Scegliere lo Standard Giusto per il Computer-on-Module per le Apparecchiature di Automazione Industriale

L'automazione industriale richiede una vasta gamma di sistemi elettronici avanzati, dalle piattaforme di controllo delle macchine e analisi dei dati alle linee di assemblaggio robotiche, sistemi di ispezione visiva, interfacce uomo-macchina (HMI) e altro ancora. All'interno di questi sistemi, l'elaborazione avanzata all'edge è essenziale per interfacciarsi con un insieme diversificato di periferiche e elaborare i dati con una latenza minima per garantire che le apparecchiature rimangano sicure e altamente efficienti.

Inoltre, questi sistemi devono operare in modo affidabile in ambienti industriali difficili, poiché qualsiasi tempo di inattività riduce le opportunità di generazione di entrate per i produttori. Per massimizzare il tempo di attività, le architetture modulari delle apparecchiature offrono un servizio più rapido attraverso componenti facili da sostituire. Con la giusta pianificazione, la modularità facilita anche gli aggiornamenti che possono estendere i cicli di vita delle apparecchiature per massimizzare ulteriormente le entrate.

Questo blog offre un'introduzione agli standard aperti dei computer-on-module (COM) come approccio per abilitare l'elaborazione all'edge aggiornabile. Fornirà quindi indicazioni sui criteri di selezione per le apparecchiature di automazione industriale e illustrerà le implicazioni a lungo termine della scelta dello standard COM confrontando due diversi COM che utilizzano lo stesso processore.

I vantaggi dei COM nell'automazione industriale

Il design basato su COM prende le risorse di calcolo principali di un sistema e le colloca tutte su un singolo modulo che può essere facilmente rimosso e sostituito. Questo semplifica notevolmente le riparazioni minimizzando i tempi di inattività rispetto ai sistemi monolitici in cui i processori sono saldati direttamente sulle schede madri. Allo stesso modo, questo approccio supporta aggiornamenti del processore più semplici per estendere i cicli di vita delle apparecchiature guidando anche i sistemi nell'era moderna.

I COM commerciali pronti all'uso (COTS) basati su standard aperti offrono diversi vantaggi aggiuntivi rispetto ai design completamente personalizzati quando si accelerano le riparazioni o gli aggiornamenti delle apparecchiature:

• Le piattaforme di calcolo pronte all'uso offrono un time-to-market più rapido e disponibilità dei componenti semplificando lo sviluppo.
• L'integrazione standardizzata promuove una maggiore interoperabilità tra diversi chipset di elaborazione e soluzioni di più fornitori, riducendo le criticità della catena di approvvigionamento.
• Alti livelli di integrazione spesso supportano la robustezza di grado industriale, con alcuni fornitori che offrono pre-certificazione contro urti e vibrazioni, ad esempio.

Conosciuti anche come system-on-module (SOM), i COM sono tipicamente montati su una scheda portante specifica per l'applicazione che fornisce accesso a porte di connessione esterne, display e altre funzionalità rivolte all'operatore. Mantenendo lo stesso design della scheda portante e semplicemente sostituendo il COM con uno dello stesso standard e pinout, i produttori possono facilmente aggiornare le linee di prodotto con modifiche hardware minime su più generazioni di prodotti, risparmiando tempo e costi di sviluppo significativi. Tuttavia, la scelta dello standard COM e il design iniziale della scheda portante determinano le interfacce disponibili per l'applicazione, quindi queste decisioni hanno implicazioni a lungo termine.

SMARC vs COM Express: Prestazioni e implementazione pratica

Sebbene siano disponibili molti standard COM aperti, SMARC e COM Express presentano due standard ben adatti per ambienti industriali. Entrambi offrono interfacce ad alta velocità come PCI Express (PCIe), USB ed Ethernet Gigabit (GbE) per supportare le periferiche ad alta larghezza di banda dei sistemi industriali, ma ci sono differenze fondamentali tra loro.

Tipicamente, SMARC offre un ampio supporto Arm e x86 a basso consumo e si rivolge a dispositivi più piccoli e a basso consumo, con I/O focalizzati sulla visione come MIPI-CSI per telecamere e LVDS per display a pannello piatto che lo rendono ideale per implementazioni mobili. Al contrario, COM Express comprende diversi sottotipi che supportano prevalentemente processori x86 ad alte prestazioni e I/O a larghezza di banda più elevata. Questo aumenta la versatilità dell'applicazione a scapito di un consumo energetico tipicamente più elevato. I sottotipi COM Express offrono un compromesso tra dimensioni della scheda, segnalazione e involucri di potenza. La Tabella 1 riassume come queste differenze influenzano sia il design della scheda portante che l'idoneità di SMARC vs COM Express Type 6 Compact per applicazioni specifiche di automazione industriale.

Tabella 1: Confronto dell'effetto dello standard COM sul design della scheda portante e sull'area di applicazione.

Quando si punta a ridurre i tempi di inattività e facilitare gli aggiornamenti, l'ampio supporto Arm e x86 a basso consumo di SMARC aumenta la flessibilità di sostituzione del COM con una riduzione minima o nulla del redesign della scheda portante—anche se alcune differenze di I/O potrebbero richiedere attenzione durante la configurazione iniziale. Tuttavia, le minori corsie ad alta velocità di SMARC impostano un limite di prestazioni inferiore rispetto a COM Express, limitando la funzionalità. In alternativa, COM Express presenta un'alternativa più flessibile e potente a SMARC, con un ecosistema maturo che può essere utile quando si cercano moduli di ricambio. Tuttavia, i chipset con TDP più elevati possono rendere più difficile creare apparecchiature sigillate e senza ventola che richiedono meno manutenzione, aumentando i requisiti di routine per i tempi di inattività.

Come gli standard COM definiscono la funzionalità delle apparecchiature

Per illustrare l'importanza della scelta dello standard COM nella progettazione di apparecchiature di automazione industriale, il seguente confronto presenta due diversi COM con processori identici ma potenzialità molto diverse.

Il SOM-SMARC-ASL e il SOM-COMe-CT6-ASL di SECO, di grado industriale, sono entrambi basati sui processori della serie Intel Atom® x7000RE—nome in codice Amston Lake—e supportano la funzionalità TSN (Time Sensitive Networking) e TCC (Time Coordinated Computing) che sono essenziali per compiti di automazione strettamente coordinati. Mentre entrambi i COM presentano un controller grafico Intel UHD integrato che supporta fino a 3 display indipendenti, un'analisi più approfondita—mostrata nella Tabella 2—rivela il focus del SOM-SMARC-ASL su grafica e networking e lo spostamento del SOM-COMe-CT6-ASL verso interfacce periferiche ad alta velocità e di archiviazione di massa.

Tabella 2: Un confronto delle implementazioni Intel Atom x7000RE su diversi standard COM.

Esaminando entrambi i COM in questo modo, è più facile vedere perché SMARC è più adatto per gateway IoT e HMI compatti e COM Express prospera nei sistemi di assemblaggio e ispezione automatizzati—nonostante i processori identici al cuore di ciascun COM. Per il SOM-COMe-CT6-ASL, l'elevata prestazione per watt dei processori Intel Atom facilita anche i requisiti di gestione termica, consentendo design più compatti rispetto alle soluzioni COM Express tipiche.

Tuttavia, è importante capire perché scegliere lo standard COM giusto è più importante dei chipset specifici per minimizzare i tempi di inattività ed estendere i cicli di vita delle apparecchiature: i chipset e le prestazioni possono essere aggiornati, ma la funzionalità di base è impostata dalla scheda portante e dallo standard COM che vi si trova sopra.

Ulteriori dettagli sulle soluzioni basate su SMARC e COM Express costruite su processori Intel Atom sono disponibili sulle pagine dei prodotti di SECO.

Se queste considerazioni architettoniche sono rilevanti per la tua roadmap, contattaci per avviare una discussione tecnica ed esplorare quale approccio si adatta meglio ai requisiti specifici della tua applicazione.