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Os operadores de máquinas e equipamentos continuam a intensificar o foco na Internet Industrial das Coisas. Para que possam aproveitar ao máximo suas fábricas conectadas em IIoT, o maquinário e os equipamentos devem poder se conectar à nuvem. Isso pode ser alcançado usando o que são conhecidos como dispositivos Edge.

Os dispositivos Edge estão no limiar entre tecnologia operacional (TO) e tecnologia da informação (TI).
Com três tipos de arquitetura Edge, a B&R oferece uma solução para cada situação.

Espera-se que os processos industriais atinjam níveis cada vez maiores de eficácia e eficiência. O consumo de energia deve ser rastreado, o equipamento deve ser mais rápido e de manutenção mais fácil, e deve ser possível medir e comparar o desempenho dos recursos. O IoT Industrial promete tudo isso e mais com máquinas e linhas de produção bastante automatizadas e ultra-conectadas.

Utilização efetiva dos dados

As soluções IoT industriais permitem aos usuários extrair informações de suas máquinas e equipamentos que se estendem muito além de alarmes simples e notificações de eventos. "Os usuários podem ser informados quando um componente está mostrando sinais de desgaste e quando ele falhará", diz Ralf Pühler, gerente de produtos do IoT Industrial da B&R. "Atualmente, apenas cerca de um por cento dos dados que uma planta gera é realmente utilizado", ressalta. A B&R pretende aumentar a taxa usando um pacote de solução modular consistindo em componentes de hardware e software que podem ser adaptados para atender aos requisitos do cliente.

Os componentes de software modulares da Tecnologia mapp permitem que os dados da máquina sejam coletados, processados e visualizados. Para configurar um sistema de monitoramento de energia, o que todos os engenheiros de automação precisam fazer é arrastar e soltar o componente mapp Energy no seu projeto no Automation Studio. O componente de software coleta automaticamente dados de consumo de todos os eixos da máquina e depois calcula e visualiza os parâmetros correspondentes. "Existem muitos outros componentes, além do mapp Energy, incluindo um para calcular a eficácia geral do equipamento", acrescenta Pühler.

Capacidade de armazenamento praticamente ilimitada

Anteriormente, os dados da máquina só foram guardados intermitentemente antes de serem substituídos por novos dados. "Se quisermos continuar a analisar e utilizar esses dados, precisamos de algum lugar para armazená-lo", diz Pühler. Isso pode ser um banco de dados local ou baseado em nuvem.

Na era do IoT Industrial, no entanto, não é apenas o que os dados podem nos informar sobre máquinas individuais que é interessante. "Quero poder comparar máquinas e linhas entre si, ou mesmo com diferentes plantas de produção ao redor do mundo", explica Pühler. O volume de dados necessários para isso pode, em princípio, ser analisado e avaliado usando computadores locais. "No entanto, muitas vezes faz mais sentido aproveitar o processamento e a capacidade de armazenamento praticamente ilimitados oferecidos pela nuvem", observa o especialista em tecnologia IoT Industrial.

TO se encontra com TI

Os hardware que enviam os dados agregados para a nuvem são conhecidos como dispositivos Edge. Dispositivos Edge? "Nós os chamamos assim porque são a última entidade física a caminho da nuvem", explica Pühler. Esses dispositivos formam a interface entre a tecnologia operacional (TO) no nível da máquina e as soluções de TI na nuvem. TO inclui componentes de hardware e software que monitoram e controlam dispositivos, processos e eventos em tempo real.

Os dados coletados no nível TO podem ser transferidos para a nuvem de diferentes maneiras, dependendo da respectiva aplicação e volume de dados. "É por isso que oferecemos três tipos de dispositivos Edge, para garantir uma solução para cada situação", diz Pühler.

As três variantes do Edge

Se um sensor recebe um sinal uma vez por hora, na prática faz sentido enviar os dados diretamente para a nuvem. Tubulações que são monitoradas quanto a vazamentos usando sensores são um bom exemplo. "Casos como esse não exigem controle em tempo real, portanto, não há necessidade de lógica de controle local". Além disso, é suficiente que a equipe de manutenção cheque a tubulação dentro de alguns dias. Para aplicações simples como esta, um controlador de barramento B&R é suficiente. Isso transmite sinais de I/O não processados para a nuvem em forma criptografada via OPC UA. "Chamamos essa opção Edge Connect", diz Pühler.

Onde grandes volumes de dados estão envolvidos, vale a pena agregar os dados na máquina primeiro. Isso tem duas vantagens: em primeiro lugar, reduz os requisitos de banda e os custos para serviços em nuvem; Em segundo lugar, ele fornece um buffer suficiente para impedir a perda de dados no caso de um erro de conexão. "Neste caso, nossos sistemas de controle padrão podem ser usados", observa Pühler. "Nós chamamos isso de Edge incorporado, e executa a lógica da máquina em tempo real, além de transmitir dados para a nuvem".

Sistemas auto-adaptativos

Para monitorar linhas de produção inteiras, os dados de centenas de I/O devem ser pré-processados antes de serem enviados para a nuvem. Nestes casos, um controlador padrão já não é suficiente. Pühler também possui uma solução para isso. "Aqui, um PC de Automação da B&R pode ser combinado com uma plataforma IoT Industrial abrangente, criando o que chamamos de "Edge Controller". Devido ao seu alto poder de processamento e capacidade de armazenamento, o PC industrial pode realizar pré-processamentos e análises mais avançados do que as outras duas opções Edge. Além disso, ele pode calcular algoritmos complexos como, por exemplo, aqueles usados em sistemas de aprendizagem de máquinas.

Com uma variedade de arquiteturas Edge para escolher, é fácil equipar plantas recém-construídas para o IoT Industrial. "A computação Edge não é apenas para equipamentos novos", ressalta Pühler. "Também oferece grandes benefícios para equipamentos antigos que até agora estão operando isoladamente". Com a Orange Box, a B&R também possui uma solução para equipamentos brownfield. Como uma combinação flexível de componentes de software e hardware, a Orange Box está conectada a uma máquina existente e pode ser integrada de forma transparente em uma arquitetura Edge.

Protocolos para uma conexão robusta

Os dados são transferidos do Edge para a nuvem usando protocolos especiais que suportam a transmissão de grandes volumes de dados. A B&R oferece protocolos de enfileiramento familiares como o MQTT (Message Queue Telemetry Transport) e AMQP (Advanced Message Queuing Protocol), que permitem que os pacotes de dados sejam transferidos de forma confiável, mesmo nos casos em que a conexão de rede seja fraca ou intermitentemente indisponível. Eles fazem isso salvando pacotes de dados em uma fila, quando necessário, para serem enviados mais tarde.

Outros protocolos, incluindo OPC UA, podem ser transferidos via MQTT e AMQP. "O OPC UA tem a vantagem de ser entendido por todos os tipos de hardware e software tanto no domínio da TI quanto no nível do sistema de controle, independentemente do fabricante", explica Pühler. Isso garante uma conexão robusta entre o nível da máquina e a nuvem, independentemente do hardware usado.

Autor: Carmen Klingler-Deiseroth, jornalista freelancer

Existem quatro aspectos fundamentais para a implementação do IoT Industrial: o hardware utilizado para a aquisição de dados, os dados em si, o software utilizado para analisar os dados e, finalmente, a conectividade - ou seja, a rede que reúne todos os outros aspectos.
Muitos operadores de máquinas e equipamentos coletam dados, mas não os analisam. Ao não fazê-lo, eles perdem grande potencial de otimização.

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