· Eduardo Vieira · Automatización Industrial · 2 min de lectura
Diseño de sistemas embebidos para aplicaciones industriales
Guías que sigo al diseñar soluciones embebidas que deben sobrevivir en planta y dialogar con sistemas OT.
Diseño de sistemas embebidos para aplicaciones industriales
Las plantas castigan a la electrónica. Las variaciones de temperatura, el ruido eléctrico y la demanda de operación continua convierten el diseño embebido industrial en una disciplina aparte. Así abordo la construcción de dispositivos que prosperan en piso de planta.
1. Empieza por el contexto operativo
- Expectativas de ciclo de vida: Muchas máquinas operan 15 años o más. Documenta cómo se gestionarán actualizaciones de firmware y repuestos.
- Cumplimiento: Define qué normas aplican (UL 508A, IEC 61010, CE, FCC).
- Integración: Identifica con qué PLC, HMI y SCADA debe comunicarse el dispositivo.
2. Principios de diseño de hardware
- Selecciona componentes con rango de temperatura industrial (–40 °C a 85 °C) y sobredimensiona tensiones al menos 20%.
- Proporciona aislamiento galvánico en E/S expuestas a equipos de alto voltaje.
- Incorpora protección contra transientes (diodos TVS) y puesta a tierra adecuada para sobrevivir al ruido.
- Diseña módulos reemplazables en campo (p. ej., tarjetas de comunicación) para incorporar protocolos futuros.
3. Arquitectura de firmware
- Usa RTOS como Zephyr o FreeRTOS para separar tareas deterministas de servicios no críticos.
- Implementa watchdogs, detección de caídas de tensión (brownout) y rutinas de estado seguro en las que confíen los operadores.
- Ofrece telemetría estructurada (MQTT, OPC UA) para monitorear salud y desempeño.
4. Pila de comunicaciones
Un producto embebido moderno debe hablar lenguajes OT e IT:
| Capa | Protocolos |
|---|---|
| Fieldbus | Modbus RTU/TCP, CANopen, EtherCAT |
| Mensajería | MQTT (Sparkplug B), AMQP |
| Configuración | APIs REST/GraphQL con control de acceso basado en roles |
5. Seguridad desde el diseño
- Arranque seguro con imágenes de firmware firmadas.
- Credenciales únicas por dispositivo, idealmente gestionadas por un módulo de seguridad hardware.
- Almacenamiento cifrado para secretos y certificados.
- Atestación remota para demostrar integridad antes de permitir acceso a la red.
6. Pruebas y validación
- Ambientales: Ciclos térmicos, pruebas de vibración y verificación de protección IP.
- EMC: Ensayos de emisiones e inmunidad conducidas y radiadas según IEC 61000.
- Funcionales: Simulaciones de hardware en el bucle (HIL) con bancos de prueba PLC para validar comportamiento determinista.
- Pilotos en campo: Despliega unidades con registro diagnóstico para capturar casos reales.
7. Mantenibilidad y soporte
- Documenta esquemas, BOM y flujos de firmware en un repositorio accesible a mantenimiento.
- Proporciona logging remoto y mecanismos de actualización OTA que respeten el control de cambios.
- Ofrece guías de diagnóstico claras con indicadores LED y puertos de servicio.
8. Lecciones aprendidas
Los proyectos prosperan cuando control, IT y mantenimiento colaboran desde el día uno. Trata los dispositivos embebidos como activos de largo plazo que requieren planeación de ciclo de vida. Con hardware robusto y firmware seguro bien diseñado, puedes entregar soluciones embebidas que eleven las operaciones industriales durante años.