Infraestrutura de comunicação industrial: implantação e integração de redes, protocolos e equipamentos para automação de processos.

Descrição

A transição da automação industrial para os paradigmas da Indústria 4.0 e da Indústria 5.0 desloca o centro de gravidade dos sistemas produtivos do controlador isolado para a infraestrutura de comunicação que conecta sensores, controladores, interfaces humano-máquina, sistemas de supervisão, bases de dados históricas e aplicações analíticas. Nesse cenário, a capacidade de implantar, integrar e avaliar redes e protocolos industriais heterogêneos torna-se competência central tanto para a formação de engenheiros e cientista da computação quanto para a pesquisa aplicada em sistemas ciberfísicos de produção. Contudo, laboratórios didáticos costumam reproduzir apenas a pirâmide clássica de automação, com integração ponto a ponto e sem instrumentação capaz de medir o desempenho da própria rede (WOLLSCHLAEGER; SAUTER; JASPERNEITE, 2017; SISINNI et al., 2018). Este projeto de pesquisa propõe a implantação, a integração e a caracterização experimental da infraestrutura de comunicação industrial do Laboratório de Automação Industrial do Instituto Federal Catarinense (IFC), Campus Videira, no período de outubro a dezembro de 2026. O laboratório é composto por bancadas didáticas que representam processos reais, detendoras de equipamentos reais industriais. Os processos serão integrados a uma IHM (Interface Homem Máquina) central do fabricante WEG modelo cMT2108X2 e ao supervisório Elipse E3. A infraestrutura de redes proposta será a base para a futura elaboração de uma plataforma de automação industrial com tecnologias essenciais das Indústrias 4.0 e 5.0, além de tecnologias relacionadas às áreas da inteligência artificial como, por exemplo, sistemas multiagentes. Nesse sentido, a infraestrutura de redes industriais proverá funcionalidades nos diversos planos responsáveis pela comunicação como: campo, controle determinístico local, borda semântica e barramento de dados, além dos eixos de segurança cibernética e de observabilidade. Metodologicamente, adota-se a Design Science Research, combinada com procedimentos de pesquisa experimental em bancada. O trabalho será conduzido em cinco etapas: (i) levantamento do estado atual e inventário de ativos e endereçamento; (ii) projeto da topologia segmentada em zonas e condutos, conforme a série IEC 62443; (iii) implantação das redes Modbus RTU sobre RS-485, Modbus TCP e CAN, e de um gateway de borda que traduz dados de campo para OPC UA e MQTT com Sparkplug B, alimentando o Elipse Plant Manager e o supervisório; (iv) caracterização experimental por meio de métricas de latência, variação de atraso, perda de pacotes, vazão, disponibilidade e tempo de atualização ponta a ponta; e (v) documentação técnica e disseminação dos resultados. A adoção de padrões abertos nas fronteiras entre planos busca garantir interoperabilidade e independência de fornecedor (PEFFERS et al., 2007; IEC, 2020a). Como resultados, espera-se obter a infraestrutura de comunicação do laboratório implantada e documentada, com um modelo de referência replicável para diversos processos industriais. O projeto contribui para a formação de estudantes em competências demandadas pelo setor produtivo regional e para a consolidação do laboratório como plataforma experimental de pesquisa em automação no contexto da neoindustrialização brasileira (BRASIL, 2024). Palavras-chave: redes industriais; interoperabilidade; OPC UA; MQTT; Indústria 4.0.