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Protocolos de Integração entre Máquinas: Impulsionando a Eficiência na Era da Indústria 4.0

Na era da Indústria 4.0, a integração entre máquinas é um fator fundamental para impulsionar a eficiência e a produtividade nas operações industriais. A troca de informações em tempo real e a coordenação entre diferentes sistemas e equipamentos são essenciais para criar uma linha de produção inteligente e altamente eficiente. Neste artigo, exploraremos alguns protocolos utilizados para a integração entre máquinas e como eles contribuem para a transformação da indústria.


Indústria 4.0

OPC (OLE for Process Control)


O OPC é um protocolo amplamente utilizado para a troca de dados em sistemas de controle de processos. Ele permite a comunicação entre diferentes dispositivos e aplicativos, independentemente da plataforma ou fabricante. O OPC utiliza o padrão OLE (Object Linking and Embedding) para estabelecer conexões entre as máquinas, facilitando a integração de sistemas heterogêneos. Ele fornece uma estrutura comum para a comunicação e compartilhamento de dados, permitindo o monitoramento e o controle centralizados da produção.


O protocolo OPC-UA (Object Linking and Embedding for Process Control - Unified Architecture) é amplamente utilizado na indústria 4.0 para comunicação segura e confiável de dados entre dispositivos e sistemas. Aqui estão alguns exemplos de uso do protocolo OPC-UA na indústria:

  • Monitoramento e controle de máquinas e equipamentos: O OPC-UA é usado para monitorar e controlar máquinas e equipamentos na indústria 4.0. Sensores, atuadores e dispositivos conectados podem se comunicar com sistemas de controle usando o OPC-UA para trocar dados em tempo real, permitindo o monitoramento de variáveis de processo, o acionamento de ações de controle e a coleta de informações de diagnóstico.

  • Integração de sistemas de produção: O OPC-UA é usado para integrar sistemas de produção em uma fábrica ou planta industrial. Ele permite a comunicação e troca de informações entre diferentes sistemas, como sistemas MES (Manufacturing Execution System), sistemas ERP (Enterprise Resource Planning), sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) e sistemas de automação. Isso facilita a troca de dados de produção, programação de produção, controle de qualidade e gerenciamento de recursos em toda a cadeia de valor.

  • Análise de dados e gerenciamento de ativos: O OPC-UA é usado para coletar e transmitir dados de sensores, máquinas e equipamentos para sistemas de análise de dados e gerenciamento de ativos na indústria 4.0. Ele permite a coleta de dados em tempo real para análises avançadas, monitoramento de desempenho de ativos, manutenção preditiva e otimização de processos. Os dados podem ser transmitidos de forma segura e confiável, garantindo a integridade e confidencialidade das informações.


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  • Comunicação segura e confiável: O OPC-UA é conhecido por sua segurança e confiabilidade na comunicação de dados na indústria 4.0. Ele suporta autenticação, criptografia e controle de acesso, garantindo a proteção dos dados transmitidos entre dispositivos e sistemas. Isso é especialmente importante em ambientes industriais, onde a segurança das informações é fundamental.

  • Interoperabilidade e padronização: O OPC-UA é um protocolo padronizado e altamente interoperável, o que significa que ele pode ser usado em uma ampla variedade de dispositivos e sistemas de diferentes fornecedores. Isso facilita a integração de sistemas heterogêneos na indústria 4.0, permitindo a troca de dados sem problemas entre diferentes plataformas e tecnologias.

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Artigo Siemens

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)


O MQTT é um protocolo de mensagens leve e eficiente, projetado para a comunicação entre dispositivos de IoT (Internet of Things). Ele é amplamente utilizado na Indústria 4.0 para a integração de máquinas e sensores em uma rede de produção. O MQTT utiliza o modelo de publicação/assinatura, permitindo que as máquinas publiquem dados em um tópico centralizado e outras máquinas se inscrevam para receber essas informações em tempo real. Isso possibilita uma comunicação assíncrona e distribuída, permitindo uma rápida troca de dados em ambientes de alta velocidade. A seguir alguns exemplos:

  • Coleta de dados de produção: É utilizado para coletar dados de produção em tempo real, como o número de peças produzidas, o tempo de ciclo, a eficiência operacional, entre outros. Esses dados podem ser enviados por dispositivos de chão de fábrica, PLCs ou sistemas de controle para um servidor MQTT centralizado, onde são processados, armazenados e disponibilizados para análises de desempenho e tomada de decisões.

  • Controle de processos: Controle de processos em tempo real na indústria de manufatura. Os sistemas de controle, como SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) e sistemas de automação, podem enviar comandos e receber atualizações de estado dos dispositivos de produção usando o MQTT. Isso permite um controle mais eficiente e rápido dos processos de fabricação, bem como a capacidade de ajustar e otimizar parâmetros em tempo real.

  • Integração de sistemas e troca de informações: A integração de diferentes sistemas na indústria de manufatura. Por exemplo, ele pode ser usado para conectar sistemas MES (Manufacturing Execution System) a sistemas ERP (Enterprise Resource Planning), permitindo a troca de informações sobre pedidos, programação de produção, estoque e outros dados relevantes. Além disso, o MQTT também pode ser usado para conectar sistemas de manutenção e gestão de ativos, facilitando a manutenção preditiva e o monitoramento remoto de equipamentos.

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Metalurgia 2023 - Feira e congresso

Modbus


O protocolo Modbus é um padrão de comunicação amplamente utilizado na indústria para a integração entre dispositivos eletrônicos, como controladores lógicos programáveis (PLCs) e dispositivos de campo. Ele é baseado em uma arquitetura mestre/escravo, onde um dispositivo mestre pode solicitar informações dos dispositivos escravos. O Modbus suporta diferentes tipos de interfaces, como Ethernet, RS-485 e TCP/IP, proporcionando flexibilidade na integração de máquinas em diferentes redes industriais. Alguns exemplos do uso do Modbus:

  • Monitoramento e controle de dispositivos: É comumente usado para monitorar e controlar dispositivos industriais, como sensores, medidores, atuadores e controladores lógicos programáveis (PLCs). Por exemplo, um PLC pode usar o Modbus para receber dados de sensores e controlar atuadores em um processo de produção.

  • Integração de sistemas: A integração de diferentes sistemas em uma fábrica ou planta industrial. Por exemplo, um sistema de gerenciamento de energia pode usar o Modbus para se comunicar com dispositivos de controle de energia, como inversores de frequência e medidores de energia.

  • Aquisição de dados: O protocolo é usado para aquisição de dados de dispositivos distribuídos em uma rede industrial. Por exemplo, um sistema de aquisição de dados pode usar o Modbus para coletar informações de diferentes dispositivos, como temperatura, pressão e fluxo, e enviar esses dados para um sistema central para análise e monitoramento.

  • Supervisão e controle de processos: Utilizado em sistemas de supervisão e controle de processos industriais. Por exemplo, um sistema de supervisão e controle de um sistema de distribuição de água pode usar o Modbus para obter informações sobre o status das válvulas, níveis de tanques e fluxo de água em diferentes pontos do sistema.

  • Comunicação com equipamentos legados: A comunicação com equipamentos legados que não possuem interfaces de comunicação modernas. Isso permite que esses dispositivos sejam integrados a sistemas mais recentes. Por exemplo, um sistema de automação industrial pode usar o Modbus para se comunicar com um equipamento antigo que não suporta protocolos de comunicação mais recentes.

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white paper Siemens

Ethernet/IP


O Ethernet/IP é um protocolo de comunicação industrial baseado na tecnologia Ethernet. Ele permite a troca de dados em tempo real e a interoperabilidade entre diferentes dispositivos industriais, como controladores de automação, robôs e sistemas de visão. O Ethernet/IP utiliza o modelo cliente/servidor para a comunicação, onde os dispositivos cliente podem solicitar dados aos dispositivos servidores. A utilização do Ethernet/IP proporciona uma integração mais ampla e eficiente entre diferentes componentes de uma linha de produção.


RESTful (Representational State Transfer)


O RESTful é um estilo arquitetural amplamente utilizado para a integração de sistemas web. Ele permite a comunicação entre máquinas por meio da transferência de representações de recursos pela internet. O RESTful utiliza os métodos HTTP, como GET, POST, PUT e DELETE, para realizar operações em recursos web. Essa abordagem é frequentemente utilizada na integração entre sistemas de gestão de produção (MES) e outros sistemas corporativos, permitindo o compartilhamento de informações em tempo real e a automação de processos.


Os protocolos de integração entre máquinas desempenham um papel crucial na construção de uma linha de produção inteligente na Indústria 4.0. Eles permitem a comunicação eficiente e em tempo real entre diferentes dispositivos e sistemas, possibilitando a coordenação e o controle centralizados da produção. A escolha adequada dos protocolos é essencial para garantir a interoperabilidade e a eficiência dos processos industriais. À medida que a tecnologia continua a evoluir, novos protocolos surgirão, impulsionando ainda mais a integração entre máquinas e promovendo a transformação da indústria rumo a um futuro mais eficiente e conectado.


Referências:

GÜNDOĞAN, Cenk et al. The impact of networking protocols on massive M2M communication in the industrial IoT. IEEE Transactions on Network and Service Management, v. 18, n. 4, p. 4814-4828, 2021. LAGHARI, Shams A.; MANICKAM, Selvakumar; KARUPPAYAH, Shankar. A review on SECS/GEM: A machine-to-machine (M2M) communication protocol for industry 4.0. International Journal of Electrical and Electronic Engineering & Telecommunications, v. 10, n. 2, p. 105-114, 2021.

MARCON, Petr et al. Communication technology for industry 4.0. In: 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium-Spring (PIERS). IEEE, 2017. p. 1694-1697.



Sandro Breval

Sandro Breval Santiago

Professor Adjunto, Industry 4.0 Maturity Index Expert, PIMM4.0, Digital Transformation

Linkedin - Colunista BR40

Fonte: BR4.0

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