Uma arquitetura para a aplicação da Internet das coisas industrial

Abstract

A busca por eficiência e maior produtividade tem levado inovação para a indústria. A Indústria 4.0 é um novo conceito que representa uma evolução dos sistemas produtivos atuais a partir da convergência entre novas tecnologias de automação industrial e tecnologia da informação. Nesse contexto, a Internet das Coisas Industrial (IIoT) se destaca pela evolução na comunicação entre sistemas e equipamentos, disponibilizando para os usuários diversas informações úteis para o gerenciamento e aperfeiçoamento dos sistemas de produção. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo para aplicação da IIoT baseado em soluções de código aberto (open source), que habilita a programação, comunicação em rede e supervisão dos equipamentos, permitindo monitorar máquinas e processos e controlar uma planta industrial. A arquitetura do modelo de aplicação é composta por três componentes: o servidor da aplicação, o módulo gateway e os módulos remotos. Os protocolos de comunicação desenvolvidos para a solução são: Modbus TCP/IP, MQTT e CoAP para conexão entre os módulos remotos e o gateway e o HTTP utilizando o padrão REST no formato JSON para a comunicação da aplicação externa com o gateway. Para viabilizar a programação da lógica de controle das máquinas e plantas foi utilizado o projeto OpenPLC. O modelo, adicionalmente, permite armazenar e disponibilizar em tempo real, de forma padronizada e interoperável, as informações do processo ou sistema, para qualquer tipo de plataforma conectada à rede e/ou Internet. Testes de operação realizados validaram o desenvolvimento dos módulos remotos e do gateway. Resultados obtidos com a implementação do modelo para o controle e monitoramento de um processo de manufatura demonstraram a eficácia e o potencial de uso da solução para aplicações de IIoT e Industria 4.0.

The focus on efficiency and higher productivity has brought innovation to the industry. The Industry 4.0 is a new concept representing the evolution of the current production systems through the convergence of new technologies of industrial automation and information technology. In this context, the Industrial Internet of Things (IIoT) stands out for the evolution on the communication among equipment and systems, offering to users a variety of useful information for the management of improvement of production systems. This dissertation presents the development of an application model for IIoT based on open source solutions, which enables the programming, network communication and supervision of equipment, and allows monitoring machines and processes and controlling an industrial plant. The architecture of the application model consists of three components: the application server, the gateway module, and the remote modules. The communication protocols developed for the solution are: Modbus TCP/IP, MQTT and CoAP for connection between the remote modules and the gateway; and HTTP using the REST standard with JSON format for communication between the external application with the gateway. The OpenPLC project was used to enable the programming of equipment and plant control logic. Besides, this model stores information of the process or system and makes it available online and accessible in real-time in a standardized and interoperable way to any point connected to the network and/or the Internet. Operation tests validated the development of the gateway and remote modules. Results obtained with the implementation of the model for the control and monitoring of a manufacturing process have demonstrated the efficacy and the potential use of the solution to IIoT and Industry 4.0 applications.