• 7 de janeiro de 2020

Protocolos Industriais no Cenário IoT

Os protocolos de comunicação industrial e a Internet das Coisas formam uma verdadeira sopa de letrinhas: IIoT, OPC UA, MQTT, HTTP, REST, CoAP, MODBUS, DDS, (…), ao infinito e além. A viabilidade técnica da inserção dessas soluções na indústria também já tem sido muito explorada.  Agora, enfrentamos uma fase em que descobrir como otimizar processos através dessa sopa de letras — os protocolos industriais — é o diferencial. Neste artigo faremos uma breve introdução dos protocolos industriais e do cenário IoT.

O que são Protocolos Industriais?

Um protocolo de comunicação é um conjunto de regras que dispositivos eletrônicos devem seguir para permitir a troca de informação entre si. Em um chão de fábrica, por exemplo, são empregados aparelhos baseados em linguagens distintas, mas que, sendo parte da mesma linha de produção, precisam de informações de outros equipamentos. Protocolos industriais permitem que essas informações sejam transmitidas e processadas de forma adequada dentro da linha de produção industrial.

Engenheiros e integradores envolvidos no ramo industrial são questionados com frequência sobre qual a melhor tecnologia a ser adotada por um negócio e como a integração entre diferentes aplicações deve ser feita. A diversidade de protocolos de comunicação existentes acaba deixando dúvidas do caminho a ser seguido. Nesse cenário, entender os padrões de comunicação industrial permite otimizar o desempenho de uma solução. No entanto, como podemos determinar quais protocolos otimizam uma solução industrial?

Dificilmente teremos um protocolo aberto padrão que atenda a todos os cenários. Equipamentos legados, requisitos variados em diferentes indústrias e pessoas com habilidades distintas não permitem consolidar a solução em um padrão universal. É importante fazer a lição de casa e usar o protocolo correto para chegar na solução de um projeto.

Arquiteturas de comunicação

Esta arquitetura requer que dispositivos se conectem e publiquem dados em tópicos intermediados por um broker (intermediário). também se conectam ao mesmo broker e assinam (subscribe) o tópico para receber os dados. Um dispositivo que faz a leitura de um sensor pode publicar (publish) essa informação em um tópico e outros podem se o mesmo para receber essa informação automaticamente. Este modelo desacopla os dispositivos sensores e clientes.

Diferenças entre os tipos de arquitetura

Em se tratando de vantagens e desvantagens, a arquitetura client/server permite maior interoperabilidade e segurança, já que é formado por conexões ponto a ponto. No entanto, essas conexões não são muito escaláveis, devido à necessidade de gerenciamento de conexão e uso de recursos computacionais.

A arquitetura publish/subscribe, por outro lado, permite maior escalabilidade porque ela desacopla sensores de consumidores, os quais podem ser inseridos ou removidos independentemente. Garantir a segurança neste caso é mais complexo, pois há mais pontos envolvidos e conectados. Também há problemas de interoperabilidade a partir do momento em que um gerador de dados altera o formato da

Os protocolos destacados abaixo têm o potencial para conectar dispositivos industriais à plataforma IoT. Agora que temos uma ideia das arquiteturas de comunicação, vamos entrar em mais detalhes dos protocolos industriais:

OPC UA

OPC UA é a nova geração do padrão criado pela OPC Foundation. O protocolo OPC clássico já é conhecido na indústria por fornecer uma interface de comunicação padrão com CLPs (Controladores Lógicos Programáveis). A nova geração estende a interoperabilidade entre dispositivos e possibilita tráfego de informações para a camada gerencial da empresa.

O OPC UA é um protocolo do tipo client/server, em que o cliente se conecta, faz leitura, escrita e navega em equipamentos industriais. Ele é altamente seguro, permite criptografia e suporta a interoperabilidade entre diferentes fabricantes. É uma solução amplamente utilizada na indústria, pois permite a conexão entre CLPs e sensores no sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) e no MES (Manufacturing Execution System). Contudo, o OPC UA é novo dentro da área de TI das empresas e seu uso acaba intimidando, devido à sua complexidade, quando comparado a outros protocolos. Para contornar esse problema, a OPC Foundation tornou público o padrão OPC UA, na tentativa de aumentar sua adoção nas indústrias.

HTTP (REST/JSON)

O protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol) funciona no estilo client/server e é onipresente na web. Ele é muito acessível, já que qualquer linguagem de programação possui bibliotecas deste tipo. A importância do HTTP na IoT está relacionada ao modelo REST, que permite o acesso a dados e recursos através de  .

O uso de HTTP na indústria é mais utilizado para configuração de equipamentos, porém, não para envio de dados. Dispositivos IoT permitem tráfego de dados através de HTTP, contrariando a indústria. No entanto, esse cenário está mudando, pois há inúmeros gateways e CLPs que passaram a adicionar suporte nativo para dados via HTTP.

MQTT

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) é um protocolo do tipo publish/subscribe projetado para o sistema SCADA e para redes remotas. Tem um cabeçalho de poucos bytes e comunicação robusta. Da mesma maneira que o HTTP, o MQTT permite que qualquer dado trafegue pela sua rede, embora JSON e dados em binário sejam os mais utilizados. MQTT não é amplamente utilizado como o HTTP, mas está crescendo muito na área de IoT. A maioria das linguagens de programação já suportam MQTT e a maioria das plataformas IoT já inserem o MQTT como protocolo de entrada.

Os mais variados protocolos de comunicação IoT têm espaço na indústria. É difícil medir quais protocolos são mais utilizados, mas todos possuem prós e contras. O importante é usar uma arquitetura que atenda às necessidades da aplicação e garantir que os parceiros industriais suportem e possam se adaptar a esse cenário. Isso servirá de garantia para o sucesso do projeto além de evitar a   entre os protocolos de comunicação.