5 IIoT aplicada na automação hidráulica e pneumática

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IIoT aplicada na automação hidráulica e pneumática
Prof. Raphael de Souza dos Santos
Descrição
Apresentação dos conceitos fundamentais da Internet das Coisas (IoT)
e sua aplicação nos meios industriais. Descrição e exemplificação dos
dispositivos do tipo IoT. Descrição das adaptações dos sistemas
pneumáticos na Indústria 4.0. Aplicações dos sistemas hidráulicos na
Indústria 4.0.
Propósito
A compreensão das inovações tecnológicas da indústria 4.0 (Quarta
Revolução Industrial) e as novas tecnologias englobadas para
automação e troca de dados, como Internet das Coisas e Computação
na Nuvem, é de suma importância para um profissional de Engenharia,
devido à exigência do mercado sobre a aplicação desses novos
conceitos na indústria.
Objetivos
Módulo 1
Internet das Coisas Industrial (IIoT)
Reconhecer o conceito de Internet das Coisas Industrial (IIoT).
Módulo 2
Sistemas pneumáticos na Indústria 4.0
Reconhecer a utilização de sistemas pneumáticos na Indústria 4.0.
Módulo 3
Os sistemas hidráulicos e a Indústria 4.0
Reconhecer a integração entre os sistemas hidráulicos e a Indústria
4.0.
Introdução
Vamos iniciar falando sobre a Internet das Coisas e a Indústria 4.0.
Confira!

1 - Internet das Coisas Industrial (IIoT)
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer o conceito de Internet das Coisas
Industrial (IIoT).
Vamos começar!
O que é a IIOT?
Confira os principais conceitos e aspectos apresentados ao longos
deste módulo.
A Indústria 4.0
A Indústria 4.0 envolve um processo de transformação revolucionário,
modificando completamente a maneira como as empresas fabricam e
distribuem seus produtos. Por esses e outros motivos, que serão

descritos ao longo deste tópico, ela é diretamente relacionada com a
Quarta Revolução Industrial.
Nos processos industriais aplicados na Indústria 4.0 o controle dos
módulos de produção é feito de forma autônoma com a utilização de
redes inteligentes de trocas de dados. As máquinas e os sistemas são
interconectados durante toda a cadeia produtiva.
Indústria 4.0 – integração de todo o processo produtivo.
Na imagem, é possível perceber que toda a cadeia produtiva do
processo está interligada. Desde a produção de energia (por meio de
geradores eólicos, torres de alta tensão e painéis fotovoltaicos),
passando pela confecção das peças, armazenamento dos dados na
nuvem e finalizando com a logística de distribuição.
Dentre as diretrizes que norteiam a indústria 4.0, podemos destacar:
 A capacidade de coleta e processamento de dados
em tempo real (instantaneamente), possibilitando a
tomada de decisões rapidamente.
 A realização de atividades remotas (virtualização).
A implementação de sistemas embarcados ao
longo da planta industrial permite a atuação e
monitoramento de maneira remota (virtual) em todo
o processo.
Internet das Coisas
A Internet das Coisas é um dos alicerces da Indústria 4.0 possibilitando
a interligação dos sistemas em rede e permitindo a utilização de robôs
autônomos e dispositivos de realidade aumentada.
Essencialmente, a Internet das Coisas é a capacidade
de conexão entre dispositivos e sistemas, permitindo
que sejam capazes de trocar informações entre si.
Essa capacidade de troca de informações possibilita
que sensores embarcados (sensores mais sofisticados
e com capacidade de processamento de sinais digitais,
filtro, condicionamento etc.) transformem informações
 A utilização da Internet das Coisas possibilita a
descentralização dos sistemas de controle e
monitoramento, na medida em que os próprios
dispositivos são capazes de obter, processar e
enviar os dados por meio da rede de dados.
 A Indústria 4.0 expandiu o conceito de
modularização, permitindo que módulos pré-
fabricados sejam acoplados ou desacoplados de
acordo com a demanda das fábricas, alterando
suas funcionalidades e o próprio processo
produtivo.
 As máquinas e os sistemas atuam de acordo com o
conceito de interoperabilidade, ou seja, trocam
informações entre si e conseguem acelerar a
tomada de decisões.
em dados, o que facilita a tomada de decisões de
maneira autônoma pelo sistema.
Dispositivos conectados no servidor na nuvem.
As informações lidas ou produzidas podem ser armazenadas em um
servidor (por exemplo, na “nuvem”, que consiste em um servidor que
pode ser acessado por qualquer computador ligado à Internet e que
tenha autorização para isso), tornando-se disponível para diversos
equipamentos e/ou sistemas mesmo que dispostos remotamente.
Dispositivos IoT
A implementação da IoT depende da utilização de diversos dispositivos
que, uma vez integrados, formam uma complexa infraestrutura que
apoia sua operacionalização.
Um dispositivo com tecnologia IoT consiste basicamente em um
componente eletrônico capaz de se comunicar com outros sistemas por
meio de uma rede de dados sem fio (wireless).
Essa característica dos sistemas IoT permite sua implementação até
mesmo em locais de difícil acesso, possibilitando o envio de dados em
tempo real para um software de monitoramento com boa acurácia.
Embora a estrutura de um sistema IoT dependa de suas aplicações,
algumas partes comuns podem ser destacadas. Vamos conhecê-las?
São as partes do sistema responsáveis pela coleta das
informações do ambiente ou do processo no qual o sistema está
conectado. Os sensores coletam o(s) dado(s) das variáveis que
Sensores 
se deseja monitorar. Existem sensores capazes de monitorar as
mais diversas variáveis, como: sensores de fumaça, sensores de
temperatura, sensores de luz, sensores de chuva (como aqueles
em para-brisas de automóveis que ligam os limpadores
automaticamente etc.).
Exemplo de sensores.
Uma parte fundamental em um sistema IoT é a rede de dados.
Essa conectividade deve ser capaz de assegurar uma alta
eficiência, estabilidade e baixa latência da rede (intervalo de
tempo entre a saída dos dados da máquina e a resposta do
servidor de destino), permitindo que o tráfego de informações
ocorra sem problemas, não importando o quão elevado seja
(uma grande quantidade de sensores produz uma grande
quantidade de informações).
Outra característica fundamental é a segurança de dados,
possibilitando a proteção da informação e dos dispositivos
conectados.
Exemplo de um sistema de redes de informação.
Conectividade 
Armazenamento 
Quando se discute a implementação da Internet das Coisas, uma
característica de suma importância é o fluxo de dados. Um
elevado fluxo implica uma grande quantidade de informações, o
que torna um desafio o armazenamento de todos esses dados
produzidos e processados.
Uma alternativa para esse armazenamento é a computação em
nuvem (cloud computing). Essa alternativa torna o acesso, o
armazenamento e o processamento dos dados uma alternativa
economicamente mais barata. Essa alternativa é acompanhada
da computação em borda (edge computing), que permite esse
tratamento dos dados em locais mais próximos de onde os
dados são gerados.
Imagem ilustrativa da computação na nuvem.
O aprendizado de máquina (machine learning) consiste em um
sistema inteligente, capaz de aprender por meio do histórico de
dados, algoritmos e outros métodos, sendo adaptado de acordo
com o processo ao qual é aplicado.
Na aprendizagem de máquina, a evolução da máquina acontece
por meio de sua própria experiência, ou seja, quanto mais a
máquina trabalha, mais ela evolui.
Imagem ilustrativa de uma machine learning.
Machine learning 
Embora o conceito de Inteligência Artificial (IA) esteja conectado
ao do aprendizado de máquina, a Inteligência Artificial é
construída por meio de um conjunto de mecanismos
computacionais responsáveis por simular o pensamento
humano.
Utilizando a IA é possível fazer com que as máquinas
compreendam, traduzam, analisem e até mesmo reproduzam a
linguagem humana. Em resumo, é a ideia de ensinar uma
máquina a pensar como um ser humano.
Imagem ilustrativa da Inteligência Artificial.
Funcionamento de um sistema IoT
Para a implementaçãoda Internet das Coisas, é necessária a instalação
de dispositivos apropriados (dispositivos IoT) capazes de realizar a
ponte entre as máquinas e a informação.
De maneira simplificada, um dispositivo IoT precisa ser
capaz de executar uma instrução e ser conectado à
rede de dados.
A instrução que o dispositivo será apto em executar dependerá de sua
funcionalidade. Ele pode ser capaz de medir, detectar, contar, entre
outras atividades. Além disso, esse dispositivo deverá ser capaz de
enviar essa informação para uma nuvem ou banco de dados local.
Assim, esse dispositivo deverá ser capaz de, periodicamente, executar
sua instrução e conectar-se à rede de dados para enviar/receber
informações.
Inteligência artificial 
Internet das Coisas na Indústria (IIoT)
A Internet das Coisas na Indústria, também conhecida como Internet
das Coisas Industrial ou simplesmente IIoT, corresponde simplesmente
à implementação do conceito de IoT em equipamentos e processos
industriais.
O foco da IIoT é agilizar o processo produtivo e melhorar a qualidade da
cadeia de produção, tornando um determinado processo industrial mais
competitivo e eficiente.
A Internet das Coisas Industrial consiste na conexão
das máquinas à rede de dados ou à Internet e em
plataformas de análise de dados capazes de processar
os dados produzidos por dispositivos integrados a
essas máquinas.
Esses dispositivos podem variar de sensores ambientais a robôs
industriais.
Dessa forma, a IIoT pode auxiliar os processos industriais no aumento
da eficiência operacional. Essa tecnologia pode ser adotada nos mais
diversos setores, como:
Linhas de produção
As máquinas equipadas com IIoT são capazes de realizar
monitoramentos de forma autônoma e identificar indícios de
problemas, evitando paralisações e aumentando a eficiência.
Estoque
O monitoramento do estoque pode permitir melhor
gerenciamento dos recursos e reduzir o desperdício.
Instalações operacionais
O uso da IIoT permite que as instalações de gerenciamento e
supervisão sejam mais seguras e adaptáveis (climatização
etc.).
Distribuição e varejo
A distribuição de mercadorias e o gerenciamento de marketing,
por meio do marketing inteligente e das vitrines virtuais.
Assistência médica
O monitoramento remoto de pacientes pode auxiliar no
desenvolvimento de diagnósticos, resultando em um
tratamento mais rápido e eficiente.
A aplicação da IoT na indústria
A implementação da IoT nas indústrias (IIoT) é realizada de diversas
maneiras.
O desenvolvimento de gêmeos digitais, em que um modelo idêntico de
uma planta ou equipamento é desenvolvido em um computador, permite
que o comportamento daquele equipamento seja previsto e
compreendido de modo mais específico. Dessa maneira, esses
problemas podem ser antecipados e solucionados antes de afetarem o
processo.
Dispositivos de registros eletrônicos são capazes de armazenar dados e
permitir a economia de recursos, aumento na segurança e otimização
de processos. Confira algumas aplicações!
Os sensores de velocidade nos carros e detectores de marcha
podem auxiliar os motoristas a efetuarem as trocas de marcha de
maneira mais eficiente.
A utilização da borda inteligente (inteligente edge) permite que os
dados sejam gerados, analisados, interpretados e tratados de
maneira mais eficiente.
A comparação para os eventos permite uma manutenção preditiva
inteligente. As informações enviadas para os bancos de dados são
comparadas aos padrões existentes, eliminando manutenções
desnecessárias e reduzindo a probabilidade de falhas.
As técnicas de identificação por radiofrequência permitem o
monitoramento e o rastreamento de sistemas identificados por
meio de etiquetas e leitores.
A utilização da IoT nos processos industriais é ampla. Entre as
aplicações, podemos citar:
 A IoT na saúde do trabalhador
A repetição de atividades promove severos danos à
saúde do trabalhador. Dessa maneira, a utilização
de sensores inteligentes de maneira adequada pode
proporcionar ao maquinário condições de realizar
atividades repetitivas sem danos aos operadores.
 A IoT aplicada às manutenções preventivas
A utilização de sensores inteligentes pode
proporcionar a identificação em tempo real de
condições operacionais anormais dos
equipamentos. Dessa maneira, pode-se antecipar
possíveis problemas e evitar quebras de máquinas
ou paralisações não programadas.
 A IoT no monitoramento da produtividade
O acompanhamento das atividades produtivas por
meio de sistemas inteligentes permite a otimização
dos processos e a tomada inteligente de decisões,
reduzindo-se custos e melhorando-se a qualidade
do produto.
 A IoT na segurança e no controle do
ambiente
O it t d iá i d bi t d
O monitoramento das variáveis do ambiente pode
permitir não apenas a garantia das boas condições
operacionais (temperatura, umidade etc.), como
também permite identificar possíveis componentes
nocivos, tais como gases tóxicos, chamas, entre
outros.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A revolução promovida pela Indústria 4.0, conhecida como Quarta
Revolução Industrial, levou as cadeias de produção a outro nível. As
inúmeras vantagens incorporadas pela tecnologia embarcada
permitiram uma melhoria acentuada na qualidade do processo
produtivo. Entre os aprimoramentos incorporados pela Indústria 4.0,
pode-se destacar:
Parabéns! A alternativa D está correta.
A Utilização ampla das máquinas à vapor.
B
A utilização de atividades exclusivamente locais
(sem virtualização).
C A operação sem a necessidade de uso de sensores.
D
A capacidade de coleta e processamento de dados
em tempo real.
E A centralização dos sistemas de controle.
A utilização ampla de sensores e dispositivos embarcados permite
a atuação e o monitoramento em toda a unidade em tempo real,
com atualização constante dos dados do processo.
Questão 2
A estrutura de um sistema de Internet das Coisas pode ser bastante
complexa. No entanto, algumas partes são comuns a todos os
sistemas, independentemente de qual processo produtivo esteja em
andamento. Isso acontece, pois algumas características são
inerentes a IoT, e não aos processos produtivos. A capacidade que
uma máquina possui de aprender por meio de dados históricos do
processo é definida como
Parabéns! A alternativa A está correta.
As máquinas construídas para evoluírem com a própria experiência,
adquirida por meio da execução consecutiva de ações e
armazenamento de dados históricos, são conhecidas como
machine learnings.
A machine learning.
B computação na nuvem.
C edge computing.
D conectividade.
E cloud.
2 - Sistemas pneumáticos na Indústria 4.0
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer a utilização de sistemas pneumáticos
na Indústria 4.0.
Vamos começar!
Os sistemas pneumáticos na
Indústria 4.0
Confira os principais conceitos e aspectos apresentados ao longos
deste módulo.
IoT aplicada a sistemas pneumáticos

Os ambientes de produção da Indústria 4.0, com máquinas dinâmicas e
equipamentos automatizados, estão tornando o chão de fábrica cada
vez mais dependente da análise de dados em tempo real.
Nos últimos anos os processos industriais desenvolveram um interesse
significativo na Internet das Coisas (IoT) e na Indústria 4.0. Como já
discutido, a implementação da IoT na indústria é chamada de Internet
Industrial das Coisas (IIoT) e está em franca expansão nos chãos de
fábrica do mundo inteiro.
Atender a todo o processo de modernização exigido pela Indústria 4.0
exigiu o desenvolvimento de dispositivos mais inteligentes e com
capacidade de integração entre si por meio das redes de dados.
Exemplo
Um módulo de comando de entrada e saída integrado a uma válvula
pneumática pode ser usado em aplicações como engarrafamento,
embalagem e montagem de dispositivos médicos. Assim, é possível
observar que os mesmos equipamentos (os mesmos módulos) são
utilizados em aplicações distintas, o que permite aumentar aflexibilidade e reduzir a complexidade do processo industrial.
Para que isso seja possível, as próprias válvulas são equipadas com um
display gráfico integrado que é usado para configuração e diagnósticos.
Esses aprimoramentos tornam as válvulas “inteligentes” e podem
promover um avanço significativo na produtividade.
Esse aperfeiçoamento das válvulas torna desnecessária qualquer
alteração de programação nos controladores e no mapeamento de
dados. Isso porque a operacionalidade das válvulas pode ser alterada,
permitindo que elas atuem de maneiras diferentes mesmo recebendo
um comando idêntico do controlador.
Além disso, a integração com a rede de dados e o uso de displays LCD
(telas de monitoramento e operação) simplifica o processo de
monitoramento da integridade do dispositivo de maneira pessoal ou
remota, por meio de um aplicativo simples em um dispositivo móvel. Por
meio dessas telas, é possível relatar imediatamente problemas críticos
que afetem as funções da máquina e dos componentes utilizados no
processo, possibilitando a atuação preventiva no caso de detecção de
problemas.
Pneumática inteligente
Os recursos de computação de borda e a computação em nuvem
podem ser incorporados por muitos dos dispositivos inteligentes
utilizados nos processos pneumáticos garantindo uma “inteligência” a
esses dispositivos. A análise adequada dos dados de IoT permite que os
gerentes e supervisores das fábricas monitorem os processos com
precisão e evitem falhas de componentes e sistemas, reduzindo assim o
tempo de inatividade e aumentando o rendimento.
Um exemplo de inteligência incorporada aos sistemas pneumáticos são
as válvulas inteligentes que são capazes de medir e analisar dados para
monitorar o desempenho de peças tais como cilindros de válvulas e
filtros reguladores de lubrificação. Também são capazes de monitorar e
controlar parâmetros críticos, como vazamentos de ar e tempo de
execução de cada atividade.
Utilização ampla de sensores nos sistemas pneumáticos da Indústria 4.0.
Como exemplo de aplicação da pneumática inteligente, podemos citar o
monitoramento do desempenho da válvula de um cilindro pneumático.
Sensores incorporados nas válvulas inteligentes são capazes de realizar
a análise dos dispositivos e rastrear o tempo que leva para o cilindro
avançar e recuar.
O sensor determina então se o tempo desenvolvido pelo cilindro varia de
acordo com o comando original fornecido pelo usuário. Se a variação
exceder o limite predefinido, o sensor avisa ao usuário que possíveis
ações corretivas podem ser necessárias antes que a produtividade seja
afetada.
É importante destacar que, nenhuma ação dos controladores é
necessária.
Os sensores nas válvulas inteligentes também podem ser usados para
monitorar a eficiência do elemento filtrante, novamente, sem a
necessidade de envolvimento dos controladores. Os sensores são
capazes de enviar mensagens ao usuário, em casos de quedas de
pressão, para alertar que o elemento filtrante precisa de manutenção ou
substituição. O aviso é enviado antes que o desempenho da máquina
seja comprometido.
A implementação de computação de borda expande os recursos de
gerenciamento, agregação e análise de dados em vários dispositivos. O
desenvolvimento de aplicativos é simplificado por meio de ferramentas
gráficas incorporadas aos manifolds (distribuidores de ar) e válvulas. A
análise de dispositivos por meio da computação de borda pode oferecer
alternativas de conectividade à medida que bilhões de dispositivos
inteligentes continuam a ingressar na estrutura de IoT e são
implantados comercialmente de maneira global.
Implementando sistemas
pneumáticos inteligentes
A implementação da pneumática inteligente pode ser dividida em 3
etapas. Vamos conferir!

Elaboração de um sistema ciber-físico.

Desenvolvimento de gêmeos digitais.

Análise dos dados.
Vamos conhecer cada uma delas a seguir.
Elaboração de um sistema ciber-
físico
Os sistemas ciber-físicos são sistemas integrados que envolvem
computação, redes de dados e controle de processos físicos.
Em um processo industrial, um sistema ciber-físico é
representado pelos sensores embarcados aplicados no
sistema e pelos protocolos de comunicação utilizados
na troca de dados.
De forma simplificada, os sensores embarcados geram dados sobre o
funcionamento das máquinas ou da planta industrial como um todo.
Esses dados são enviados para os computadores e para as redes
integradas que monitoram os processos físicos.
Ilustração da integração entre as partes em um sistema ciber-físico.
Na maioria das aplicações, além dos envios dos dados para os
computadores, os sinais de erro são utilizados em alarmes (sinais
visuais e/ou luminosos) que auxiliam os operadores locais na correção
de problemas.
Desenvolvimento de gêmeos digitais
O segundo passo envolve o desenvolvimento de uma réplica digital do
equipamento ou ambiente que se deseja monitorar.
Os gêmeos digitais são representações virtuais da
menor unidade de um sistema ciber-físico (máquinas
ou componente).
Esse ambiente virtual envolve réplicas virtuais dos sistemas
pneumáticos e das variáveis físicas do processo, além de um algoritmo
que realiza a integração entre o software e o hardware em tempo real.
Sendo assim, sinais produzidos pelo sistema físico são representados
no ambiente virtual e comandos partindo do sistema virtual (pelo
gerente de manutenção, por exemplo) são executados fisicamente no
processo.
Ilustração da integração entre as partes que formam um gêmeo digital.
Por exemplo, os sensores de pressão, as chaves de fim-de-curso, entre
outros sensores utilizados por sistemas pneumáticos, podem enviar
informações sobre perdas de pressão, reduções de velocidade ou
aumento de carga. Essas informações serão mostradas no ambiente
virtual em tempo real, permitindo que o responsável pelo monitoramento
determine a manutenção necessária. Dessa maneira, é possível evitar
perdas de produção, quebras de máquinas ou queda de produtividade.
Exemplo de um gêmeo digital de um sistema pneumático.
A computação na nuvem é amplamente utilizada na implementação dos
gêmeos digitais na medida em que a informação enviada pelo sistema
ciber-físico fica disponível na nuvem podendo ser acessada por
qualquer usuário que possua acesso à rede de dados.
Análise dos dados
A terceira e última etapa envolve a consolidação e a análise dos dados
produzidos pela planta e pelos operadores e gerentes de manutenção.
Essas informações podem ser enviadas para uma nuvem ou
centralizadas em um data center para que outros operadores possam
analisar os dados e apoiar as tomadas de decisões.
É nessa etapa que se encaixa o Sistema de Suporte à Decisão. Esse
sistema reúne dados de diferentes fontes (sensores, operadores,
gerentes etc.) e realiza a sua análise em busca de soluções para
problemas.
É por meio dos suportes às decisões que são
produzidos os relatórios que orientam as substituições
de máquinas ou alterações em procedimentos
operacionais.
A imagem a seguir ilustra as partes que compõem a etapa de análise e
consolidação de dados.
Ilustração da integração entre as partes que compõem a análise de dados.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Os ambientes de produção industriais com máquinas pneumáticas
dinâmicas e equipamentos automatizados representam o conceito
da Indústria 4.0. Essas novas tecnologias são cada vez mais
dependentes da(s)
A análise de dados em tempo real.
Parabéns! A alternativa A está correta.
A análise de dados em tempo real permite que os sistemas operem
de maneira autônoma ou mais independente e sejam capazes de
enviar dados e receber comandos mais rapidamente.
Questão 2
De acordo com a implementação de um sistema pneumático
inteligente, na etapa de desenvolvimento do sistema ciber-físico, é
possível ter como elemento de entrada o(s)
Parabéns! A alternativa B está correta.
B atuação do operador.
C utilizaçãode comandos manuais.
D mão de obra humana.
E válvulas pneumáticas com comando manual.
A parâmetros do sistema.
B sensores embarcados.
C gerente de manutenção.
D software de simulação.
E gerente geral.
O sistema ciber-físico envolve as partes que monitoram o processo
físico. Dessa maneira, os sensores embarcados são elementos
fundamentais nessa etapa.
3 - Os sistemas hidráulicos e a Indústria 4.0
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer a integração entre os sistemas
hidráulicos e a Indústria 4.0.
Vamos começar!
Os sistemas hidráulicos na Indústria
4.0
Confira os principais conceitos e aspectos apresentados ao longos
deste módulo.

A hidráulica e a IoT
Há muitos anos, o desenvolvimento da tecnologia influenciado pela
Internet das Coisas (IoT) vem fornecendo controles e recursos para
monitoramento em tempo real de sistemas hidráulicos.
O uso de sensores para a coleta de dados e a aplicação dessas
informações no controle de sistemas hidráulicos não chega a ser uma
novidade. Contudo, os avanços da IoT permitiram a utilização dos
sensores remotos em partes do sistema que antes eram de difícil
monitoramento, tais como as válvulas de controle, as mangueiras, as
bombas e as conexões.
Exemplo de um sistema hidráulico aplicado à Indústria 4.0.
A utilização de novos recursos de monitoramento e controle desses
componentes, como a computação na nuvem e a utilização de
dispositivos inteligentes, não tem precedentes nos processos
hidráulicos. Com os avanços tecnológicos, esses recursos tendem a se
tornar aplicações cada vez mais comuns.
A importância da IoT na hidráulica
industrial
Os vazamentos em conexões ou mangueiras hidráulicas são problemas
comuns nos processos industriais. Quando ocorrem, podem gerar
problemas mais graves como:
Paralisação do processo de fabricação;
Perda de produção;
Falhas na segurança;
Danos ambientais;
Danos aos equipamentos;
Necessidades de reparos e/ou substituições.
A utilização dessas novas tecnologias na solução desses problemas de
campo permitiu o desenvolvimento de sistemas inteligentes de
monitoramento da condição das mangueiras hidráulicas, detectando
falhas nas mangueiras. Certas propriedades na mangueira mudam à
medida que se aproxima a condição de falha, fazendo com que o
sistema sinalize com uma notificação de necessidade de manutenção
preditiva.
Cada conexão também possui um sensor que monitora
a condição da mangueira. Os dados são submetidos a
um dispositivo inteligente de diagnóstico para análise
de sua condição.
Os sensores estabelecem uma linha de base para comparar as
propriedades da mangueira quando ela está em operação normal. Se as
propriedades da mangueira ficarem abaixo da linha de base normal, os
sensores antecipam a falha e acionam um sinal de alerta.
Veículos hidráulicos e a nuvem
Equipamentos utilizados em locais ermos ou de difícil acesso podem
ser monitorados remotamente por meio da análise de dados coletados
em suas comunicações por uma rede de dados denominada Controller
Area Network (Rede de Área do Controlador ou CAN). O barramento CAN
é um sistema de comunicação feito para intercomunicação de veículos.
O sistema permite que um grupo de microcontroladores e outros
dispositivos se comuniquem entre si em tempo real e sem a
necessidade de um computador central.
Atenção!
Qualquer ação preventiva ou preditiva pode ser tomada antes da falha
de componentes, por meio do monitoramento dos sistemas de dados de
um veículo, tornando possível controlar ou enviar sinais para
manutenção iminente. Isso reduz significativamente o custo total de
propriedade e aumenta a produtividade e a confiabilidade do
equipamento.
A IIoT e sua utilização em sistemas de comunicação de máquinas
móveis (tecnologias veiculares) permitem que fabricantes, locadoras e
proprietários de frotas garantam que suas máquinas operem com mais
eficiência e segurança. Essa tecnologia oferece a vantagem de
monitoramento contínuo do sistema e diagnóstico de feedback, além de
informações em tempo real sobre como seus veículos são usados pelo
operador. Além disso, os dados coletados do CAN de uma máquina ou
veículo são usados para avaliar os padrões de uso para levar em
consideração as necessidades do operador ao desenvolver produtos de
próxima geração.
Exemplo de um sistema inteligente para controle de um guindaste.
Também permite o gerenciamento eficiente de ativos, fornecendo
manutenção preditiva, integração de cobrança recorrente em aluguéis,
gerenciamento de assinaturas de usuários finais e localização por GPS.
Ser capaz de localizar veículos é fundamental para segurança e
antifurto.
Os alarmes podem ser monitorados por meio de um portal da Web ou
enviados automaticamente por e-mail ou SMS para garantir uma
resposta rápida a qualquer problema com a máquina.
Sistemas hidráulicos inteligentes
A visão central da IoT para máquinas hidráulicas móveis é implementar
a tecnologia digital para capturar dados acionáveis sobre o desempenho
das máquinas de forma autônoma, fazê-lo em tempo real e entregá-lo
aos usuários finais e fornecedores para que eles possam maximizar o
tempo de atividade e flexibilidade de suas máquinas.
Em sistemas hidráulicos, especificamente, existem duas tendências
principais que impulsionam o aumento da inteligência. São elas:

A inteligência distribuída habilitada pela computação e sensoriamento
de baixo custo que dá origem a todos os tipos de novas funções da
máquina. Esse movimento inteligente segue a tendência do controle
dinâmico da máquina.

A mudança radical na conectividade por meio de protocolos de
comunicação móveis e industriais, que podem transmitir de forma
econômica significativamente mais dados do que antes. Seu
aprimoramento pode permitir inovações de big data que gerarão novas
ideias sobre como as máquinas operam e o comportamento dos
operadores.
A automação também está impulsionando o aumento da inteligência. A
“digitalização” da máquina, ao incorporar controladores robustos,
sensores e dispositivos de feedback (realimentação) e a conectividade,
fornece fluxos de trabalho adicionais ou outros aplicativos que podem
permitir que locais de trabalho controlados remotamente sejam
gerenciados com mais segurança. Um gerente de frota pode monitorar
uma área onde o veículo pode operar e fornecer diagnósticos do
sistema. No geral, a criação de sistemas mais inteligentes ajuda a
melhorar a segurança, a produtividade e o custo de operação por meio
de um melhor controle da máquina.
Ilustração de uma colheitadeira autônoma
Um exemplo de como um sistema hidráulico inteligente pode
revolucionar a indústria são as soluções de direção automática. Um
sistema formado por um receptor GPS, um controlador e uma válvula de
direção pode permitir a operação da direção automatizada e semi-
autônoma de um veículo.
O sistema de monitoramento remoto oferece aos gerentes de frota e
equipamentos uma visão abrangente da localização e desempenho da
máquina.
Exemplos de aplicação da IoT
Aplicação da IoT em �ltros de ar
Filtros de ar sujos podem dificultar ou impossibilitar a troca de ar do
motor causando grandes danos. A cada rotação, um motor precisa
“respirar” e um filtro de ar entupido diminui o fluxo de ar. À medida que o
filtro de ar coleta mais detritos, o fluxo de ar suficiente fica restrito,
dificultando a capacidade do motor de respirar e gerar a potência e o
torque necessários.
Saiba mais
Uma alternativa inteligente foi oferecida pela empresa Donaldson
Company. Essa empresa desenvolveu a tecnologia Filter Minder, que
fornece soluções de análise e sensoriamento remoto para
monitoramento preciso de filtros de ar. Essa solução de monitoramento
de filtro de ar oferece os recursos de análise para ajudar o usuário a
entender os dados que são agregados.
Estabelecer o fim da vida útil de um filtro de ar é muito mais fácil do que
o de um sistema hidráulico, pois quando um filtro de ar falha, há uma
queda de pressão que pode seravaliada por sensores de pressão.
Dessa maneira, é possível desenvolver sistemas de monitoramento de
fluidos para o filtro hidráulico e as condições do óleo.
Desenvolver a inteligência e os algoritmos para o monitoramento da
condição do fluido é tão importante quanto o monitoramento da
filtragem do ar. Uma série de dados pode indicar quando o fluido
hidráulico está no fim de sua vida útil e desenvolver sensores e análises
para diagnosticar esses problemas é um processo de grande
importância para o meio industrial.
Aplicação da IoT na vida útil de
�uidos
Um fluido contaminado é a causa da maioria das falhas do sistema
hidráulico. O óleo em um reservatório pode parecer limpo, mas as
partículas de contaminação de lodo muito pequenas para serem vistas
provavelmente podem fazer com que as válvulas emperrem, destruam
bombas e corroam os orifícios dos cilindros.
O monitoramento da concentração dessas partículas no fluido
hidráulico pode auxiliar no controle da vida útil do fluido e permitir a
definição do momento ideal para troca do fluido ou substituição dos
filtros.
Saiba mais
A empresa Bosch Rexroth, uma empresa alemã de engenharia,
desenvolveu um módulo com ferramentas para programação,
parametrização e diagnóstico, baseado no conhecimento das funções
hidrostáticas e eletro-hidráulicas.
A inteligência em sistemas
hidráulicos
Existem várias maneiras pelas quais um fabricante pode desenvolver
um sistema hidráulico mais inteligente, incluindo a incorporação de
mais sensores e software. O aprimoramento na integração de sensores,
quando necessário, para fornecer dados em tempo real sobre as
métricas de desempenho hidráulico é um grande exemplo. Além disso, o
desenvolvimento de novas tecnologias digitais – incluindo hardware,
software e conectividade e sistemas analíticos – para trabalharem
juntos como soluções completas, são sempre boas opções.
As alternativas de hardware incluem:

Uma plataforma eletrônica móvel aberta e de acesso livre, que consista
em unidades de controle, dispositivos de conectividade, sensores e
componentes de interface homem-máquina (IHM), como joysticks e
telas. 
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Um software modular que inclua ferramentas para programação,
parametrização e diagnóstico, baseado em profundo conhecimento das
funções hidrostáticas e eletro-hidráulicas, também representa uma
excelente alternativa.
Como os blocos de construção fundamentais da IoT são as ‘coisas’, o
desenvolvimento de um conjunto de dispositivos inteligentes, como
válvulas com detecção e controle profundamente integrados e que
permitam aos usuários criar soluções específicas para a aplicação e,
assim, adaptar as válvulas às necessidades do projeto da máquina são
boas alternativas. As bibliotecas de blocos de função de controle de
máquina que permitem o desenvolvimento e ajuste rápido e fácil do
sistema para atender às necessidades dos fabricantes de máquinas são
aprimoramentos fundamentais.
Na imagem a seguir, veja em exemplo de interface homem-máquina
(tela, botões e joystick).
Exemplo de um sistema operado por uma IHM.
Por fim, no lado da conectividade e do armazenamento em nuvem, a
telemática (telecomunicação associada à informática) permite que
fabricantes de máquinas e gerentes de frota monitorem, atualizem e
diagnostiquem suas máquinas, tudo remotamente.
Segurança na hidráulica 4.0
A expansão de máquinas inteligentes requer habilidades em engenharia
de sistemas, mecatrônica, controles embarcados, engenharia de
software e ciência de dados. Não basta mais apenas integrar
componentes hidráulicos e eletro-hidráulicos; os construtores de
máquinas hidráulicas para a Indústria 4.0 precisam reunir domínios
mecânicos, elétricos, eletrônicos e de software para oferecer o melhor
desempenho. Além disso, à medida que a demanda por mais
inteligência e automação progride, a confiabilidade e a segurança do
dispositivo, bem como o monitoramento da segurança da máquina e o
gerenciamento de software, são desafios que também precisam ser
abordados.
Quando se começa a trabalhar em um mundo conectado, deve-se
considerar a hipótese de que a máquina possa ser hackeada por alguém
no ciberespaço e seus controladores, sensores e dispositivos de
conectividade precisam ser protegidos.
Por exemplo, no meio de uma atualização de software, o link de
comunicação pode ser hackeado e as informações erradas carregadas
no controlador. Isso pode levar a um movimento ou operação
inesperada da máquina, ou possivelmente colocar a máquina em um
estado inoperante e/ou inutilizável. Além disso, a conexão não
autorizada à máquina pode permitir alterações de parâmetros
operacionais que também podem causar uma operação inesperada.
Uma possível solução é a utilização de módulos de segurança de
hardware em controladores ou componentes para determinados níveis
de desempenho. Além disso, deve haver segurança na nuvem e
infraestrutura de TI, bem como metodologias para atualizações de
software para as máquinas quando elas estiverem em um estado
seguro.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A integração entre os sistemas hidráulicos e a IoT vem promovendo
uma revolução na Indústria 4.0, oferecendo condições de controle e
monitoramento em locais e equipamentos onde, antes desses
avanços tecnológicos, não era possível. Os elementos responsáveis
por realizarem as coletas e fornecimento dos dados sobre os
processos hidráulicos são
Parabéns! A alternativa D está correta.
Os sensores embarcados são fundamentais para a realização da
coleta de dados nos locais e equipamentos de difícil acesso onde,
antes do advento dessa tecnologia, esse tipo de coleta de dados
não era possível.
Questão 2
Um avanço considerável nos sistemas de comunicação e
monitoramento de equipamentos localizados em pontos remotos
e/ou de difícil acesso foi o desenvolvimento de um novo modelo de
rede de dados denominada
A os controladores.
B os atuadores.
C as nuvens.
D os sensores embarcados.
E os barramentos CAN.
A CAN.
B nuvem.
C GPS.
Parabéns! A alternativa A está correta.
O barramento CAN é um sistema de comunicação desenvolvido
para possibilitar a intercomunicação entre veículos, permitindo que
microcontroladores e outros dispositivos se comuniquem em
tempo real.
Considerações �nais
Neste conteúdo, discutimos os conceitos de Indústria 4.0 e Internet das
Coisas aplicada aos processos industriais (IIoT).
Apresentamos os conceitos fundamentais que definem a Indústria 4.0 e
sua importância para os processos industriais atualmente. Também
apresentamos as definições de IoT e IIoT. Conceitos como computação
na nuvem, sistemas embarcados, machine learning e inteligência
artificial foram discutidos em detalhes.
Demos ênfase à aplicação de sistemas pneumáticos na Indústria 4.0. O
uso da IoT aplicada aos sistemas pneumáticos e o conceito de
pneumática inteligente foram trabalhados. Apresentamos e trabalhamos
em detalhes as definições de sistema ciber-físico, gêmeo digital e de
análise de dados.
Por fim, discutimos a integração entre os sistemas hidráulicos e a
Indústria 4.0, bem como os impactos da IoT na hidráulica industrial, a
relação entre as trocas de dados em tempo real e a melhoria na
performance dos sistemas. Além disso, abordamos a inteligência dos
sistemas hidráulicos e alguns aspectos da segurança na Indústria 4.0.
D SMS.
E IHM.
Podcast
Agora, encerramos o nossoconteúdo falando sobre a Internet das
Coisas, Indústria 4.0 e avanço social.

Referências
BARROS, E.; CAVALCANTE, S. Introdução aos sistemas embarcados.
Artigo apresentado na Universidade Federal de Pernambuco – UFPE, p.
36, 2010.
DOS SANTOS, L. M. A. L. et al. Industry 4.0 collaborative networks for
industrial performance. Journal of Manufacturing Technology
Management, 2020.
HEATH, S. Embedded systems design. Netherlands: Elsevier, 2002.
LASI, H. et al. Industry 4.0. Business & information systems engineering,
v. 6, n. 4, p. 239-242, 2014.
MALIK,P. K. et al. Industrial Internet of Things and its applications in
industry 4.0: State of the art. Computer Communications, v. 166, p. 125-
139, 2021.
PARENTE, A. P. et al. Automação de Processos Industriais: do
Pneumático à Indústria 4.0. Revista Processos Químicos, v. 12, n. 24, p.
101-108, 2018.
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estudo!
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sobre as inovações tecnológicas aplicadas aos sistemas pneumáticos e
hidráulicos na Indústria 4.0. O site da empresa Power&Motion oferece
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