Os protocolos de comunicação definem como os dispositivos de campo - sensores, atuadores ou robôs - trocam dados com controladores como CLPs ou computadores de borda. Eles reduzem o cabeamento, economizam tempo de instalação e diminuem os riscos de erro, permitindo a implementação de máquinas mais inteligentes e confiáveis. Com os protocolos, os dispositivos compartilham diagnósticos, status de E/S e dados de desempenho, oferecendo suporte ao monitoramento remoto, análise orientada por IA, serviços em nuvem e novos modelos de negócios que impulsionam a eficiência e a inovação de serviços.
Inicialmente os CLPs dependiam de cabos seriais RS232 para conectar dispositivos como monitores ou impressoras. No final da década de 1980, a tecnologia fieldbus substituiu o cabeamento paralelo complexo pela transmissão digital, posteriormente padronizada na IEC 61158. Desde 1999, diversos sistemas de fieldbus têm sido amplamente utilizados, com protocolos baseados em Ethernet e parcialmente em tempo real estabelecendo a próxima geração. Atualmente, a conectividade em nuvem, os lagos de dados e a convergência TI/TO definem a comunicação industrial moderna, sendo que a segurança é agora uma preocupação central.
A Tecnologia da Informação (TI) gerencia dados e aplicações, como sistemas de informação, computadores de escritório e redes. A tecnologia operacional (TO) monitora e controla dispositivos físicos, como equipamentos de produção. A convergência TI/TO integra ambas, geralmente por meio de protocolos comuns. No entanto, as tecnologias são diferentes: A Ethernet industrial precisa resistir a condições mais severas, como vibrações, poeira e calor, exigindo maior robustez. Ela foi projetada para evitar erros e responder rapidamente a interrupções, usando protocolos criados para altas taxas de dados, gerenciamento de colisões e, o mais importante, comunicação determinística para garantir que os dados sejam transmitidos a tempo e que falhas de produção sejam evitadas.
Mas quais são as 10 tecnologias principais que estão moldando a automação industrial atualmente?
Mais de 30 protocolos foram desenvolvidos na primeira geração, mas padrões como Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet e CC-Link logo se tornaram os principais.
1. Profibus. O Profibus foi padronizado internacionalmente (por exemplo, EN 50170) e conectou controladores, sensores e atuadores. Variantes como Profibus DP e PA atendiam a diferentes necessidades de automação. Foi um dos primeiros protocolos de automação mais amplamente utilizados.
2. Interbus. O Interbus, um dos primeiros padrões industriais, conectava dispositivos em uma topologia em anel para uma transmissão de dados rápida e confiável em ambientes industriais.
3. CANopen e 4. DeviceNet®. Ambos são baseados em CAN, que foi originalmente desenvolvido para redes automotivas. O DeviceNet® permitia uma integração simples e rápida, muito utilizado nos EUA, enquanto o CANopen oferecia maior flexibilidade e recursos avançados de gerenciamento.
5. CC-LINK®. O CC-LINK® é um fieldbus aberto de alta velocidade e em tempo real, amplamente utilizado e padronizado na Ásia.
6. Profinet. O Profinet é amplamente utilizado na automação industrial por seu alto desempenho, escalabilidade e compatibilidade com Ethernet. Oferece suporte à transferência de dados padrão TCP/IP, em tempo real (RT) e isócrona em tempo real (IRT), ideal para aplicações complexas e de tempo crítico. O Profinet também possibilita a Indústria 4.0 ao integrar a automação aos sistemas de TI, oferecendo suporte a diagnóstico, configuração e manutenção.
7. EtherNet/IP. O EtherNet/IP é amplamente utilizado na automação industrial por sua interoperabilidade, escalabilidade e funcionamento baseado na Ethernet padrão (TCP/IP). Criado com base no Protocolo Industrial Comum (CIP), ele oferece uma estrutura de comunicação consistente para dispositivos como sensores, atuadores e controladores. Com suporte para comunicação em tempo real e não real, é adequado para aplicações que vão desde o controle simples até a fabricação complexa.
8. EtherCAT. O EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) é um fieldbus Ethernet de alto desempenho e em tempo real concebido para a automação industrial. Processa os dados diretamente à medida que os quadros passam pelos dispositivos, minimizando atrasos e maximizando a eficiência. Conhecido pela baixa latência, sincronização precisa e escalabilidade, o EtherCAT é ideal para controle de movimento, robótica e fabricação em alta velocidade.
9. Powerlink. O Powerlink é um protocolo Ethernet aberto e em tempo real para automação industrial, que oferece comunicação determinística e de alta velocidade. Utiliza um mecanismo mestre-escravo programado por tempo para garantir a troca precisa de dados com baixa latência e jitter, ideal para tarefas como controle de movimento e robótica.
10. CC-LINK® IE. O CC-LINK® IE é um fieldbus aberto, baseado em Ethernet de alta velocidade e desenvolvido pela CC-LINK® Partner Association. Oferece velocidades de gigabit e comunicação determinística e em tempo real para automação industrial. Amplamente utilizado na Ásia, CC-LINK® IE permite a integração perfeita de dispositivos em redes complexas e oferece suporte a aplicações da Indústria 4.0, como fábricas inteligentes e IIoT.
Além dos 10 protocolos principais de automação industrial, destacam-se ainda outros quatro protocolos importantes.
Uma fábrica inteligente utiliza tecnologias digitais, automação e troca de dados para criar uma produção flexível, eficiente e interconectada. Ela integra IoT, IA, robótica, big data e sistemas ciberfísicos para monitoramento em tempo real, decisões autônomas e comunicação contínua entre máquinas, sistemas e seres humanos. Os protocolos de comunicação de segunda e terceira geração fornecem a base técnica para a análise de dados e novos modelos de negócios. Instituições, como escolas de negócios e universidades, empregam as fábricas ciberfísicas da Festo Didactic para habilitar os alunos nessas tecnologias.
Um produto inteligente é um item físico aprimorado com sensores, software, conectividade e inteligência para coletar, processar e trocar dados. Isso permite recursos como monitoramento remoto, autodiagnóstico, comportamento adaptativo e integração em ecossistemas digitais. Os primeiros exemplos incluem o Festo Motion Terminal VTEM, o Módulo de Eficiência Energética (MSE6-E2M) e os terminais de válvulas inteligentes (CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX) que suportam MQTT e OPC UA. Aplicativos de IA industrial Festo AX permitem análises avançadas mesmo para usuários sem experiência em IA.
As fábricas e os produtos inteligentes constituem o fundamento da Indústria 4.0, impulsionando a produtividade, reduzindo as paradas, melhorando a qualidade e acelerando a resposta do mercado. Eles permitem uma automação sustentável, promovem a inovação e dão origem a novos modelos de negócios.
Computadores de borda, CLPs e protocolos de comunicação avançados oferecem aos engenheiros as ferramentas para criar uma base sólida para análises de dados poderosas e soluções prontas para o futuro. Líderes em inovação como a Festo aceleram essa tendência oferecendo soluções abrangentes e de uma única fonte.