¿Por qué Arduino no funciona en la industria?

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eguramente conoces, has usado o mínimo has escuchado la plataforma Arduino, una mezcla de software y hardware libre que permite desarrollar una infinidad de proyectos y soluciones de forma sencilla debido a la cohesión existente entre sus distintos módulos y los componentes eléctricos y electrónicos básicos, además, la extensa comunidad de desarrolladores existente a nivel mundial, alimenta de forma constante la ya de por sí gran base instalada de usuarios con nuevas ideas y revisiones de las dudas existentes.

Fig. 1: Logo Arduino.

Entonces resulta curioso cómo es que, si el desarrollo de soluciones se mueve tan rápido y si la industria adopta con mayor flexibilidad las nuevas corrientes tecnológicas, Arduino aún no logre una propuesta de bajo costo que permita competir con los grandes fabricantes que existen en el marcado como son Rockwell, Siemens, Schneider o Keyence (por mencionar algunos). en este artículo analizaremos el motivo por el cual aún no existe ese desarrollo. Comencemos revisando las especificaciones de Arduino.

¿Qué es Arduino?

Siendo creado en 2003, Arduino nace como un proyecto estudiantil en el Instituto de Diseño Interactivo de Ivrea en Italia, teniendo como propósito el facilitar el acceso a componentes electrónicos y el desarrollo de programación, además de ser una alternativa económica a microcontroladores como BASIC Stamp. Se obtuvo como resultado una placa con todos los elementos necesarios para conectar periféricos a las entradas y salidas de un microcontrolador, el cual podría ser programado tanto en Windows como macOS y GNU/Linux. Eso permitiría impulsar la filosofía con la que fue creado que se enuncia como "learning by doing", es decir, aprender es creando.

Fig. 2: Instalaciones del IDII.

Si bien han existido un número considerable de revisiones del circuito original, el modelo base actual (llamado "Arduino UNO"), nos permite conocer las especificaciones típicas de estas placas, además de sus limitantes y posibles aspectos a mejorar.

· Microcontrolador: ATmega328

· Voltaje de alimentación: 7~12 [VDC]

· Voltaje de funcionamiento: 5 [VDC] y 3.3 [VDC]

· E/S digitales: 14 (6 son salida PWM)

· Entradas analógicas: 6

· Corriente DC por cada pin I/O: 40 [mA]

· Corriente DC en el pin de 3.3 V: 50 [mA]

· Memoria Flash: 32 KB

· SRAM: 2 KB

· EEPROM: 1 KB

· Velocidad de reloj: 16 MHz

A pesar de que estos números no son impresionantes, podemos observar que cubren más que solo las necesidades básicas para el desarrollo de proyectos. Aunado a esto, podemos mencionar que se han desarrollado un gran número de variantes de la placa base que buscan facilitar (aún más) el desarrollo y la integración a proyectos de distinta naturaleza, en este caso encontramos modelos como Arduino Leonardo (una pequeña revisión de Arduino UNO), Arduino Due, Arduino Yún, Arduino Robot, Arduino nano, etc. Algunas de éstas presentan un distinto número de pines para E/S, distinta memoria RAM, diferente velocidad de reloj, distinto tamaño de placa, funciones de conectividad agregadas, componentes electrónicos embebidos, etc. 

Fig. 3: Distintas versiones de Arduino.

Resulta lógico pensar que, si utilizamos la versión con más características, será posible desarrollar más y mejores soluciones, en este caso nos referimos a Arduino Mega 2560, el cual tiene las siguientes características:

○ Microcontrolador: ATmega2560

○ Voltaje de entrada: 7~12 [VDC]

○ Voltaje de funcionamiento: 5 [V] y 3.3 [VDC]

○ E/S digitales: 54 (15 son PWM)

○ Entradas analógicas: 16

○ Corriente en cada pin E/S: 40 [mADC]

○ Corriente en cada pin de 3.3 V: 50 [mADC]

○ Memoria Flash: 256 KB

○ SRAM: 8 KB

○ EEPROM: 4 KB

○ Velocidad del reloj: 16 [MHz]

En esta versión se mejoran considerablemente la mayoría de los aspectos del modelo base, destacando principalmente la cantidad de E/S que puede tener y la memoria Flash de la que dispone, sin embargo ¿esto será suficiente para compararse con el alcance de un controlador industrial (PLC)? Hagamos una comparativa entre algunos modelos de las distintas marcas y el modelo Arduino Mega 2560.

Fig. 4: Arduino Mega 2560.

PLC vs Arduino

Es obvio pensar que, al ser un PLC diseñado para el entorno industrial, resultaría en una total desventaja comparar directamente cualquier modelo de Arduino, es por eso que seleccionamos los modelos más avanzados y completos de la línea de relevadores inteligentes de ambas marcas, estos son los resultados:

Dados los valores anteriores, resulta sencillo identificar que la mejor versión de Arduino no resulta ser una competencia para la mejor versión de los modelos más sencillos de los controladores de los fabricantes más reconocidos.

Lo anterior pasa a segundo término pues, incluso sin indagar mucho en las especificaciones de Arduino (como lo hemos hecho aquí), existen una infinidad de estándares propios de la industria que una placa basada en los microcontroladores ATmega no cumple, entre los que podemos encontrar: grado de protección IP, estandarización de uno o más lenguajes de programación, estandarización de valores de tensión y corrientes propias de los protocolos de comunicación ya existentes en el mercado, etc.

Sin embargo, recientemente han aparecido una serie de proyectos que buscan la introducción de software y hardware basados en Arduino al entrono industrial.

¿PLC con Arduino?

Al igual que Arduino en su concepción, un proyecto de reciente creación busca ser la alternativa accesible y de bajo costo para que los usuarios dispongan de un controlador industrial (manufacturado por ellos mismos) para el desarrollo de un sinfín de proyectos.

Si bien existen diversas versiones, la más completa que logré encontrar es la desarrollada por el sitio ElectroAll (click aquí para acceder), donde en una de sus últimas revisiones, lograron mejorar considerablemente las especificaciones de la circuito que acompaña la placa base de Arduino. Podemos observar que se logra cumplir con un gran número de estándares de la industria como el 4-20 [mA], el 0-10 [V], la alimentación a 24 [VDC], el uso del protocolo EthernetIP, conectores RS-485 y, además, cuenta con elementos electrónicos propios de cualquier controlador del mercado como son salidas a relevador o a transistor.

Fig. 5: Placa de Arduino PLC.

Lo más destacable de este proyecto es que puede utilizarse un Arduino UNO para lanzar el software de arranque, lo cual reduce el costo considerablemente y, a pesar de que es necesario realizar un gran número de soldaduras correspondientes a cada uno de los elementos que componen al circuito, considero que es un gran paso en favor de PLC de bajo costo.

Conclusiones

Si bien aún es un proyecto que está comenzando a arrancar, podemos afirmar que la inclusión de Arduino a la industria será un hecho (sin importar cuánto tiempo sea necesario para que eso suceda), la cantidad de proyectos que buscan cumplir ese objetivo demuestran que no solo es posible, sino que ya es un hecho (en algunos casos) la integración de componentes adicionales a las placas base para tener un controlador que cubra las necesidades básicas de procesamiento de información en las distintas etapas de un entorno industrial.

A partir de lo anterior nace una nueva duda, ¿es posible la automatización de un proceso utilizando un controlador basado en Arduino? La respuesta es que sí, es posible desarrollar un sistema automatizado utilizando la tecnología desarrollada actualmente, sin embargo, este proceso debe ser altamente supervisado pues, al ser un hardware manufacturado de forma casera (es decir, de nuestras propias manos), no se cumplen con diversas normas de seguridad y protección que un PLC típico sí cumple y es que, no basta con un hardware que pueda desempeñarse de forma similar, también es necesario garantizar la seguridad del proceso y de los operarios. Además, existirá una gran variedad de dispositivos de campo que no puedan ser utilizados por problemas con los protocolos de comunicación.

Entonces, en la presente fecha, puedo recomendar el uso de este controlador casero para realizar pruebas en un entorno controlado y quizás un uso doméstico, pero aún no es momento de llevarlo al ámbito industrial.

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Como siempre, gracias por leer.

-AHN