Controle de processos como um serviço: uma abordagem para a indústria 4.0

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fernandes, Michel de Mattos
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/202180
Resumo: A necessidade de viabilizar e padronizar o acesso às informações do chão de fábrica pelos sistemas de gerenciamento e tomada de decisões têm norteado o desenvolvimento de tecnologias flexíveis e adaptáveis às mudanças da indústria. A Indústria 4.0 (I4.0) surge como a evolução dos sistemas produtivos através da interconexão e integração entre sistemas e equipamentos, promovendo a disponibilização das informações necessárias para as melhores decisões de produção e gerenciamento industrial. Para o desenvolvimento da I4.0, é necessária a aplicação de tecnologias recentes como a Internet das Coisas Industrial (IIoT), os Sistemas de Controle via Redes, a Computação em Nuvem, entre outras. O grande desafio da I4.0 é promover a integração entre essas tecnologias, equipamentos e sistemas alocados em diferentes níveis hierárquicos dos sistemas industriais. Nesse sentido, um paradigma recente tem sido o da automação colaborativa por meio do uso e compartilhamento de serviços para obtenção de uma arquitetura flexível, distribuída e totalmente integrada através de redes de comunicação. Diante desse contexto, este trabalho desenvolveu uma nova abordagem para o controle de processos industriais com foco na I4.0. O objetivo foi o estudo e implementação de controle de processos como um serviço. Essa nova arquitetura de controle orientada a serviços é baseada no uso do framework Moleculer e plataforma Node.js. Os serviços desenvolvidos foram: o serviço Controlador Lógico Programável (CLP), o serviço de Aquisição de Dados (DAQ) e o serviço de Controle PIDPlus, os quais podem ser executados em diferentes plataformas como computadores, sistemas embarcados e em nuvem. Uma descrição do desenvolvimento dos serviços DAQ, Controle PIDPlus e CLP, bem como da composição desses serviços por orquestração para criação de uma aplicação de Controle e Supervisão são apresentados. Para validação experimental, uma malha de controle de um motor de corrente contínua e a automação discreta de uma planta industrial virtual usando os serviços foram implementadas. Resultados relacionados ao desempenho de controle e tempo de resposta da malha de controle demonstram a viabilidade da implementação do controle de processos como um serviço. Os resultados também demonstram que essa nova abordagem de controle de processos e automação fornece modularidade, escalabilidade e interoperabilidade para aplicações de controle com foco na I4.0.
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Para o desenvolvimento da I4.0, é necessária a aplicação de tecnologias recentes como a Internet das Coisas Industrial (IIoT), os Sistemas de Controle via Redes, a Computação em Nuvem, entre outras. O grande desafio da I4.0 é promover a integração entre essas tecnologias, equipamentos e sistemas alocados em diferentes níveis hierárquicos dos sistemas industriais. Nesse sentido, um paradigma recente tem sido o da automação colaborativa por meio do uso e compartilhamento de serviços para obtenção de uma arquitetura flexível, distribuída e totalmente integrada através de redes de comunicação. Diante desse contexto, este trabalho desenvolveu uma nova abordagem para o controle de processos industriais com foco na I4.0. O objetivo foi o estudo e implementação de controle de processos como um serviço. Essa nova arquitetura de controle orientada a serviços é baseada no uso do framework Moleculer e plataforma Node.js. Os serviços desenvolvidos foram: o serviço Controlador Lógico Programável (CLP), o serviço de Aquisição de Dados (DAQ) e o serviço de Controle PIDPlus, os quais podem ser executados em diferentes plataformas como computadores, sistemas embarcados e em nuvem. Uma descrição do desenvolvimento dos serviços DAQ, Controle PIDPlus e CLP, bem como da composição desses serviços por orquestração para criação de uma aplicação de Controle e Supervisão são apresentados. Para validação experimental, uma malha de controle de um motor de corrente contínua e a automação discreta de uma planta industrial virtual usando os serviços foram implementadas. Resultados relacionados ao desempenho de controle e tempo de resposta da malha de controle demonstram a viabilidade da implementação do controle de processos como um serviço. Os resultados também demonstram que essa nova abordagem de controle de processos e automação fornece modularidade, escalabilidade e interoperabilidade para aplicações de controle com foco na I4.0.The need to enable and standardize access to the factory floor information by management and decision-making systems has guided the development of flexible technologies that are adaptable to evolution of industry. Industry 4.0 (I4.0) emerges as the evolution of productive systems through the interconnection and integration between systems and equipment, promoting the availability of necessary information for the best production decisions and industrial management. For the development of I4.0, it is necessary to apply recent technologies such as the Industrial Internet of Things (IIoT), Network Control Systems, Cloud Computing, among others. The major challenge of I4.0 is to promote the integration among these technologies, equipment and systems allocated at different hierarchical levels of industrial systems. In this sense, a recent paradigm has been the collaborative automation through the use and sharing of services to achieve a flexible, distributed and fully integrated networked architecture. In this context, this work developed a new approach for the control of industrial processes with a focus on I4.0. The objective was the study and implementation of process control as a service. This new service-oriented control architecture is based on the use of the Moleculer framework and Node.js platform. The services developed were: the Programmable Logic Controller (PLC) service, the Data Acquisition service (DAQ) and the PIDPlus Control service, which can be run on different platforms such as computers, embedded systems, and in cloud. A description of the development of the DAQ, PIDPlus Control and PLC services, as well as the composition of these services by orchestration for creating a Control and Supervision application are presented. For experimental validation, a control loop for a direct current motor and the discrete automation of a virtual industrial plant using the services were implemented. Results related to control performance and control response time demonstrate the feasibility of implementing processes control as services. The results also demonstrate that this new approach to process control and automation provides modularity, scalability and interoperability for control applications with a focus on I4.0.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)2018/19984-4Universidade Estadual Paulista (Unesp)Godoy, Eduardo Paciencia [UNESP]Universidade Estadual Paulista (Unesp)Fernandes, Michel de Mattos2020-12-21T14:42:45Z2020-12-21T14:42:45Z2020-11-04info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/11449/20218033004056087P2porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNESPinstname:Universidade Estadual Paulista (UNESP)instacron:UNESP2024-06-28T19:13:11Zoai:repositorio.unesp.br:11449/202180Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.unesp.br/oai/requestopendoar:29462024-08-05T15:31:40.059007Repositório Institucional da UNESP - Universidade Estadual Paulista (UNESP)false
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