Como o software I / O configurável está mudando a automação predial

Os sistemas de automação predial (BAS) integram iluminação, energia, HVAC, segurança e proteção em um único sistema intuitivo, equilibrando a eficiência ideal da operação do edifício com a produtividade e o conforto de seus ocupantes. Embora o mercado de automação de edifícios seja muito conservador, ele tem visto um crescimento considerável impulsionado principalmente pelo aumento dos preços da energia, aumentando a conscientização sobre a conservação de energia e crescentes iniciativas do governo nas áreas de proteção contra incêndio. Novos padrões e regulamentações, como o padrão UL 217 para alarmes de fumaça, entraram em vigor para tornar os edifícios mais seguros, eficientes e confortáveis. Tendências como essas estimulam o desenvolvimento de novos produtos e soluções de automação predial, levando os fabricantes a fornecer novas tecnologias em ciclos de desenvolvimento mais curtos. Essa mudança de ritmo cria oportunidades para as empresas BAS atenderem a essas necessidades com soluções de sistemas flexíveis que são plataformas, oferecendo menor potência e menor porte.

Os controladores de automação predial são um exemplo típico de um produto que muitas vezes carece da agilidade inovadora tão valorizada nos mercados em rápida mudança de hoje. Os controladores são os cérebros do BAS. Eles pegam os dados dos sensores implantados em todo o edifício e executam a resposta do sistema. Isso significa que os controladores precisam ter um certo número de canais de entrada e saída. Alguns controladores oferecem apenas a funcionalidade de canal fixo, resultando em arquiteturas com canais não utilizados. Esses canais extras não utilizados têm um custo associado que não pode ser recuperado do cliente; entretanto, habilitar a reconfigurabilidade total de cada canal garante que todos os canais possam ser usados. Em um cenário ideal, o BAS deve ter um número limitado de canais sobressalentes e não utilizados, para que o cliente não pague pela funcionalidade não utilizada. Habilitar a capacidade de configuração total da função de canal fornece o máximo de flexibilidade no projeto e implantação de um BAS.

Tradicionalmente, os controladores de automação predial têm usado implementações discretas para canais fixos e configuráveis. No entanto, a lista de materiais (BOM) de controladores de canal configuráveis ​​implementados discretamente pode incluir centenas de componentes. Após anos de desenvolvimento, as soluções discretas tornaram-se muito eficientes e otimizadas para reduzir o custo de BOM a fim de atender às expectativas deste mercado sensível a custos. No entanto, novas tendências e mais demanda por desenvolvimento ágil sublinham algumas das principais desvantagens dessa abordagem, como a complexidade do planejamento, projeto, produção e logística de muitas variantes de produtos nos controladores de automação predial. Portanto, as soluções BAS devem ser avaliadas com base no custo total de propriedade, em vez de em um ponto de vista de custo de BOM simplificado.

Integrado vs. Discreto

A capacidade de reconfigurar o canal conforme necessário é a abordagem certa para eliminar canais não utilizados, mas isso por si só não resolve as outras deficiências do projeto do controlador. O conceito-chave é a integração que permite que o design do canal seja simplificado, com uma pegada menor e melhor desempenho. Com uma solução integrada, a função de qualquer canal pode ser facilmente configurada usando comandos de software. A tecnologia de entrada / saída (I / O) configurável por software abre possibilidades de fácil reutilização de design e plataforma que, em última análise, reduzem o custo total de propriedade de uma solução BAS e criam valor ao longo do ciclo de vida do produto dos controladores de automação predial (ver Figura 1 )

Figura 1. Melhorando o retorno sobre o investimento em cada estágio de desenvolvimento com E / S configurável por software. (Fonte:Dispositivos analógicos)

O primeiro estágio de desenvolvimento de um controlador é a arquitetura do sistema. Neste ponto, todos os requisitos do cliente são considerados e um novo produto é definido. A inflexibilidade de uma solução discreta é uma desvantagem notável, mesmo nesta fase inicial de desenvolvimento. Várias necessidades dos clientes - por exemplo, a proporção ou o número de canais de entrada e saída - podem levar a vários projetos, o que aumenta o custo e impede respostas ágeis às necessidades do mercado. A E / S integrada e configurável por software permite a plataforma e a reutilização de um projeto comprovado em diferentes aplicações. A capacidade de reutilização é essencial para reduzir os custos de design e produção, conforme discutido posteriormente neste artigo.

Seguindo a definição do produto, o design é iniciado. Nesta fase, o reaproveitamento do design revela plenamente sua importância. Ao contrário da realização discreta, a E / S integrada e configurável permite iterações rápidas, reduz o tempo e libera recursos valiosos. No design de hardware e software, a mudança de desenvolvimentos de múltiplas variantes de produtos, que consomem muitos recursos, em direção a um único design que atende a vários requisitos, reduz o tempo e o custo de P&D, enquanto mantém a alta confiabilidade e robustez de uma arquitetura comprovada. Atender às necessidades de diferentes aplicativos é muito mais fácil com a abordagem “qualquer função em qualquer pino” de um design integrado reconfigurável (consulte a Figura 2).

Figura 2. Qualquer função em qualquer pino com E / S configurável por software. (Fonte:Dispositivos analógicos)

De uma perspectiva de desenvolvimento de negócios, a resposta lenta de uma estratégia de desenvolvimento convencional cria riscos desnecessários de oportunidades perdidas ou prazos de clientes perdidos. A flexibilidade e facilidade de uso do I / O integrado e configurável ajuda a maximizar o retorno sobre o investimento (ROI), ao mesmo tempo que mantém o tempo de comercialização e de receita o mais curto possível.

Passando da fase de design, a fase de produção é a próxima etapa. A partir da compra e gerenciamento do BOM, a solução integrada logo mostra suas vantagens. Os controladores universais discretamente implementados geralmente incluem centenas de componentes, que devem ser adquiridos, armazenados em um depósito e transportados para a instalação de produção. Gerenciar uma quantidade tão grande de componentes diferentes contribui naturalmente para o custo geral. Com uma solução de chip único e design reutilizável, a logística da BOM é simplificada - o departamento de compras lida com menos fornecedores e é necessário menos espaço de armazenamento.

Graças ao menor número de componentes, os PCBs podem ser até 40% menores e o custo de coleta e colocação na produção também é reduzido significativamente. Além disso, como a E / S configurável por software permite a reutilização do projeto, os fabricantes de controladores exigirão mais PCBs do mesmo tipo. Portanto, os descontos por volume nas placas também contribuem para a redução de custos. A Figura 3 resume a comparação de implementações de funções de canal discretas e integradas.

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Figura 3. Comparação de implementações de função de canal discreta e integrada. (Fonte:Dispositivos analógicos)

Por último, mas não menos importante, o teste de produção segue procedimentos unificados e leva menos tempo para configurar em comparação com a implementação discreta de múltiplas variantes. O aumento da complexidade do projeto pode até aumentar o risco de falha do teste. A certificação é apenas mais um exemplo de aspectos em que soluções integradas e reutilizáveis ​​podem economizar custos e outros recursos, e a lista continua quando se trata de logística, instalação e suporte técnico do produto acabado. O treinamento de vendas, equipes de suporte técnico e técnicos de instalação é muito mais extenso quando vários projetos diferentes são baseados em plataformas múltiplas, ao contrário de soluções universais reutilizáveis ​​baseadas em E / S configuráveis ​​por software integradas.

Conclusão

A E / S configurável por software traz inovação para o mercado de automação predial, que, embora seja tradicionalmente conservador, agora está sendo pressionado para se tornar mais ágil e responder às necessidades dos clientes em constante mudança com mais rapidez. A integração e a capacidade de reutilização do design são os principais recursos que permitem essa transição. Alguns podem ver a solução integrada como uma simples substituição de BOM que pode realmente aumentar o custo, mas na verdade, ao olhar para o quadro geral e considerar o valor geral criado ao longo de todo o ciclo de vida do produto, a solução integrada supera rapidamente qualquer dúvida.

Dispositivos como o Analog Devices AD74412R lidam com as deficiências de um design discreto, integrando a cadeia de sinal discreta em um único chip e fornecendo vários canais totalmente configuráveis. Esse tipo de dispositivo cria valor em todo o ciclo de vida do controlador, desde a definição do produto, passando pelo projeto e produção, até a instalação e operação.

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Michal Raninec é um ex-engenheiro de aplicações de sistemas no Industrial IoT Solutions Group na Unidade de Negócios de Automação e Energia da Analog Devices. Suas áreas de especialização incluem sensoriamento de gás eletroquímico e redes de sensores sem fio. Michal recebeu seu M.Eng. diploma em engenharia eletrônica pela Brno University of Technology, República Tcheca.

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