Benefícios de Tecnologias Embarcadas em Projeto Modular

Gordon Moore articulou sua famosa Lei de Moore sobre desempenho de computação há mais de 50 anos, e não é menos que uma maravilha que a afirmação tenha resistido ao teste do tempo. A indústria de semicondutores continua a aprimorar o poder de computação em espaços mais confinados a preços chocantemente mais baixos, proporcionando aos consumidores um número incrível de benefícios.

A Unidade de Reprocessamento Exclusiva de Luvas (GURU) construída pela Pentamaster, uma provedora de automação na Malásia, é um estudo de caso perfeito para observar tais avanços tecnológicos. Em duas das sete estações de trabalho, o sistema GURU permitiu que a empresa reduzisse pela metade o número de PCs industriais acionando os módulos de visão de máquina.

O primeiro dos módulos de visão de máquina é usado para processar dados de imagem de quatro câmeras para que as luvas possam ser posicionadas corretamente na estação de carregamento automático. Após descontaminação química e térmica, o segundo módulo de visão de máquina recebe dados de quatro câmeras, verificando as luvas quanto a defeitos cosméticos. As três estações de trabalho restantes são usadas para encontrar furos minúsculos e embalar roboticamente luvas que passaram na inspeção, triturando as que não passaram.

Para acompanhar as capacidades em evolução da tecnologia de visão de máquina, a Pentamaster achou necessário atualizar os processadores no sistema. Executar algoritmos sofisticados em blocos de dados exigia poder de processamento considerável. Para atingir essas eficiências, a Pentamaster substituiu os processadores primitivos nos módulos de visão por multicore com capacidade gráfica integrada. Esses processadores eram os Intel Core i5 3D tri-gate que conseguiam lidar com dados muito mais eficazmente. Além disso, esses processadores contavam com tecnologia hyper-threading que lhes permitia usar núcleos virtuais para lidar com duas tarefas simultaneamente.

Esses aprimoramentos trouxeram ótimos resultados e reduziram o ciclo de inspeção para menos de 2 segundos, e aumentaram a taxa de inspeção para 900 luvas por hora, das 600 anteriores. O maior poder de processamento também permitiu que a Pentamaster desativasse dois módulos de visão, pois não eram mais necessários, simplificando administração e manutenção, além de controlar o consumo de energia.

Diagnóstico Remoto Embarcado

A equipe de projeto da Pentamaster busca ainda mais melhorias, como adicionar mais rotinas de teste, e recentemente, Tecnologia de Gerenciamento Ativo que permitiria à empresa gerenciar, reparar e proteger seu hardware remotamente.

Esta tecnologia permitiria que operadores e técnicos acessassem os sistemas embarcados periféricos remotamente de seus computadores e resolvessem problemas como os de firmware e no nível raiz. AMT também permite que usuários instalem software através de canais remotos, cuidando automaticamente de dores de cabeça causadas por patches regulares e detecção/remoção de malware.

Um aspecto muito benéfico desta tecnologia é que permite ao técnico diagnosticar problemas remotamente mesmo se o dispositivo de sistemas embarcados estiver desligado. Isso é possível pois o AMT funciona abaixo da camada do sistema operacional, algo que o diferencia de software de gerenciamento remoto tradicionalmente usado. Isso é útil em PCs industriais onde aplicações SCADA precisam rodar. Atualizações regulares relacionadas a segurança e problemas de desempenho são essenciais em um ambiente industrial, algo possível centralmente usando esta tecnologia.

Projeto Modular de Máquinas

Diagnóstico remoto e consolidação de sistemas de computação nas indústrias não é a única razão para o sucesso implacável da tecnologia embarcada nos últimos anos. Outra razão importante é a tendência geral entre construtores de máquinas de realizar o processo de projeto e montagem de forma modular. Montar produtos usando produtos pré-existentes, prontos para uso, é mais fácil comparado a construir do zero. A complexidade das máquinas está aumentando rapidamente, e não é mais viável para empresas adaptar seus sistemas.

Hoje, os clientes têm várias demandas-chave que colocam na frente do integrador de sistemas:

• Mais eficiente energeticamente
• Produtividade mais rápida
• Suporte a manutenção preventiva
• Comunicação com outras máquinas e sistemas de gerenciamento de estoque

Tecnologias embarcadas podem ajudar construtores a atender essas demandas fornecendo componentes modulares como inversores, sensores e drives junto com IMHs inteligentes. Esses componentes são controlados e sequenciados através de um PC industrial ou CLP, e dependem de uma rede ethernet que serve como a espinha dorsal arquitetônica do sistema.

A integração também se fortaleceu sob a bandeira das tecnologias embarcadas. Um exemplo importante é a integração de processadores ARM dual-core com FGPAs da Xilinx e Altera. Isso permitiu que fornecedores de automação construíssem drives multi-eixo altamente integrados a preços acessíveis, o que por sua vez permite o controle de várias máquinas de forma sincronizada e econômica.

FPGAs Não Necessários

Os ASICs de função fixa dedicados ou FPGAs, que teriam sido usados para embutir protocolos para conexão a redes industriais de baixa latência, foram eliminados pelo Subsistema de Comunicação Industrial (ICSS), colocado pela Texas Instruments em sua família de processadores ARM Cortex-A Sitara.

O emparelhamento de FPGA com processadores de propósito geral tem sido uma prática comum para implementação de protocolos de comunicação ou expansão de E/S de baixa latência, sempre que esses recursos estão ausentes no processador host. Hoje, aceleradores de baixa latência on-chip foram projetados e implementados, reduzindo o custo e a complexidade do sistema e o tempo de desenvolvimento.

A presença do ICSS também traz modularidade à implementação de protocolos de comunicação. Fornecedores frequentemente acham difícil manter os mais altos níveis de padrões de comunicação enquanto seguem uma abordagem restrita por tempo e custo. O ICSS resolve este problema colocando um manto sobre vários protocolos e apresentando um módulo unificado que pode ser pré-certificado.

Jonglando Sistemas Operacionais

A integração de componentes inteligentes dentro de um sistema e consolidação do poder de processamento foi complementada pela tecnologia embarcada de outra maneira. Sistemas operacionais em tempo real seguem o padrão IEC 61131 para CLPs para executar linguagens especializadas de controle de máquina gráficas e textuais. Conformidade com IEC 61508 é necessária para garantir padrões SIL 3.

A virtualização provou ser um divisor de águas e virou a indústria inteira de cabeça para baixo. Agora é possível rodar múltiplas instâncias de múltiplos sistemas operacionais em uma única máquina. Fornecedores estão desenvolvendo rapidamente esquemas para abordar preocupações como latência e confiabilidade. A aquisição e manutenção de múltiplas máquinas para cada aplicação individual não é mais necessária, e agora se pode utilizar o potencial completo de uma única máquina poderosa em vez de rodar múltiplas máquinas de forma subutilizada.

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