Nem todo mundo está familiarizado com a opção de design personalizado. A maioria dos controladores industriais não precisa de espaço profundo na forma de uma funcionalidade única ou gabinete de design . Com a escolha bem-sucedida de um empreiteiro que tenha os desenvolvimentos necessários, os protótipos podem ser feitos em 2 a 3 meses e, depois de alguns meses, a produção em série pode ser iniciada. O desenvolvimento pode compensar devido ao uso de componentes de hardware baratos e à implementação do número necessário de funções para um projeto específico. O complexo de equipamentos da instalação consistirá em um número mínimo de dispositivos (geralmente um), o que significa que haverá menos trabalho de montagem, instalação e comissionamento.
O desenvolvimento de hardware personalizado há muito deixou de ser domínio de clientes selecionados com orçamentos enormes. Entretanto, há uma série de recursos com os quais é melhor se familiarizar por experiência
Etapa 1. Existe um produto acabado?
Você pode economizar muito dinheiro escolhendo equipamentos para o projeto, por exemplo, neste serviço .
O controlador selecionado deve ser compatível com o sistema de nível superior e suportar todos os dispositivos de objeto. Exceto para as soluções fechadas de um único fabricante, o problema de compatibilidade é resolvido pelo suporte dos protocolos necessários no controlador (por seu desenvolvedor), ou pelo suporte no sistema de nível superior dos protocolos "conectados" ao controlador.
A pesquisa pode falhar neste estágio. Em seguida, vai se transformar em uma "visão geral do mercado", o que certamente não faz mal. Principalmente se no final for decidido começar a desenvolver seu próprio dispositivo. E soluções técnicas bem-sucedidas usadas em produtos acabados
Etapa 2. Escolha de um empreiteiro: "Quando, quanto e como" e proteção contra a "greve italiana"
Se você decidir desenvolver seu próprio equipamento e não houver empreiteiros por perto, é hora de procurar um. O melhor lugar para começar é com empresas que já estão produzindo o que você precisa. É importante entender se você precisa de direitos de desenvolvimento, códigos-fonte para documentação de design (CD) e software embarcado (VPO), ou basta ter um exclusivo (para o território de implementação, design, ...). As empresas de desenvolvimento podem se recusar a trabalhar nos termos de interesse do cliente ou oferecer preços protetores. A opção mais barata pode não ser um desenvolvimento completo, mas uma revisão ou entrega OEM de equipamentos sob sua marca. No entanto, essa opção também traz um risco - você pode tornar-se um concorrente.
Se o acordo não deu certo, você precisa procurar um contratante nas recomendações, ou na web para o pedido "contrato de desenvolvimento de eletrônicos". Para ajudar no trabalho com os candidatos, faça perguntas na lista de verificação abaixo.
Para o (s) contratante (s) pré-selecionado (s), os requisitos de equipamento principal devem ser formulados. Quanto mais detalhados os requisitos, mais fácil será determinar o custo do trabalho e o tempo de desenvolvimento das amostras. Você também pode mostrar ao (s) empreiteiro (s) exemplos de equipamentos acabados de interesse.
É necessário sair da reunião com um potencial parceiro com uma resposta à pergunta "quando quanto?" Isso costuma ser esquecido. As expectativas do cliente (preços, termos) podem acabar sendo muito menores do que as solicitações do contratante. Se no final conseguimos sincronizá-los, pode proceder à coordenação:
- conceito de tese: TK em grandes cursos, prazos, custo de desenvolvimento,
- preços de produtos em lotes, prazos de entrega,
- termos do contrato (direitos, fontes, exclusividade).
Nem tudo pode ser fixado em um contrato. O empreiteiro pode convocar uma "greve italiana" pela qual não pode ser punido. Além disso, pode haver dificuldades imprevistas ou novos requisitos, que terão que funcionar mais do que o combinado. Para se proteger contra esses problemas, você pode usar princípios simples:
- Ao escolher um empreiteiro, é necessário o contato humano. Não existem clientes e empreiteiros ideais, mas é absolutamente possível encontrar um parceiro com quem você se sinta confortável em trabalhar.
- É ótimo se o empreiteiro toma a iniciativa e está sinceramente “torcendo” pelo caso (você pode entender pela resposta à pergunta “como você resolveu problemas sérios no passado?”).
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3. IIoT
Somente o cumprimento integral do resultado do desenvolvimento do TK é a base para a aceitação da obra e o pagamento final. Mudanças nos requisitos após a conclusão do contrato podem ser dolorosas, portanto, é muito importante trabalhar com responsabilidade no texto dos TOR de ambos os lados. O custo de um erro nas fases subsequentes será significativamente mais alto.
Aprovação de tipo construtivo
Como você sabe, "o dispositivo não deve funcionar em princípio, mas no caso." O início da discussão do TK a partir do caso permitirá que ambas as partes imaginem desde os primeiros minutos que tipo de dispositivo resultará no final.
Para cada aplicativo e projeto, seu próprio formato é ideal:
- Para engenharia de energia, automação industrial e contabilidade de recursos, são usadas caixas em um trilho DIN de 35 mm. Talvez o formato mais popular para a IoT industrial, no entanto, não é uma solução mágica para todos os casos;
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Freqüentemente, a construção é escolhida por analogia com dispositivos prontos (do mercado). Em alguns casos, isso é um erro, pois uma caixa de marca cara (com processamento, marcação, sistema de conexão, etc.) pode custar até 50% do custo do produto. Para referência: uma parcela semelhante para um caso de orçamento pode ser inferior a 5%.
Escolha de um núcleo de processador
Dispositivos low-end geralmente usam microcontroladores de chip único (MCU), com memória de acesso aleatório (RAM) e ROM (Flash) em um pacote. A maioria dos dispositivos é executada em um sistema operacional (SO) compacto, como FreeRTOS ou TNKernel, e pode funcionar sem um SO. Vamos chamá-los de controladores RTOS.
Controladores mais poderosos usam um processador (CPU) com RAM externa e chips Flash. A maioria desses dispositivos usa versões diferentes do sistema operacional Linux (controladores Linux) ou sistemas operacionais menos comuns, como VxWorks ou Windows CE (não considerado aqui). Não é tão fácil fazer uma placa em um processador moderno: em uma placa de 4 a 10 camadas, você precisa colocar vários pacotes BGA com requisitos bastante rígidos de potência, geometria e comprimento de trilha. Para simplificar a vida dos desenvolvedores, centenas de módulos processadores são oferecidos, que podem ser feitos na forma de uma placa-filha com conectores ou contatos de borda soldada (veja abaixo).
Também aparecem no mercado sistemas sobre chips (SoCs), contendo um processador e grande memória, suficiente para rodar Linux. O layout SoC é significativamente mais simples do que o conjunto CPU + RAM + FLASH. Além disso, os SoCs podem ser muito orçamentários.
Abaixo estão especificações e preços típicos para vários exemplos de núcleos de processador ARM que podem ser usados em controladores IIoT.
Freqüentemente, justifica-se o uso de dois processadores em um controlador : um poderoso para aplicativos que usam muitos recursos e um pequeno processador de um único chip para aplicativos simples de tempo real.
Harmonização dos requisitos de energia
Dependendo do tipo de objeto, são determinados os requisitos para a fonte de alimentação, que pode ser externa ou integrada ao dispositivo:
- uso doméstico / escritório, energia - ~ 220 / 380V,
- telecom - 36 ... 72V (energia da estação) e PoE,
- automação industrial - 18 ... 36V,
Uma fonte de alimentação isolada é freqüentemente danificada pela secagem dos capacitores eletrolíticos. Houve um caso em que ocorreu uma avaria maciça de equipamento literalmente seis meses após o início da operação. Por este motivo, o contratante deve ter experiência no desenvolvimento de sistemas de potência e conhecer seus "pontos fracos", ... ou utilizar conversores caros, cuja qualidade é garantida pelo nome do fabricante.
Muitas aplicações requerem energia de reserva de um minuto (reserva de curto prazo para sinalizar uma falha de energia) a várias horas / dias (segurança e segurança industrial). Para implementar uma reserva de curto prazo hoje supercapacitores popularescom vida útil de até 15 anos e resistência a temperaturas negativas. O backup de longo prazo requer baterias, geralmente à base de lítio.
Todos os dispositivos russos exigem certificados EAC para segurança elétrica e compatibilidade eletromagnética. Para passar no teste, você precisa saber como projetar filtros e layout de placa, bem como escolher os componentes certos.
Portas de comunicação
As interfaces comuns usadas em controladores IIoT são mostradas na tabela abaixo. A escolha de tipos e quantidades - para a tarefa e o orçamento.
| Para comunicação em uma rede IP | Para comunicação por meio de um HUB intermediário | Para comunicação local no local |
| * Ethernet com fio | * RS485 / 422 | RS232 |
| Célula 2G / GPRS ... 4G / LTE | * LATA | USB |
| Ethernet ótica | PLC (G3, Prime) | 1 fio, s-wire (para sensores digitais) |
| GPON óptico | Rádio: LoRA, NB-Fi (Rus), UNB | Rádio: Zigbee, 6loWPAN, ISM 433/868/2400 Mhz |
* também pode ser usado para comunicação local com equipamentos nas instalações
Entradas e saídas
Para conectar os sensores, os controladores são equipados com entradas discretas, contáveis e analógicas. As entradas analógicas podem ser potenciais (por exemplo, em 0..10 VCC ou isoladas em 220 VCA) ou corrente (4..20 mA, NAMUR, "incêndio"). Para implementar as saídas, são utilizados relés (convencionais e semicondutores, por exemplo, opto-simistores ), bem como transistores conectados segundo o esquema "coletor aberto" (OK).
No caso de uso de linhas longas, ou se houver requisitos especiais, as entradas e saídas podem ser realizadas com isolamento galvânico individual ou em grupo.
Para reduzir o tamanho e economizar conectores, eles usam portas universais que executam funções diferentes dependendo das configurações e usam os mesmos pinos. Por exemplo, uma entrada discreta com uma função de saída OK.
Indicação
Por muito tempo nos dispositivos IIoT, bastava usar vários LEDs. Os controladores mais avançados usavam "TVs" - uma linha de indicadores LED de sete segmentos, eletroluminescentes, texto ou gráficos LCD. Mas a partir das "TVs" com mais freqüência ainda se recusou por causa de seu alto custo e pouco uso em operação.
Hoje, as "TVs" estão literalmente na moda em todos os lugares: de carros a "casas inteligentes". Existem cada vez mais competições em que a presença de uma tela é obrigatória para dispositivos IIoT.
A boa notícia é que o custo dos LCDs ou OLEDs está diminuindo e a potência do processador necessária para a saída gráfica está aumentando. Por este motivo, "TV" deixou de ser uma opção cara.
O alinhamento
É uma boa prática desenvolver não apenas um dispositivo, mas uma linha inteira. No mínimo, isso requer o desenvolvimento de apenas uma placa, projetada para a configuração máxima. Outras versões, mais orçamentárias, serão soldadas na mesma placa, mas com menos peças. Parte da placa ficará vazia, mas isso não é um problema (o PCB é barato).
Aconselho você a adicionar este item ao TK.
Requisitos de firmware
O desenvolvimento de malware pode levar até 80% do tempo de implementação de todo o projeto. Como esta postagem é sobre hardware, vou me limitar a listar as principais funções que devem ser implementadas em quase qualquer controlador IIoT:
- Troca de dados com o sistema de nível superior, incluindo a transmissão de notificações de emergência;
- Troca de dados com dispositivos e sensores downstream;
- Controle dos mecanismos executivos;
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Se o TK for acordado, é hora de assinar um contrato com anexos (TK, cronograma com preços, metodologia de teste, ...) e iniciar a implementação.
O desenvolvimento de um novo controlador IIoT é um projeto relativamente pequeno, para o sucesso do qual, no entanto, é necessário um trabalho coordenado dos funcionários do cliente e do contratado. Da parte do cliente, um gerente de projeto é imediatamente necessário e, posteriormente, um engenheiro de teste (você não pode fazer um produto sem um teste independente). Além disso, o desenvolvimento é normalmente transferido "no estado em que se encontra". Após a assinatura dos autos e pagamento da obra, é difícil comprovar a necessidade de correção da garantia.
Centenas de livros foram escritos sobre gerenciamento de projetos. No contexto do desenvolvimento do controlador, destaco os seguintes pontos obrigatórios:
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Bons formulários de documentos de gerenciamento de projetos estão aqui .
Conclusão
Você não pode fazer um bom trabalho com as mãos nos bolsos. Você tem que trabalhar muito, assumir riscos e às vezes ir além.
Uma dessas oportunidades para um projeto IIoT é o uso de controladores personalizados. Para implementá-lo, o cliente precisa passar por três etapas rápidas:
- análise de mercado,
- seleção de um contratante (por exemplo, nós ),
- coordenação de especificações técnicas.
O próximo passo é trabalhar com a contratada selecionada: desenvolvimento de protótipos, produção e suporte. Os preços dos controladores personalizados, sua instalação e comissionamento podem ser significativamente mais baixos em comparação com o uso de equipamentos disponíveis no mercado. Os valores adicionais para o cliente serão:
- desenvolvimento de sua própria marca,
- implementar um conjunto específico de funções de hardware, e
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