Os protocolos de comunicação definem como os dispositivos de campo - sensores, atuadores ou robôs - trocam dados com controladores, como PLCs ou computadores edge. Reduzem a fiação elétrica, poupam tempo de instalação e diminuem os riscos de erro, possibilitando máquinas mais inteligentes e seguras. Com os protocolos, os dispositivos partilham diagnósticos, estado de I/O e dados de desempenho, suportando a monitorização remota, a análise suportada por IA, os serviços na Cloud e novos modelos de negócio que promovem a eficiência e a inovação dos serviços.
Os PLCs começaram por depender de ligações em série RS232 para conectar dispositivos, como monitores ou impressoras. No final dos anos 80, a tecnologia Fieldbus substituiu a fiação elétrica paralela complexa pela transmissão digital, posteriormente normalizada na IEC 61158. Desde 1999, diversos sistemas fieldbus têm sido amplamente utilizados, visto que os protocolos baseados em Ethernet, parcialmente em tempo real, constituem a próxima geração. Atualmente, a conectividade na Cloud, os data lakes (repositórios de dados) e a convergência IT/OT definem a comunicação industrial moderna, tendo a segurança como prioridade.
As tecnologias da informação (IT) gerem dados e aplicações, como sistemas de informação, computadores de escritório e redes. A tecnologia operacional (TO) monitoriza e controla dispositivos físicos como o equipamento de produção. A convergência IT/OT integra ambas, frequentemente por meio de protocolos comuns. Contudo, as tecnologias são diferentes: A Ethernet industrial tem de suportar condições mais exigentes, como a vibração, o pó e o calor, necessitando de maior robustez. Foi concebida para evitar erros e responder rapidamente a disrupções, utilizando protocolos integrados para taxas de dados altas, gestão de colisões e, principalmente, comunicação determinística para garantir que os dados são transmitidos a tempo e são evitadas falhas na produção.
Mas quais são as principais 10 tecnologias que estão a moldar a automação industrial atualmente?
Na primeira geração, foram desenvolvidos mais de 30 protocolos, mas normas como Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet® e CC-LINK® rapidamente reduziram o panorama a alguns intervenientes principais.
1. Profibus. Profibus foi normalizado internacionalmente (por ex. EN 50170) e conectou controladores, sensores e atuadores. Variantes como Profibus DP e PA serviam diferentes necessidades de automação. Foi um dos primeiros protocolos de automação a ser mais utilizado.
2. Interbus. Interbus, uma norma industrial antiga, conectava dispositivos numa topologia em anel para uma transmissão de dados rápida e segura em ambientes industriais.
3. CANopen e 4. DeviceNet®. Ambos baseiam-se em CAN, originalmente desenvolvido para redes automóveis. O DeviceNet® possibilitava a integração simples e rápida, popular nos EUA, enquanto o CANopen oferecia maior flexibilidade e funcionalidades de gestão avançadas.
5. CC-LINK®. CC-LINK® é um fieldbus aberto, de alta velocidade e tempo real, amplamente utilizado e normalizado na Ásia.
6. Profinet. Profinet é amplamente utilizado na automação industrial devido ao alto desempenho, escalabilidade e compatibilidade com Ethernet. Suporta transferência de dados TCP/IP padrão, em tempo real (RT) e em tempo real isócrono (IRT), ideal para aplicações complexas e sensíveis ao tempo. Profinet também promove a Indústria 4.0 ao integrar a automação com sistemas de IT, apoiando o diagnóstico, a configuração e a manutenção.
7. EtherNet/IP. EtherNet/IP é amplamente utilizado na automação industrial devido à sua interoperabilidade, escalabilidade e utilização da Ethernet padrão (TCP/IP). Baseado no Common Industrial Protocol (CIP), oferece uma estrutura de comunicação consistente para dispositivos, como sensores, atuadores e controladores. Ao suportar comunicações em tempo e não real, adapta-se tanto a aplicações de controlo simples como a processos de produção complexos.
8. EtherCAT®. EtherCAT® (Ethernet for Control Automation Technology) é um fieldbus Ethernet de alto desempenho e comunicação em tempo real, concebido para a automação industrial. Processa dados em tempo real à medida que os frames atravessam os dispositivos, minimizando os atrasos e maximizando a eficiência. Reconhecido pela baixa latência, sincronização precisa e escalabilidade, EtherCAT® é ideal para o controlo de movimentos, a robótica e a produção de alta velocidade.
9. Powerlink. Powerlink é um protocolo Ethernet em tempo real aberto, destinado à automação industrial, que oferece comunicação determinística e de alta velocidade. Utiliza um mecanismo de comunicação temporizado, do tipo mestre-escravo, que assegura uma troca de dados precisa com baixa latência e instabilidade (jitter), ideal para tarefas como o controlo de movimentos e a robótica.
10. CC-LINK® IE. CC-LINK® IE é um fieldbus aberto de alta velocidade baseado em Ethernet, desenvolvido pela CC-Link Partner Association. Oferece velocidades de gigabit e comunicação determinística em tempo real para a automação industrial. Amplamente utilizado na Ásia, permite a integração perfeita de dispositivos em redes complexas e suporta aplicações da Indústria 4.0, como Smart Factories e IIoT.
Para além dos 10 principais protocolos de automação industrial, destacam-se quatro adições importantes.
Uma Smart Factory utiliza tecnologias digitais, automação e intercâmbio de dados para criar uma produção flexível, eficiente e interligada. Integra IoT, IA, robótica, big data e sistemas ciberfísicos para a monitorização em tempo real, decisões autónomas e comunicação sem falhas entre máquinas, sistemas e pessoas. Os protocolos de comunicação de 2.ª e 3.ª geração proporcionam a base técnica para a análise de dados e novos modelos de negócio. Instituições, como escolas de gestão e faculdades, utilizam as fábricas ciberfísicas da Festo Didactic para dar formação sobre estas tecnologias.
Um produto inteligente é um objeto físico melhorado com sensores, software, conectividade e inteligência para a recolha, processamento e troca de dados. Isto possibilita funcionalidades como a monitorização remota, o autodiagnóstico, o comportamento adaptativo e a 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. AX Industrial AI Apps da Festo permitem análises avançadas mesmo para utilizadores sem conhecimentos em IA.
As Smart Factories e os produtos inteligentes estão no cerne da Indústria 4.0, impulsionando a produtividade, reduzindo o tempo de inatividade, melhorando a qualidade e acelerando a resposta do mercado. Permitem a automação sustentável, promovem a inovação e abrem caminho para novos modelos de negócio.
Os computadores edge, PLCs e protocolos de comunicação avançados fornecem aos engenheiros as ferramentas para criar uma base sólida para uma análise de dados potente e soluções preparadas para o futuro. Os líderes em inovação, como a Festo, aceleram esta tendência oferecendo soluções completas e únicas.