PLC para nuvem:usando IoT para ler dados de um PLC

A integração perfeita de componentes de IIoT, incluindo hardware, software e protocolos de comunicação de IoT, ocorreu em etapas incrementais para os fabricantes.

Os primeiros sistemas de automação industrial eram sensores básicos, interruptores de limite e outros dispositivos que alimentavam dados diretamente para uma impressão ou HMI onde pouca ou nenhuma análise estava disponível. Os dados ainda precisavam ser inseridos em plataformas de software independentes no nível de gerenciamento. Havia problemas com a interoperabilidade entre software simples e sistemas de nível empresarial e um limite para a velocidade e profundidade que os sistemas podiam processar dados para consumo. A visualização disponível era geralmente limitada a IHMs no nível da máquina.

Desde a década de 1970, os sistemas de automação industrial muitas vezes contam com PLCs. As plataformas de nuvem avançaram ao ponto de serem projetadas para funcionar com esses PLCs sob protocolos padronizados. Os PLCs podem transferir dados para a plataforma em nuvem. Os dados são analisados e entregues a sistemas e pessoas para melhorar a produtividade, estimular a melhoria de processos, reduzir o desperdício e oferecer insights acionáveis aos usuários.

O PLC e a nuvem:o que são?

PLCs e plataformas de nuvem são duas peças distintas necessárias para sistemas de monitoramento de fábrica e plataformas de análise de IoT. Eles são muito diferentes na aplicação e dependem um do outro para que um moderno sistema de automação e monitoramento de IIoT funcione. Compreender suas diferenças ajudará os usuários a entender como enviar dados do PLC para a nuvem.

Controlador lógico programável (CLP)

Os Controladores Lógicos Programáveis, ou CLPs, foram desenvolvidos para uso em sistemas de automação. Os primeiros modelos eram capazes de funcionalidades básicas de controle, mas não possuíam análises avançadas ou recursos computacionais.

Eles também careciam de estruturas de dados, usavam programação proprietária que precisava ser feita via laptop no gabinete do PLC e eram limitados a um protocolo de comunicação específico.

Essas limitações forçaram os departamentos de TI a criar um sistema interno ad hoc de componentes sobrepostos, hardware e configuração de dispositivos para criar uma abordagem personalizada. Esses sistemas homebrew estavam abertos a violações de segurança, eram caros para manter e tinham pouca conectividade IoT. Eles geralmente estavam fora do alcance de muitas pequenas empresas nas quais os recursos de capital e qualificação eram escassos.

Os PLCs atuais podem aceitar protocolos OT e IT. A maioria tem segurança integrada ou pode ser protegida como parte de uma plataforma IIoT integrada. Com os avanços nos recursos, os PLCs também foram capacitados como dispositivos de borda que ajudam a mover dados de OT para a esfera de TI, geralmente residindo em uma plataforma de nuvem.

Uma CPU Type1 Light S - PUM11 da Toshiba. [Fonte]

A Nuvem

A explosão de dados resultante de dispositivos de ponta, avanços em PLCs, tecnologia IoT e outros dispositivos de aquisição de dados apresenta uma oportunidade de coletar dados e aproveitá-los para obter valor não disponível anteriormente. No entanto, o custo de adicionar servidores físicos, mantê-los e mantê-los seguros pode sobrecarregar muitas empresas.

A nuvem representa o conceito de armazenamento de dados descentralizado e acesso via internet. Em vez de gerenciar os dados da empresa em um servidor local, os dados podem ser transmitidos para a nuvem de várias fontes e armazenados remotamente. As empresas também podem acessar plataformas e serviços de análise avançada não disponíveis ao hospedar internamente.

Os dados são armazenados, limpos, organizados e analisados por meio de uma conexão de internet com a nuvem. Os dados retornados (na forma de insights, métricas calculadas, visualizações ou simplesmente dados uniformes brutos) são entregues via internet para um terminal, laptop, tablet ou HMI em nível de máquina.

Saiba mais:Guia do fabricante para computação em nuvem

Por que é necessário usar uma solução baseada em nuvem?

O volume de dados gerados pelos dispositivos no ponto de geração pode sobrecarregar a TI tradicional e os servidores internos. As empresas que tentarem manter os sistemas tradicionais perderão oportunidades, perderão dados ou serão incapazes de analisar adequadamente os dados para uso porque não podem armazená-los de maneira econômica.

Com cada vez mais equipamentos de fabricação sendo incorporados à tecnologia IIoT e PLCs avançados, isso apresenta um problema competitivo que é prático e financeiro. PLC e plataformas de nuvem fazem sentido para os negócios.

O uso da nuvem oferece às empresas acesso a atualizações imediatas de software, reduz significativamente os custos e a manutenção da infraestrutura de TI e dá aos fabricantes acesso a análises avançadas e algoritmos de aprendizado de máquina alimentados por IA.

As soluções de dados em nuvem, como a Industrial IoT Platform da MachineMetrics, oferecem aos fabricantes benefícios significativos que melhoram várias áreas de seus negócios, seja no chão de fábrica ou em casa.

PLC para nuvem:como ler dados de um PLC

O envio e a atualização de dados na nuvem são feitos implementando um protocolo padrão ou usando um adaptador de nuvem. Essa transmissão é crucial para acessar dados e controle amigável de várias fontes, como IHMs, PC, laptops e tablets.

Implementação de um protocolo padronizado

O protocolo de nuvem mais comum é o MQTT. O MQTT transfere mensagens entre dispositivos e é adequado para acesso remoto em largura de banda limitada. Geralmente é executado com TCP/IP, mas pode ser executado em qualquer conexão bidirecional estruturada.

O protocolo MQTT permite a comunicação entre um sensor ou coleção de sensores (clientes MQTT) e um broker MQTT. O broker atua como um guarda de trânsito, recebendo todas as mensagens e roteando-as para o destino correto - como outro cliente MQTT, um dispositivo de computação de borda ou a nuvem.

A vantagem de usar um protocolo padronizado como o MQTT é que ele é bem conhecido, estruturado e permite uma movimentação simples para a nuvem. No entanto, configurar PLCs para MQTT é complicado e os dados podem ser perdidos se uma conexão falhar.

Uso de um adaptador de nuvem

Em muitos tipos de automação de fábrica, a comunicação por protocolos de fieldbus locais, como Modbus, BACnet e muitos outros, requer um gateway IIoT. Eles não são construídos para comunicação direta na nuvem e abrir uma porta de comunicação direta criaria riscos de segurança.

Um adaptador de nuvem coleta todos os dados no local antes de transferi-los para a nuvem. Uma vez que a conexão com a nuvem é estabelecida, os dados são criptografados e enviados adequadamente. Ao contrário de uma conexão perdida usando o protocolo MQTT, um adaptador de nuvem armazena dados em buffer para que possam ser recuperados, se necessário.

Etapas para enviar dados de um PLC para a nuvem

O valor dos dados em tempo real na fabricação é enorme. A análise de dados em uma plataforma de nuvem usando uma plataforma avançada de dados de máquina, como MachineMetrics, oferece insights acionáveis e maior valor. No entanto, obter dados de muitos dispositivos e PLCs para a nuvem e garantir que sejam padronizados é crucial para que as plataformas baseadas em nuvem funcionem.

Sem uma solução como MachineMetrics que possa habilitar máquina, sensor e conectividade PLC, este processo terá que ser concluído (e mantido ) manualmente. Você pode executar várias etapas para garantir que os dados dos PLCs sejam entregues à plataforma de nuvem corretamente. Essas etapas incluem:

1. Criando Tags para Dados PLC

Os dados coletados dos PLCs devem ser definidos estrategicamente. Essa estratégia inclui a criação de tags para as quais os dados são coletados e armazenados. Essas tags podem incluir entradas de sensores para temperatura, umidade ou outras condições ambientais, incluindo uso de energia ou dados vibracionais para manutenção.

A MachineMetrics pode realizar análises avançadas de dados gerados em todos os equipamentos, permitindo o monitoramento da máquina ou direcionando casos de uso avançados, como manutenção preditiva.

Saber quais tags usar ajudará a fornecer dados relevantes que podem ser transformados em ação por sistemas, interação humana ou outros processos automatizados.

2. Preparando as ferramentas de sistema necessárias

A comunicação PLC para nuvem em um sistema IIoT requer uma conexão com a Internet. O acesso à Internet deve ser robusto e alimentado por roteadores capazes de lidar com uma ampla faixa de endereços IP. Também é essencial avaliar a conectividade Ethernet, pois alguns dispositivos têm essa conectividade, enquanto outros podem exigir um edge gateway.

Uma plataforma de IoT industrial é necessária para analisar e fornecer insights aos usuários assim que os dados começarem a chegar. A plataforma e os dispositivos MachineMetrics funcionam imediatamente, permitindo a análise de dados rapidamente após a inicialização.

3. Instalando o PLC IoT Gateway

MachineMetrics pode conectar e começar a coletar dados de PLCs e outros dispositivos em minutos. As empresas podem configurar seu gateway IoT industrial pela Internet e adicionar o roteador apropriado imediatamente.

Sem uma solução de conectividade como a MachineMetrics, as tags de dados teriam que ser mapeadas manualmente para padronizar os dados do equipamento. O dispositivo de borda MachineMetrics torna isso muito mais fácil graças ao software no dispositivo.

Os PLCs podem ser acessados através do software PLC ou pingando o sistema para usar uma conexão VPN. Uma vez conectado, a configuração de dados agora é possível para o PLC. O MachineMetrics oferece flexibilidade de sistema e permite conexão via EtherNet, Wi-Fi e celular, de modo que o acesso aos dados do CLP é possível usando vários métodos.

4. Configurando um protocolo de dados PLC

Os PLCs requerem protocolos específicos para coletar dados. Esses protocolos incluem as variáveis a serem coletadas e onde essas variáveis residem.

O PLC deve primeiro ser configurado usando as instruções de programação do fabricante. Eles também podem ser programados através do roteador da plataforma IoT. Após a configuração, o endereço de cada CP é adicionado e as variáveis são selecionadas para os dados que o CP irá monitorar e coletar.

5. Configurando variáveis e tags

Neste ponto, os dados foram definidos e a conectividade foi testada. Variáveis podem ser adicionadas para cada PLC, e tags podem designar como cada variável será registrada. As tags podem ser baseadas em tempo para acionar a ação conforme necessário e também podem ser baseadas na mudança de condição no nível da máquina. Eles também podem ser acionados com base nas informações entregues a eles por meio de um broker MQTT de outro PLC.

6. Criando painéis de PLC

MachineMetrics oferece visualização rica e painéis dinâmicos em tempo real. As exibições de produção prontas para uso podem ser em tempo real ou históricas e permitem a visibilidade das métricas mais importantes de uma planta.

A plataforma MachineMetrics também inclui a capacidade de contextualização do operador e entrada direta no nível da máquina. Muitos aplicativos MachineMetrics podem ser configurados e personalizados prontos para uso para oferecer uma experiência personalizada em pouco tempo.

7. Monitoramento em tempo real e alertas proativos

Não há substituto para o monitoramento em tempo real por uma plataforma de IoT baseada em nuvem. Os dados recebidos de PLCs e outros dispositivos são analisados e os insights são entregues, oferecendo alertas proativos. Isso pode indicar paradas da máquina, problemas iminentes, falta de material e muito mais. Como esses alertas são baseados no status atual da máquina, os operadores e técnicos podem agir rapidamente para reduzir o tempo de inatividade e o desperdício. Os gerentes também têm acesso a dados que refletem o status em tempo real do chão de fábrica.

Conectando vários dispositivos a uma única nuvem

Instalando um adaptador

As plataformas IIoT podem manipular dados de vários dispositivos simultaneamente. Mas como você obtém dados de vários dispositivos diferentes usando protocolos diferentes? Um exemplo seria o uso de um adaptador de nuvem como o Raspberry PI.

O Raspberry PI é um pequeno computador de cartão de crédito que pode ser conectado a um gabinete e programado para atuar como um adaptador de nuvem para aceitar protocolos de comunicação de vários PCs. Seu tamanho pequeno, baixo consumo de energia e simplicidade de programação ajudam a preencher a lacuna entre PLCs e plataformas baseadas em nuvem IIoT.

Lembre-se:uma solução como essa exigirá incrivelmente muitos recursos para criar e manter manualmente. É por isso que automatizar a conectividade e a coleta de dados em todos os equipamentos é tão importante. A seleção da solução correta de coleta de dados de máquina cria uma base para a melhoria contínua na qual equipes inteiras podem confiar, mas também todos os outros sistemas de fabricação, de CMMS a ERP.

Coleta de dados locais

Uma vez que o adaptador de nuvem esteja instalado, cada PLC usando um protocolo diferente precisará ser conectado usando a interface web do provedor de serviços de nuvem. Toda plataforma comercial IIoT fornecerá uma interface web via acesso à internet. OPC UA é um padrão popular porque funciona bem com dispositivos que suportam PLCs com protocolos proprietários.

O OPC UA é usado com mais frequência do que o OPC DA porque o OPC DA é menos seguro, não permite a geração de alarmes e lida apenas com dados em tempo real. Em contraste, o OPC UA permite o acesso a fontes de dados históricos e a capacidade de definir e acionar alarmes.

Projetando a visualização de dados

Uma vez habilitada a coleta de dados local, as variáveis do PLC podem ser adicionadas aos painéis. Depois de adicionados, eles aparecerão em dispositivos de visualização disponíveis, como IHMs, e serão incluídos nos dados analisados daqui para frente.

Usando MachineMetrics para coletar e analisar dados de PLC

A comunicação PLC para a nuvem é uma parte vital do que permite que a IIoT agregue valor. A MachineMetrics oferece uma solução em nuvem poderosa, flexível e ágil para transformar dados de CLP em insights acionáveis que melhoram o controle de processos, reduzem custos e aumentam a eficiência. Conecte facilmente máquinas, sensores e PLCs para extrair dados de produção valiosos para que pessoas e sistemas possam tomar decisões melhores e mais rápidas.

Comece a colocar seu PLC e dados de máquina para trabalhar com MachineMetrics. Quer vê-lo em ação?