La automatización basada en PC (PC-based automation) se ha consolidado en aplicaciones que requieren capacidad de cómputo, visualización avanzada o procesamiento de datos junto al control: PC industriales para el control de plantas y máquinas, paneles HMI (Human Machine Interface, interfaz humano-máquina), sistemas de inspección óptica, bancos de prueba, sistemas de simulación y soluciones robotizadas [1]. En todos estos casos aparece el mismo requisito: conectar el PC a la red de campo, ya sea un bus de campo tradicional o una red Ethernet industrial en tiempo real.
La familia de tarjetas PC cifX de Hilscher responde a ese requisito con una plataforma común de hardware y software para todos los protocolos y formatos de tarjeta.
La pila de protocolo se ejecuta en la propia tarjeta
Las tarjetas cifX se basan en los controladores de comunicación netX, desarrollados por Hilscher. La pila de protocolo (protocol stack) completa se procesa en el chip netX de la tarjeta, de forma autónoma respecto del PC anfitrión, y los datos de proceso se intercambian con el host mediante una memoria de doble puerto (DPM, Dual-Port Memory) o mediante acceso directo a memoria (DMA, Direct Memory Access) [1][2].
Esta arquitectura separa las tareas de comunicación de las tareas de la aplicación. El procesador del PC no necesita atender la temporización del protocolo de red, y la aplicación accede a las entradas y salidas como a una zona de memoria.
Una sola plataforma para múltiples protocolos
Gracias a la tecnología netX, las tarjetas cifX son multiprotocolo y pueden operar tanto como maestro (controller) como esclavo (device). La familia cubre, entre otros, PROFINET, PROFIBUS, CC-Link, DeviceNet, EtherCAT, EtherNet/IP, CANopen, POWERLINK, Modbus y Sercos, además de los protocolos IIoT MQTT y OPC UA [1].
En Ethernet industrial, un mismo hardware cubre todos los protocolos en tiempo real: el cambio de protocolo se realiza cargando un firmware distinto, sin modificar la tarjeta [1][2]. Por ejemplo, la CIFX 50E-RE admite, entre otros, PROFINET IO-Controller e IO-Device, EtherCAT Master y Slave, y EtherNet/IP Scanner y Adapter [2]. Para un integrador que atiende plantas con distintos estándares, esto se traduce en menos modelos de tarjeta en inventario y en repuestos.
Para los buses de campo existen versiones dedicadas de PROFIBUS DP, CANopen, DeviceNet y CC-Link, incluidas tarjetas de dos canales, como la CIFX 50E-2DP, que integra dos canales PROFIBUS DP maestro/esclavo en una sola tarjeta PCI Express [3]. Esto permite que un único PC atienda dos segmentos de red independientes ocupando una sola ranura.
Un formato para cada arquitectura de PC
La cartera cifX abarca los formatos habituales del mercado, desde tarjetas muy compactas para equipos pequeños hasta formatos clásicos para sistemas de 19 pulgadas [1]. La siguiente tabla resume las opciones disponibles:
| Formato | Características destacadas |
|---|---|
| PCI Express | Basada en netX 100, un carril (lane), formato de longitud completa MD1, maestro y esclavo; versiones de rango extendido hasta 70 °C [3] |
| PCI Express de perfil bajo | Para sistemas PCIe de altura limitada [1] |
| Mini PCI Express y Mini PCI Express halfsize | Formatos compactos; la versión halfsize está orientada a aplicaciones esclavo [1] |
| M.2 2230 Key A+E | 22 × 30 mm, basada en netX 90, aplicaciones esclavo [4] |
| M.2 3042 Key B+M | 30 × 42 mm, aplicaciones maestro y esclavo [4] |
| PCI, CompactPCI y Mini PCI | Formatos establecidos; CompactPCI ofrece un diseño robusto de uso industrial [1] |
| PC/104 y PCI-104 | Formatos apilables para sistemas embebidos complejos [1] |
Hilscher presenta sus tarjetas M.2 como las más pequeñas de su tipo en el mercado de la automatización, y señala que pueden emplearse en aplicaciones de rango extendido de temperatura sin disipador [4]. Esto facilita incorporar comunicación industrial en PC tipo caja (box IPC), paneles compactos y equipos embebidos.
Las tarjetas PCI Express incorporan además un selector rotativo para asignar un número de ranura único (card ID) [3]. Cuando un mismo PC aloja varias tarjetas, este identificador permite que la aplicación reconozca cada una de forma inequívoca.
Opciones de hardware para condiciones exigentes
La familia ofrece numerosas variantes de hardware: distintas longitudes de cable, conectores M12, memoria NVRAM adicional, rango extendido de temperatura, tarjetas de dos canales e interfaces de red desacopladas (detached network interfaces) [2]. Estas últimas, de la serie AIFX, existen para Ethernet en tiempo real, PROFIBUS DP, CANopen, DeviceNet y CC-Link [4], y permiten ubicar el conector de red donde la instalación lo requiere, separado de la tarjeta instalada en el PC.
En el plano eléctrico, la CIFX 50E-RE dispone de una interfaz Ethernet 10BASE-T/100BASE-TX aislada, con tensión de aislamiento de 1000 V DC verificada durante un minuto, cuenta con certificación UL 508 y cumple los requisitos de inmunidad de la norma EN 61000-6-2 para entornos industriales [2]. Esto respalda una operación confiable en tableros con variadores de frecuencia y otras fuentes de perturbación.
Integración de software: una API, múltiples sistemas operativos
Todas las tarjetas cifX comparten la misma interfaz de programación de aplicaciones (API, Application Programming Interface), denominada CIFX-API. Esta interfaz es independiente del bus de campo o de la red Ethernet industrial utilizada e incluye las funciones para inicializar, parametrizar, intercambiar datos de E/S y obtener información de estado [5].
Hilscher ofrece controladores (drivers) para Windows, Linux, QNX, VxWorks, INtime e IntervalZero RTX [5]. En Linux, la biblioteca libcifX ofrece la misma API que en Windows, y para otras plataformas se dispone de un kit de herramientas en ANSI-C (C toolkit) que aísla las funciones dependientes del sistema operativo [5].
La configuración se realiza con la herramienta Communication Studio, y la descarga de firmware y configuración con Device Explorer [2][6]. El beneficio práctico es que el código de la aplicación y el conocimiento del equipo de ingeniería se conservan al cambiar de protocolo o de formato de tarjeta, y se pueden aplicar también a otros productos basados en netX, como gateways y módulos embebidos [1].
Nueva generación basada en netX 90: ciberseguridad e IIoT
La familia se amplía con tarjetas basadas en el controlador netX 90, en formatos M.2, PCI Express y Mini PCI Express halfsize [6]. La CIFX PCIE90-RE, sucesora de la CIFX 50E-RE, opera como dispositivo (device) en EtherCAT, EtherNet/IP, Modbus/TCP, POWERLINK, PROFINET, Sercos y CC-Link IE Field Basic, e incorpora además un cliente MQTT y un servidor OPC UA [6]. Así, junto con los datos de proceso, la misma tarjeta habilita casos de uso como el monitoreo de condición (condition monitoring) o el mantenimiento predictivo [6].
Según su hoja técnica, la CIFX PCIE90-RE opera entre −20 °C y +70 °C, consume típicamente 270 mA a 3,3 V, dispone de una DPM de 32 KB y de dos puertos RJ45 aislados [6]. Hilscher la presenta como una interfaz de comunicación conforme con el Reglamento (UE) 2024/2847 sobre ciberresiliencia (CRA, Cyber Resilience Act) [6], que establece requisitos de ciberseguridad para los productos con elementos digitales comercializados en la Unión Europea [7]. Para los fabricantes de máquinas que exportan a ese mercado, contar con una interfaz de comunicación diseñada con estos requisitos en mente facilita el proceso de conformidad del producto final.
Aplicaciones típicas
- PC industriales para el control de plantas o de máquinas [1].
- Paneles HMI para la supervisión y operación de máquinas [1].
- Sistemas de inspección óptica, bancos de prueba, sistemas de simulación y soluciones robotizadas [1].
- Entornos de prueba y desarrollo para buses de campo y protocolos Ethernet industriales [1].
- Incorporación de una interfaz de comunicación en aplicaciones existentes basadas en PC (retrofit) [6].
Conclusión
Las tarjetas PC cifX reúnen ejecución autónoma de la pila de protocolo, capacidad multiprotocolo, una amplia gama de formatos y una API común. Para el usuario, esto significa integraciones más rápidas, menor variedad de hardware que mantener y la posibilidad de migrar entre redes sin reescribir la aplicación. Con la generación basada en netX 90, la plataforma suma además funciones IIoT y un enfoque explícito en ciberseguridad, alineado con las nuevas exigencias regulatorias.
Referencias
[1] Hilscher. PC Cards for Industrial Ethernet & Fieldbus. https://www.hilscher.com/products/pc-cards-for-industrial-ethernet-fieldbus
[2] Hilscher. CIFX 50E-RE – PCI Express PC card, Industrial Ethernet Controller/Device. Datos técnicos. https://www.hilscher.com/products/pc-cards-for-industrial-ethernet-fieldbus/pci-express/cifx-50e-re
[3] Hilscher. PCI Express – PC cards. https://www.hilscher.com/products/pc-cards-for-industrial-ethernet-fieldbus/pci-express
[4] Hilscher. M.2 – PC cards. https://www.hilscher.com/products/pc-cards-for-industrial-ethernet-fieldbus/m2
[5] Hilscher. About Hilscher’s device drivers. https://www.hilscher.com/technology/netx-technology-overview/about-hilschers-device-drivers
[6] Hilscher. CIFX PCIE90-RE – Cyber-secure PCI Express PC card, Industrial Ethernet Device. Datos técnicos. https://www.hilscher.com/products/pc-cards-for-industrial-ethernet-fieldbus/pci-express/cifx-pcie90-re
[7] Unión Europea. Reglamento (UE) 2024/2847 del Parlamento Europeo y del Consejo, relativo a los requisitos horizontales de ciberseguridad para los productos con elementos digitales (Reglamento de Ciberresiliencia). https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2024/2847/oj
