12 canales aislados |
| Resolución ADC | 24 bits |
| Salidas analógicas | 12 canales aislados |
| Resolución DAC | 16 bits |
| Entradas digitales | 8 configurables |
| Salidas de relé | 8 |
| Relés SSR | 4 |
| Relés electromecánicos | 4 |
| Vídeo | HDMI / DisplayPort / LVDS |
| Almacenamiento | mSATA / CompactFlash |
| Expansión | PC/104 |
| Aplicaciones | Control, DAQ, HMI, gateway y Edge Computing |
