Nella fabbrica digitale, dove IIoT e Industria 4.0 sono ormai la regola, funzioni e ruolo del gateway industriale stanno diventando sempre più centrali per l''implementazione di alcune l'attuazione di alcuni task essenziali.
Prima di tutto, la raccolta dati: questo passaggio è imprescindibile per fornire una visione mirata delle operazioni, anche attingendo da dispositivi legacy privi di connettività.
A seguire, il monitoraggio dei consumi di energia elettrica è cruciale nei contesti building e factory, con la crescente diffusione di sistemi di accumulo di energia e la necessità sempre più forte di ottimizzare l'uso dell'energia, come nel settore HVAC. Il controllo remoto e la visibilità su questi sistemi rendono possibili la diagnostica e la manutenzione predittiva, contribuendo a ridurre i costi e migliorare il servizio clienti.
Infine, l'analisi e la valutazione dei dati raccolti sono un altro pillar fondamentale della fabbrica digitale. In questo, l'intelligenza artificiale sta trovando un ruolo sempre più importante. Con i dati disponibili per la valutazione, algoritmi intelligenti di machine learning possono individuare connessioni e trend che, utilizzando altri mezzi programmatici, sarebbero considerevolmente più difficili da identificare.
Il nuovo ruolo del gateway industriale nella fabbrica connessa e digitale
L'immagine che viene in mente alla maggior parte degli ingegneri industriali quando si menzionano i gateway è un PC industriale basato su x86. Eppure, non tutte le applicazioni richiedono le prestazioni di questa opzione, né possono giustificarne i costi associati.
All'altra estremità della scala ci sono i gateway IoT basati su microcontrollori. Sebbene convenienti, mancano della scalabilità richiesta, il che limita le loro opzioni di implementazione. Senza acceleratori AI, questi dispositivi non sono in grado di eseguire analisi intelligenti dei dati all'Edge.
Su queste problematiche si è soffermato recentemente il team di SECO, arrivando a sviluppare un nuovo PC industriale modulare e fanless. Il Modular Link MX93 si colloca tra gli estremi prestazionali tradizionali dei gateway industriali e incorpora il supporto AI hardware. Si concentra sulle esigenze degli utenti industriali in diverse applicazioni come smart metering, HVAC e gateway intelligenti per applicazioni di automazione e sensoristica intelligente.
E se al posto del gateway ci fosse un PC?
Al centro del Modular Link montabile su guida DIN c'è un processore applicativo i.MX 93 di NXP. Dotato di due processori Arm® Cortex-A55 che funzionano fino a 1,7 GHz, è abbinato a un massimo di 2 GB di memoria LPDDR4 e un dispositivo di archiviazione di massa eMMC 5.1 da 32 GB, fornendo prestazioni elevate per questa classe di applicazioni.
A supporto delle attività di Edge AI c'è l'unità di elaborazione neurale (NPU) Arm Ethos U-65 integrata, le cui prestazioni di 1 TOPS sono perfette per l'inferenza di base o anche per trasferire localmente alcune attività AI cloud. Con dimensioni di 140×96×36 mm, occupa due moduli DIN di larghezza ed è specificato per il funzionamento nell'intervallo di temperatura da −20 °C a +70 °C. Il gateway funziona con un'alimentazione da 12 V a 36 V.
Connessione a sensori e reti
Anche le sue opzioni di connettività e interfacciamento sono complete. Sono disponibili due connettori Gigabit Ethernet RJ45, integrati da un modulo Wi-Fi opzionale con due antenne esterne (802.11 ac/a/b/g/n) e BT 5.0. E, se necessario, lo slot per schede mini PCIe full-size può essere dotato di un modem LTE opzionale.
Sono implementati anche due connettori USB 2.0 Type-A, di cui uno supporta USB-OTG. Il connettore RJ12 può essere configurato via software come interfaccia RS-232, RS-422 o RS-485. Un connettore USB Type-C offre accesso a un'interfaccia di debug UART. Infine, due uscite digitali e quattro ingressi digitali sono disponibili opzionalmente tramite morsettiere.
Sebbene la maggior parte dei gateway venga utilizzata in modalità headless, ci sono vantaggi nel collegare un monitor e vedere cosa sta succedendo. A supporto di ciò c'è un connettore mini-HDMI® opzionale per una risoluzione video di 1080p a 60 Hz.
Grazie all'architettura modulare, gli integratori di sistema possono scegliere le opzioni di interfacciamento ottimali per ogni implementazione di gateway che realizzano. Attualmente sono disponibili tre Unità Add-On, con altre in fase di sviluppo, ed è anche possibile la personalizzazione in base alle esigenze individuali. Collegate al connettore di espansione, queste offrono quattro interfacce seriali optoisolate, otto I/O generici optoisolati o una combinazione di entrambi. Ciò fornisce accesso all'interfaccia CAN insieme alle porte seriali, supportando i protocolli necessari nei sistemi di automazione industriale e di gestione degli edifici (BMS).
Il software che dà una marcia in più
Una volta selezionato l'hardware gateway ottimale, il team di sviluppo deve configurare il software in base alle esigenze della propria applicazione. Ogni caso d'uso presenta le proprie sfide, che vanno dal monitoraggio in tempo reale, all'analisi e al controllo dei dati, al supporto per standard di comunicazione specifici dell'applicazione come BACnet, MQTT e OPC-UA. Poi ci sono le sfide del provisioning, del monitoraggio dello stato di più gateway, della gestione dei dispositivi e della monetizzazione.
SECO fornisce l'intero pacchetto software, dal gateway al Cloud, con la sua suite software completa Clea. La maggior parte degli utenti inizia con Clea OS, un sistema operativo open source basato sullo Yocto Project e sviluppato internamente per gateway intelligenti con sicurezza out-of-the-box.
Questo framework Linux embedded consente agli sviluppatori di creare e implementare infrastrutture IoT innovative senza preoccuparsi di problemi come la gestione dei dispositivi e come implementare aggiornamenti over-the-air (OTA) sicuri. Implementa l'accesso remoto e l'esecuzione di comandi insieme al monitoraggio dei dispositivi in tempo reale e al tracciamento dello stato. I modelli AI possono anche essere implementati e gestiti per l'inferenza a bassa latenza su acceleratori hardware.
È incluso anche il supporto per i meccanismi di avvio sicuro standard e sarà presto conforme agli standard di cyber resiliency come SBOM (Software Bill of Material).
La visualizzazione dei dati è fornita dalla piattaforma telemetrica opzionale Clea Portal. La sua interfaccia intuitiva semplifica l'accesso ai dati in tempo reale con il suo front-end IoT basato sul web. Con un minimo sforzo di codifica, può essere esteso per soddisfare le esigenze della tua applicazione, mentre un framework di monetizzazione supporta l'implementazione di servizi in abbonamento a valore aggiunto. In alternativa, è anche possibile sviluppare un front-end personalizzato.
Una soluzione di gateway industriale fanless per retrofitting e nuove implementazioni
Indipendentemente dal settore, le aziende sono costrette a rendere i propri sistemi più intelligenti. I dati operativi devono essere raccolti e la diagnostica remota implementata con una dashboard che fornisca una visualizzazione chiara per l'analisi. E l'AI sta giocando un ruolo sempre più importante, non solo nel cloud ma anche all'edge, supportando decisioni a bassa latenza basate sull'analisi dei trend dei dati.
Il SECO Modular Link MX93 offre un PC industriale fanless con prestazioni che superano le alternative basate su microcontrollori e che può essere implementato in modo più economico rispetto a un gateway x86 tradizionale.
Grazie al suo design modulare, il numero di I/O e interfacce seriali può essere scalato secondo necessità, rendendolo adatto al retrofitting in sistemi di automazione industriale e garantendo al contempo che sia ugualmente a suo agio in applicazioni di smart metering, HVAC ed edifici intelligenti. Se abbinato alla suite software Clea, gli ingegneri industriali e gli integratori di sistema dispongono di un pacchetto completo personalizzabile, performante e sicuro.