Industrial communication in industry 4.0

Industrial communication may seem a very complicated subject at first, however, as you will see in this content, industrial communication is nothing more than the way data will be transmitted throughout the entire industrial automation chain. First, I recommend that you check out our content about the

Primeiramente, recomendo que você confira nosso conteúdo a respeito da pirâmide da automação industrial, a comunicação industrial é responsável por realizar a transmissão de dados entre os níveis da pirâmide, garantindo que as informações geradas no chão de fábrica possam ser tratadas até chegar no nível 5 da pirâmide.

O que são redes de comunicação industrial?

Podemos considerar a comunicação industrial como:

Rotas que são tomadas de maneira automática e permitem o compartilhamento de dados entre diversos setores da indústria.

Essa definição deixa ainda mais claro a importância da comunicação, principalmente no contexto da indústria 4.0.

Como sabemos, a indústria 4.0 tem como base a forma como os dados gerados pela sua produção são usados. Dessa forma, a maneira que os milhares de dados transitam dentro desse cenário é fundamental para garantir a integridade da informação.

O que define um sistema de comunicação industrial

Agora que entendemos o papel da comunicação industrial, entenderemos como ela desempenha essa atividade. Vamos agora falar quais os elementos que compõe uma cadeia de comunicação no ambiente industrial e saber quais suas principais características.

Primeiramente é preciso entender quais elementos que compõe um sistema básico de comunicação. Esses elementos serão comuns nos modelos utilizados por qualquer indústria. Dessa forma, são eles:

• Protocolo: Pode ser entendido como um conjunto de regras responsáveis por reger a interação entre os equipamentos ligados. De forma simples, o protocolo define como será feita a comunicação dos equipamentos.
• Transmissor: Define o equipamento responsável pelo envio da informação.
• Meio: O meio é o caminho pelo qual a mensagem transita até chegar ao receptor.
• Message: A informação transmitida. Essa informação pode estar em diversos tipos de formato, e é imprescindível que o sistema possa lidar com todo formato gerado pela planta industrial.
• Receptor: Trata-se do dispositivo que recebe a mensagem emitida pelo transmissor.

Além disso, também é importante falar sobre as principais características desse tipo de sistema, ou seja, o principal a ser avaliado uma vez que você planeja implementar ele no seu processo industrial.

• Confiabilidade: A garantia que 100% da informação entregue irá chegar ao seu destino. Aqui é avaliado se o sistema tem alguma chance de corromper, alterar ou extraviar qualquer dado durante o processo.
• Delivery: Nesse ponto, é preciso avaliar a ?entrega? e a sua segurança. Se a mensagem transmitida pelo sistema irá chegar de maneira adequada e unicamente para os dispositivos configurados como receptores.
• Delay: Por sim, o delay fala sobre o atraso entre o disparo da mensagem e o seu recebimento. O tempo efetivo para processamento. Essa informação é especialmente relevante uma vez que certos dados podem ser tornar inúteis a depender do tempo que eles levaram para ser processados.

A função do Protocolo

Agora que conhecemos bem qual o ciclo e quais as características desse processo, é necessário ressaltar o protagonismo do protocolo nesse meio.

O protocolo, enquanto elemento regente, tem uma função definitiva uma vez que ele irá comandar como a comunicação acontece. De fato, ele é o principal elemento a ser averiguado uma vez que se busca otimização nos parâmetros de confiabilidade, delivery e delay.

Para descrever a função protocolo é necessário contextualizar o ambiente padrão de automação industrial.

Diferentes tipos de equipamentos possuem diferentes tipos de ?linguagem?, ou seja, na maior parte das vezes não é possível só ligar com um cabo duas máquinas e esperar que eles ?conversem? de maneira adequada. Na verdade, na esmagadora maioria das vezes essa ligação não resultará em nenhum comportamento ideal.

Dessa maneira, o protocolo aparece como um ?mediador?.

O protocolo irá definir ?padrões? em toda comunicação, para assegurar que mesmos equipamentos com linguagens diferentes consigam se comunicar de maneira funcional.

Para tanto, ao longo do tempo, diversos padrões de comunicação foram criados. Porém, entre eles existem aqueles que se tornaram mais comuns no mercado, seja por serem mais eficientes ou por serem mais práticos de utilizar.

Agora conheceremos a fundo os principais protocolos de comunicação de dados no setor industrial.

Principais protocolos de comunicação industrial

OPC Clássico

O OPC, ou Open Platform Communications (Comunicação de Plataforma Aberta), é um padrão para protocolos de comunicação. O OPC clássico é considerado o primeiro protocolo desse tipo de padrão, surgindo da necessidade de conexão entre dispositivos diferentes.

Com seu surgimento, também ocorreu a vasta aceitação por parte do mercado, fazendo com que ele rapidamente se espalhasse pelo mercado e ganhasse destaque.

Porém, enfrentou alguns obstáculos com a configuração do seu protocolo DCOM, relativamente difícil de se configurar. Além da sua limitação de sistema operacional e a complexidade na configuração de barreiras de segurança.

Porém, como falado, apesar das dificuldades esse ainda é um dos principais protocolos utilizados hoje em dia. Assim, conheceremos melhor suas três principais especificações:

• OPC DA (Data Access): Essa é a especificação para determinar a troca de dados industriais. Ele especifica qual o tipo de informação deve ser trocada, o tempo e os valores que caracterizam essa informação.
• OPC A&E (Alarm & Events): Semelhante ao tópico anterior, ele define a especificação de alarmes e eventos.
• OPC HDA (Historical Data Access): Se refere a padronização de consultas a dados históricos do processo.

Modbus

O Modbus é um dos protocolos de comunicação mais antigos. Também é um dos mais utilizados em automação industrial, visto sua simplicidade e facilidade para implementação e pode ser utilizado em diversos padrões de meio físicos, tais como: RS-232; RS-485 e Ethernet TCP/IP (MODBUS TCP).

Na especificação do protocolo Modbus estão definidos 2 modos de transmissão, o ASCII e o RTU. Os modos definem como são transmitidos os dados da mensagem, a maneira como ela será empacota e descompactada. E os modos variam conforme o tipo de equipamento envolvido na comunicação.

Fieldbus

Esse protocolo de comunicação industrial é totalmente digital, permitindo um controle em série, bidirecional e, acima de tudo, em tempo real.

Os equipamentos fieldbus se tratam de atuadores, controladores e sensores. O Fieldbus conecta esses equipamentos em uma rede local, permitindo a automação e instrumentação desses equipamentos distribuídos por todo campo.

Profibus

O PROFIBUS trata-se de um sistema de comunicação industrial responsável por gerir a comunicação entre redes Fieldbus. Ele é caracterizado como uma série de protocolos que em conjunto irão atuar na tecnologia fieldbus.

Profinet

Fala-se que o protocolo profinet é o Profibus adaptado para a indústria 4.0. Esse padrão de comunicação industrial trata as mesmas redes Fieldbus, porém, diferente da profibus que utiliza comunicação serial, a profinet se utiliza de comunicação Ethernet Industrial, permitindo uma troca mais rápida de dados devido a maior largura de banda.

MQTT

MQTT ou Message Queuing Telemetry Transport (Transporte de Filas de Mensagem de Telemetria) trata-se de um protocolo de comunicação industrial feito para mensagens entre sensores e dispositivos móveis otimizados, sendo um protocolo extremamente simples e leve.

Ele permite a troca de mensagens entre os dispositivos configurados através da rede TCP/IP. Como ele é projetado para repassar apenas as informações solicitadas ele consegue se manter eficiente e leve mesmo em bandas de baixa largura.

Por conta dessa praticidade, o MQTT se configura como o principal protocolo de comunicação para realizar projetos de IoT (Internet das Coisas). Mas pode ser amplamente utilizado para projetos industriais, visto que facilita a comunicação de informações simples.

OPC UA

Por fim, o último sistema de comunicação industrial que falaremos nesse conteúdo será o OPC UA, que apesar do nome é um sistema diferente do OPC Clássico que falamos no começo.

O OPC UA (Unified Architecture ou Arquitetura Unificada), se baseia no princípio cliente-servidor. Dessa maneira permite uma comunicação sem dependência entre sensores e atuadores individuais até o sistema de ERP do negócio, ou mesmo um sistema em Nuvem.

Diferente do OPC clássico, o OPC UA se utiliza de uma arquitetura unificada para todo tipo de sistema operacional, não se limitando apenas ao Windowns como o clássico.

Ele se mostra um sistema de comunicação mais completo, uma vez que possui essa independência de outras plataformas, além disso, também possui seus próprios mecanismos de segurança, garantindo a integridade das suas mensagens.

No contexto da indústria 4.0, o OPC UA se mostra uma das melhores ferramentas uma vez que consegue integrar toda a comunicação da planta em um só protocolo, desde o chão de fábrica até a gestão. Por isso, esse protocolo vem sendo considerado o melhor protocolo para a indústria 4.0.

Essas diferenças em relação aos demais protocolos se apresentam da seguinte forma:

• Independência de plataformas: Funciona perfeitamente em todo e qualquer sistema operacional ou mesmo na nuvem.
• Segurança: Além de ser compatível com os barreiras de segurança dos sistemas operacionais, o OPC UA ainda conta com criptografia de sessões, controle de usuário e autenticação.
• Equivalência Funcional: Derivado do OPC Clássico, o OPC UA conta com todas as suas funcionalidades porém otimizando e melhorando as características negativas da sua versão mais antiga.
• Extensão: O OPC UA está preparado para ser otimizado. Caso uma nova tecnologia revolucionária surja no fututo o sistema está pronto para aderir-lhe e integrá-la.

Tudo isso e muito mais

A comunicação industrial é um processo que está sempre melhorando e se reinventando. Assim para sair na frente da concorrência é sempre importante garantir que a sua está funcionando de maneira adequada para o seu negócio.

Esse é o final de mais um conteúdo do nosso blog, espero que você tenha entendido bem o que é a comunicação industrial e como ela pode ser utilizada pela sua indústria.

Caso tenha interesse em entender melhor como a comunicação industrial pode ser utilizada na sua indústria em específico, não deixa de enviar um e-mail para comercial@rntecnologia.com.br!

Até o próximo conteúdo!