Sistema embarcado real aplicado ao controle de processo de uma planta virtual: Unity, Linux, Mqtt e Raspberry

Abstract

A aplicação da Realidade Virtual (RV) no ensino de controle de processos representa uma inovação significativa, proporcionando uma alternativa prática e imersiva aos tradicionais laboratórios físicos. Este projeto desenvolveu uma infraestrutura robusta integrando cliente, servidor, dispositivos e rede para criar um ambiente virtual interativo. O cliente, operando em um ambiente web ou Unity, oferece a interface gráfica para interação do usuário. O servidor, configurado em um dispositivo rodando containers Docker, gerencia a comunicação entre todos os componentes, utilizando serviços como Node.js, MongoDB e MQTT. Microcontroladores ESP32 e ESP01 são programados para interagir com sensores e atuadores, enviando dados para o servidor via MQTT. A rede local, conectada através de roteadores ou hotspots móveis, assegura a comunicação eficiente entre todos os elementos. Simulações, incluindo a planta MPS-PA e cenários customizados, demonstram a flexibilidade e abrangência do ambiente virtual. Comparações com sistemas físicos, como a estação de trabalho MPS-PA Compact da Festo, revelam que o sistema virtual é capaz de replicar com precisão as funcionalidades dos sistemas físicos, oferecendo vantagens adicionais em termos de acessibilidade, segurança e custo. A análise dos resultados confirma a eficácia do ambiente virtual em atender aos objetivos educacionais, destacando a integração de tecnologias avançadas e superando as limitações dos métodos tradicionais de ensino. Conclui-se que a plataforma desenvolvida é uma ferramenta eficaz para o ensino de controle de processos, complementando a aprendizagem teórica com uma experiência prática e interativa, e preparando os alunos para as demandas da Indústria 4.0

The application of Virtual Reality (VR) in process control education offers a practical and immersive alternative to traditional physical laboratories. This project developed a robust infrastructure integrating client, server, devices, and network to create an interactive virtual environment. Operating in a web or Unity environment, the client provides the graphical interface for user interaction. Configured on a device running Docker containers, the server manages communication between components using services like Node.js, MongoDB, and MQTT. ESP32 and ESP01 microcontrollers interact with sensors and actuators, sending data to the server via MQTT. The local network, connected through routers or mobile hotspots, ensures efficient communication. Simulations, including the MPS-PA plant and customized scenarios, demonstrate the flexibility and comprehensiveness of the virtual environment. Comparisons with physical systems, such as Festo's MPS-PA Compact workstation, show that the virtual system accurately replicates the functionalities of physical systems, offering advantages in accessibility, safety, and cost. Results confirm the effectiveness of the virtual environment in meeting educational objectives, highlighting the integration of advanced technologies and surpassing traditional teaching methods. The developed platform is an effective tool for process control education, complementing theoretical learning with practical and interactive experience, preparing students for Industry 4.0 demands.