Los ordenadores integrados son plataformas informáticas diseñadas para una tarea específica controlada por software.
No son los típicos ordenadores de torre o de sobremesa con los que estamos acostumbrados a trabajar en casa o en la oficina. Las aplicaciones de los ordenadores integrados pueden ir desde la automatización industrial, la señalización digital, los vehículos autónomos o la exploración espacial, entre otras.
Por lo general, los ordenadores integrados son dispositivos reforzados, ya que sus casos de uso tienden a ser en su mayoría en condiciones difíciles de entorno, como la temperatura extrema, la vibración, los golpes, el polvo y la humedad.
Hay varios tipos de ordenadores embebidos, desde los robustos PC industriales en caja hasta los PC de panel, los mini PC, los servidores industriales de montaje en bastidor, los ordenadores para vehículos y las pasarelas IoT.
En este artículo, repasaremos los diferentes tipos de ordenadores integrados, así como un caso de uso para cada tipo.
Embedded Systems 101
¿Qué es un ordenador integrado?
Un ordenador integrado es un sistema basado en un microprocesador, especialmente diseñado para realizar una función específica y pertenecer a un sistema mayor. Viene con una combinación de hardware y software para lograr una tarea única y soportar diferentes condiciones.
Los ordenadores embebidos ofrecen una alternativa inteligente a la automatización basada en PLC (controlador lógico programable), ya que la arquitectura x86 de los ordenadores embebidos permite integrar cualquier software basado en Windows o Linux que sea capaz de controlar y gestionar tareas más complejas a través del programa.
Ordenador integrado frente a ordenador de sobremesa
Las principales diferencias entre un ordenador integrado y uno de sobremesa son la finalidad y el diseño. Los ordenadores integrados son equipos dedicados y construidos desde cero para realizar una tarea específica. Pueden funcionar al máximo, con pocos recursos, y soportar condiciones adversas, algo que no es posible con los ordenadores de consumo.
Otra distinción crucial es que los ordenadores de sobremesa de uso general vienen con placas base tradicionales, que permiten ampliar o sustituir sus componentes. Los ordenadores integrados, en cambio, tienen todos sus componentes grabados en una única placa de circuito impreso (PCB) o placa base.
Ventajas del ordenador integrado
Los ordenadores embebidos están diseñados para ser integrados o formar parte de un sistema mayor para una tarea específica. No son en absoluto mejores ni peores que los ordenadores de sobremesa de consumo, pero tienen muchas ventajas para las aplicaciones industriales, militares y agrícolas. Algunos de estos beneficios son:
- Tamaño del factor pequeño: Los ordenadores integrados utilizan placas base de pequeño factor como la Placa mini-ITX. Sus innovadores diseños de carcasa y sistemas de refrigeración de última generación también les permiten ser pequeños. La mayoría de los ordenadores industriales integrados no tienen ventilador: sólo se basan en principios termodinámicos. Estos sistemas son capaces de refrigerarse sin necesidad de grandes carcasas ni ventiladores.
- Muy fiable: Algunos ordenadores embebidos están diseñados para ofrecer una alta fiabilidad en aplicaciones de misión crítica como los despliegues industriales o militares. Tienen que funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana, en aplicaciones exigentes y entornos extremos como terrenos accidentados, vibraciones continuas, altas temperaturas, etc. Estos ordenadores embebidos pueden funcionar en un amplio rango de temperaturas (por ejemplo, de -30°C a 70°C), a prueba de polvo y con protección contra la humedad.
- Eficiencia energética: Algunas aplicaciones requieren que los ordenadores integrados permanezcan operativos, día y noche. Por eso, estos ordenadores están diseñados para ser eficientes desde el punto de vista energético. Los ordenadores embebidos vienen con software ligero y dedicado, por lo que no necesitan mucha potencia de procesamiento. Otra ventaja del consumo de energía es que algunos ordenadores integrados vienen sin ventiladores y no tienen componentes móviles.
Tipos de ordenadores integrados
El robusto Box PC industrial
Un ordenador industrial integrado robusto viene dentro de una sofisticada caja para protegerlo de las condiciones más duras. Los componentes electrónicos del ordenador también están diseñados para ser robustos y fuertes.
La mayor parte de las veces, la carcasa del PC de caja robusta está construida con aluminio anodizado. Esto lo hace duradero, resistente a la corrosión, a prueba de polvo y resistente a la humedad. El ordenador robusto puede instalarse en el exterior sin ninguna capa de protección adicional.
Un caso de uso
Los robustos Box PC industriales pueden ser muy eficaces para las plataformas petrolíferas en alta mar. Estas instalaciones suelen estar situadas en medio del océano y están llenas de peligrosa maquinaria pesada y sustancias inflamables.
Al igual que muchas otras instalaciones remotas, las plataformas petrolíferas en alta mar deben estar siempre en línea. Ya sea algo tan sencillo como el acceso a Internet por Wifi para los empleados, o sistemas avanzados de vigilancia basados en la nube y sensores de monitorización IoT. En estos lugares, los equipos de red resistentes de grado industrial pueden ser mucho más fiables que el hardware tradicional de grado de consumidor. El equipo debe garantizar un funcionamiento ininterrumpido en condiciones de calor/frío, humedad y corrosión extremas.
El aparato
El LEC-2290es un box PC inteligente de edge computing, viene con soporte para CPU Intel® Core™ i7-8700T/i7-8700 (con nombre en clave Coffee Lake S). Este IPC cuenta con 2x DDR4 2133/2400 SO-DIMM (máx. 32GB), 2x RJ45 GbE LAN, 4x PoE, 4x USB3.0, 6x puertos COM, 8x DI & 8x DO, 2x ranuras externas HDD/SSD extraíbles con RAID, 1x mSATA, 1x PCIe x16, 1x Mini PCIe con Nano-SIM y 1x B Key M.2 con Nano-SIM.
El Panel PC
Un Panel PC viene con una pantalla de visualización y un teclado integrados, y a veces con una pantalla táctil todo en uno. Los Panel PC pueden ampliarse con diferentes módulos de E/S para cumplir los estándares de la industria. Este tipo de ordenador integrado está diseñado para proporcionar una mayor y mejor interacción con los humanos a través de sus interfaces, especialmente a través de sus resistentes pantallas. Algunos Panel PC vienen con una pantalla táctil que puede utilizarse con guantes de trabajo y resistir materiales tóxicos y golpes.
Los Panel PC pueden utilizarse en lugares a los que los humanos no tienen acceso. Por ejemplo, para controlar máquinas de procesamiento de alimentos, grandes brazos robóticos, productos farmacéuticos, fabricación industrial, industria del embalaje, etc.
Un caso de uso
La cadena de montaje de la industria manufacturera no es lugar para un PC o una tableta de consumo. Estos lugares están llenos de productos químicos, vibraciones, agua, polvo, etc. La pantalla táctil de una tableta puede romperse fácilmente.
Los PCs de panel son ideales para gestionar los procesos de las máquinas industriales y pueden ser muy eficaces en una línea de producción de montaje. Los trabajadores de una cadena de montaje pueden tocar la pantalla del ordenador mientras trabajan. La pantalla y el ordenador están protegidos del polvo, la humedad, los líquidos químicos, las vibraciones y las temperaturas extremas.
El mini PC
Los miniPC suelen ser ordenadores empotrados de baja intensidad computacional. Pero la gran ventaja es que son muy pequeños y suelen ser baratos. El mini PC puede utilizarse en espacios reducidos donde se requiera cierta inteligencia.
Un mini PC embebido puede utilizarse como dispositivo de seguridad en instalaciones de red, como un Firewall, o un router VPN. El mini PC robusto es una gran opción para las instalaciones de fabricación o industriales que requieren un funcionamiento 24×7 y seguridad en condiciones duras.
Un caso de uso
La señalización digital en los aeropuertos es una buena aplicación de los mini PC. Pueden montarse y fijarse fácilmente en la parte posterior de un conjunto de pantallas de señalización de aeropuertos. Pueden procesar toda la información de una red central o de la nube y enviarla a un conjunto de pantallas.
Si se trata de un mini PC robusto, puede instalarse en el exterior de un aeropuerto y resistir una amplia gama de temperaturas y proporcionar información sobre los vuelos de llegada y salida.
El aparato
El LEC-7242 es una pasarela de entorno industrial IPC con CPU Intel® Apollo Lake. Esta pasarela inalámbrica con certificación FCC/CE/PTCRB para LTE o WiFi está diseñada para el despliegue de soluciones de borde IoT/IIoT, seguridad inalámbrica y gestión multisitio en aplicaciones comerciales, empresariales y del sector público.
El servidor industrial de montaje en bastidor
Un servidor de montaje en rack es un tipo de ordenador integrado que está diseñado para ser instalado en un rack. En contraste con el servidor de torre que sólo puede estar de pie por sí mismo, un servidor de montaje en rack puede ser montado en el rack con muchos otros servidores apilados en la parte superior.
Los servidores industriales en rack se consideran ordenadores robustos de alto rendimiento. Suelen venir con una potente CPU y memoria. Dado que se utilizan en condiciones difíciles y duras dentro de la industria (y no en un centro de datos con aire acondicionado), están diseñados para ser resistentes. Este tipo de ordenadores integrados son de alto rendimiento y pueden tolerar un amplio rango de temperaturas (-40~70°C).
Un caso de uso
Una subestación eléctrica o de energía es la interfaz entre la red de distribución y los sistemas de transmisión. Normalmente, la red de distribución tiene toda la inteligencia, pero añadir algo de potencia de cálculo a nivel local puede resultar mucho más eficiente y fiable.
Estas subestaciones eléctricas necesitan algún tipo de controlador digital con una amplia gama de puertos de E/S, desde Ethernet, controladores gráficos, salida de pantalla, puertos serie, USB, etc. El ordenador integrado en rack es la clave del rompecabezas. Proporciona sólidas capacidades informáticas con gestión y supervisión remotas.
El aparato
Un ejemplo de este tipo de ordenador integrado es el LEC-3340. Tste dispositivo es un sistema controlador de montaje en bastidor 3U que cumple con la norma IEC 61850-3, diseñado para subestaciones eléctricas.
El ordenador de a bordo
Un ordenador integrado en el vehículo is una caja sin ventilador, robusta y con una temperatura muy elevada. Este tipo de ordenadores embebidos está diseñado para ello. Son dispositivos robustos que pueden soportar vibraciones, temperaturas extremas, polvo y humedad en el entorno. También vienen con capacidades inalámbricas para permitir la movilidad y las comunicaciones de largo alcance.
Un caso de uso
Los vehículos de respuesta a emergencias, como los de la policía, las ambulancias o los bomberos, se mueven siempre a gran velocidad y, a menudo, por carreteras en mal estado. La naturaleza del trabajo requiere una conectividad rápida y permanente con la estación base. El vehículo necesita enviar datos, como vídeos o imágenes, en situaciones críticas casi en tiempo real para recibir información y apoyo.
Un ordenador integrado en el vehículo proporciona una conexión fiable y rápida con la base remota. Y también puede utilizarse como NVR (Network Video Recorder) para procesar el vídeo mucho más rápido.
El aparato
El Lanner V6S can be installed in first response vehicles. It will record and analyze the video in digital format and send it over to the base station.
La pasarela IoT
Una pasarela IoT proporciona una conexión entre diferentes tipos de tecnologías de comunicación. Estas tecnologías pueden variar en términos de tipos de conectividad, protocolos o interfaces. La pasarela IoT es como la pasarela de Internet en casa, que conecta Internet a través de PPP o HDLC con su LAN a través de Ethernet o WiFi.
La Pasarela IoT puede ser un puente entre los sensores/actuadores IoT e Internet. Agrega los datos de fuentes externas, traduce los protocolos y preprocesa los datos. Los dispositivos IoT pueden conectarse a la pasarela IoT mediante tecnologías inalámbricas de corto alcance (Zigbee, Bluetooth) o de largo alcance (LTE, LTE-M).
Un caso práctico
Una pasarela IoT integrada optimizada para la visión artificial y la seguridad física es una excelente opción para la automatización de los procesos de fabricación. Por ejemplo, los Cobots (Robots de Colaboración) se están utilizando para recoger, ordenar y mover cosas en las casas de fabricación. Estos robots pueden trabajar junto a los humanos y sin jaulas de seguridad. Su seguridad se perfecciona con potentes ordenadores integrados de visión artificial.
Una pasarela IoT optimizada para la visión artificial puede procesar entradas de vídeo en 3D casi en tiempo real y enviarlas al cobot para que tome decisiones rápidas y evite accidentes con los humanos.
El aparato
El LEC-2137 es un ejemplo de solución industrial preparada para el IoT para la visión artificial.
Palabras finales
El funcionamiento de los ordenadores en la industria no es el mismo que el que se utiliza en casa o en la oficina. La industria tiene requisitos y normas diferentes que exigen otro tipo de ordenador.
Los ordenadores integrados se diseñan pensando en la aplicación. Se utilizan en aplicaciones inimaginables dentro de la industria que parecían imposibles hace unos años. A menudo se diseñan para funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana, con bajos niveles de energía, en entornos difíciles y espacios reducidos.
Los robustos Box PC industriales, Panel PC, Mini PC, Servidor industrial de montaje en bastidor, Ordenador de a bordo, Pasarela IoT, son todos tipos de ordenadores embebidos.
- La caja industrial robusta es excelente para aplicaciones que requieren potencia de procesamiento en condiciones ambientales adversas.
- El Panel PC viene con una pantalla de visualización integrada que permite interactuar con el ordenador y resistir golpes y productos químicos tóxicos.
- El mini-PC, aunque no es intensivo en computación, puede aportar algo de inteligencia a espacios reducidos y difíciles.
- Al contrario que el mini-pc, el Industrial Rackmount se puede utilizar como un ordenador de alta intensidad y se puede montar encima de otros servidores, sin necesidad de A/C ni de entornos óptimos.
- El ordenador de a bordo cuenta con comunicación inalámbrica y capacidades de resistencia a las vibraciones para ser utilizado en vehículos de primera respuesta a emergencias o aplicaciones similares.
- La pasarela IoT es un tipo de ordenador integrado que puede actuar como puente entre diferentes tecnologías. Acepta las entradas de los sensores o las cámaras de vídeo del IoT, procesa los datos y puede enviarlos a una pantalla, a un actuador o a Internet.
