IoT industrial, muitas vezes abreviada como IIoT, significa conectar sensores e equipamentos em fábricas, concessionárias de energia e água e outras instalações industriais para que seja possível acompanhar o estado e a produção deles e agir a partir de qualquer lugar. As aplicações de IoT industrial mais comuns são o monitoramento da condição de máquinas, o monitoramento de energia, o nível de tanques e fluidos, as condições ambientais, a medição de utilidades e o rastreamento de ferramentas e ativos.

Nenhuma delas exige uma fábrica nova. A maioria começa com alguns sensores a bateria instalados em máquinas que já estão rodando. O que diferencia os projetos é sobretudo o que acontece com os dados depois, e é disso que trata a maior parte deste artigo.

O essencial

  • As aplicações que dão retorno primeiro são as práticas: saúde das máquinas, energia, níveis, temperaturas e vazamentos.
  • A maioria começa como retrofit, com sensores sem fio montados em máquinas existentes e sem nenhuma mudança no sistema de controle.
  • Os dispositivos típicos são sensores de vibração, alicates de corrente, sensores de nível e de pressão, sondas de temperatura e gateways que leem dados dos controladores das máquinas.
  • A manufatura inteligente começa quando os dados de várias dessas fontes são combinados e passam a disparar ações, e não só gráficos.

O que é monitoramento com IoT industrial?

O monitoramento com IoT industrial é a coleta contínua de leituras de equipamentos industriais, enviadas automaticamente a um software que as armazena, exibe e gera alertas. Ele substitui a ronda com prancheta, a leitura mensal do medidor e a passada ao lado da máquina para ouvir como ela está.

A cadeia por trás disso tem os mesmos poucos elos em quase todo projeto. Um sensor mede algo físico, como vibração, corrente, nível ou temperatura. Ele envia a leitura por uma rede, muitas vezes um rádio de baixo consumo como o LoRaWAN no caso de sensores a bateria, ou uma conexão cabeada ou Wi-Fi para equipamentos com alimentação elétrica. Um gateway recebe as leituras e as encaminha para uma plataforma. A plataforma guarda o histórico, mostra dashboards e verifica regras, e as regras avisam pessoas ou disparam ações.

Há duas formas de obter dados de uma máquina. Uma é ler o que a máquina já sabe: máquinas modernas e seus CLPs (controladores lógicos programáveis, os computadores industriais que as comandam) guardam valores como velocidades, temperaturas e contadores, que podem ser lidos por protocolos industriais como Modbus ou OPC UA. A outra é instalar sensores por fora, o que costuma ser mais rápido em equipamentos antigos ou quando mexer no sistema de controle exige aprovação do fabricante da máquina. Muitas fábricas usam as duas, lendo os controladores onde é fácil e instalando sensores em retrofit onde não é.

Como a IoT é usada na indústria?

Na manufatura, a IoT industrial vai muito além das máquinas de produção. A tabela abaixo reúne aplicações comuns, o que cada uma mede e o que muda quando as leituras estão conectadas. Considere-a um conjunto de exemplos, não uma lista completa.

Aplicação O que é medido O que muda
Monitoramento da condição de máquinas Vibração e temperatura em motores, bombas, ventiladores e redutores Problemas de rolamento e de alinhamento aparecem semanas antes de pararem uma linha
Monitoramento de energia Eletricidade por linha, máquina ou turno O consumo ocioso e os equipamentos ineficientes ficam visíveis, em vez de se esconderem em uma única conta
Ar comprimido Vazão, pressão e potência do compressor Vazamentos e pressão ajustada alta demais aparecem como desperdício mensurável
Nível de tanques e fluidos Fluido refrigerante, lubrificante, produtos químicos, matérias-primas As reposições são planejadas, em vez de descobertas em uma ronda com vareta
Condições ambientais Temperatura e umidade em estoques, áreas limpas e salas de cura Materiais e produtos ficam dentro das condições especificadas, com um registro que comprova isso
Temperaturas de processo Fornos, secadores, câmaras frias Um desvio fora da faixa da receita gera um alerta durante o turno, e não na inspeção final
Utilidades e água Hidrômetros, sensores de vazamento, pressão nas linhas de abastecimento Vazamentos e consumo anormal são identificados no mesmo dia
Rastreamento de ativos Localização de ferramentas, contêineres, empilhadeiras e reboques Menos tempo procurando e menos itens perdidos entre unidades

O ar comprimido mostra como esses números crescem rápido. Segundo o Departamento de Energia dos EUA, em fábricas que não gerenciam os vazamentos, eles podem, em alguns casos, desperdiçar de 20 a 30% do ar gerado por um compressor. Digamos que um compressor de 75 kW funcione 6.000 horas por ano e que um quarto do ar que ele gera se perca em vazamentos. Isso desperdiça cerca de 112.500 kWh por ano e, a 0,20 € por kWh, dá uns 22.500 € de ar escapando por conexões e mangueiras. Monitorar a potência do compressor e a pressão da linha à noite, com a produção parada, mostra diretamente a carga de vazamentos, porque, sem produção, o ar que o compressor ainda entrega está escapando pelos vazamentos.

O monitoramento de energia funciona do mesmo jeito em escala maior. A maioria das fábricas recebe uma única conta de luz, que não diz nada sobre quanto cada máquina consome. Alicates de corrente nos alimentadores principais de cada linha mostram o consumo por linha e por turno, e muitas vezes revelam máquinas que ficam ligadas no fim de semana ou uma linha que gasta bem mais energia do que outra idêntica ao lado.

Os registros ambientais e de processo pesam mais onde os materiais são sensíveis. Adesivos e revestimentos só curam direito dentro de uma faixa de temperatura e umidade, madeira e papel mudam de dimensão com a umidade, e a armazenagem de alimentos e medicamentos tem limites documentados. Um sensor que registra a cada poucos minutos gera o histórico que um auditor ou um cliente pede, e um alerta durante o turno dá a alguém tempo de mudar o estoque de lugar ou consertar uma porta antes de perder um lote.

O rastreamento de ativos se divide em dois problemas diferentes. No trajeto entre unidades, é possível equipar reboques, contêineres e veículos com rastreadores GPS que informam a posição. Dentro de um galpão grande, o GPS geralmente não chega, então a localização interna depende de outros métodos, como beacons Bluetooth ou etiquetas lidas em portas e zonas. Vale decidir de qual dos dois você precisa antes de escolher o hardware, porque os dispositivos e os custos são muito diferentes.

Quais são exemplos de dispositivos de IoT industrial?

Os dispositivos por trás dessas aplicações são, na maioria, instrumentos comuns e bem testados, aos quais se acrescentou um rádio ou uma conexão de rede. Exemplos comuns:

  • Sensores de vibração sem fio, fixados na caixa do mancal com ímã, prisioneiro ou adesivo, que enviam vibração e temperatura a cada poucos minutos.
  • Transformadores de corrente e medidores de energia, presos em volta dos cabos de um quadro de distribuição para medir o consumo de eletricidade sem cortar a fiação.
  • Sensores de nível, geralmente ultrassônicos ou de radar, instalados no topo de um tanque para medir quanto ele está cheio.
  • Sensores de pressão e de vazão em linhas de ar comprimido, de água e de processo.
  • Sensores de temperatura e umidade para salas, câmaras frias e áreas de estoque, e sondas de temperatura para fornos e equipamentos de processo.
  • Sensores de porta e de contato que informam se um portão, um armário ou a proteção de uma máquina está aberto.
  • Sensores de gás para monóxido de carbono, dióxido de carbono ou outros gases em áreas de trabalho fechadas.
  • Gateways de borda que leem valores de CLPs e medidores via Modbus ou OPC UA e os repassam para a plataforma.
  • Rastreadores para empilhadeiras, contêineres e reboques que circulam dentro de uma unidade ou entre unidades.
  • Relés e controladores de válvula capazes de ligar equipamentos ou abrir e fechar uma válvula sob comando.

A alimentação e o local de instalação definem boa parte do trabalho prático. Sensores a bateria podem ir em qualquer lugar, mas precisam de troca a cada poucos anos, enquanto dispositivos ligados à rede elétrica precisam de um eletricista e de um ponto de energia por perto. Equipamentos em áreas com atmosfera explosiva precisam de dispositivos certificados para aquela zona.

Na hora de escolher os dispositivos, o protocolo importa tanto quanto a medição. Sensores que usam um padrão aberto como LoRaWAN ou MQTT podem ser combinados com outras marcas e migrados para outro software depois. Um sensor que só conversa com a nuvem do próprio fabricante amarra todas as decisões futuras a esse fabricante.

Para projetos de energia, a Kilo Electronics vende dispositivos de monitoramento de energia entre outros sensores industriais, e o hardware de qualquer fornecedor que use uma conexão compatível funciona do mesmo jeito.

Como a IoT industrial possibilita a manufatura inteligente?

Manufatura inteligente é um termo amplo, mas, no fundo, significa uma fábrica em que os dados de máquinas, utilidades e pessoas são combinados e usados para decidir mais rápido, cada vez mais com ações automáticas. A IoT industrial fornece os dados. Se isso vai virar manufatura inteligente depende do que acontece depois que os sensores são instalados.

Combinar fontes vem primeiro. Uma leitura de vibração fica mais útil ao lado do consumo de energia da máquina, e a temperatura de uma câmara fria, ao lado do estado da porta dela. Isso só funciona quando leituras de fabricantes diferentes acabam em um só lugar, com nomes e unidades consistentes.

Depois, os dados precisam levar a uma ação. Um alerta para uma pessoa é a mais comum, mas algumas respostas podem ser automáticas, como desligar uma bomba quando um tanque está ficando vazio ou fechar uma válvula quando um sensor de vazamento detecta água.

E, quando funciona em uma linha, a mesma configuração precisa ser repetida em outras linhas e unidades, para que a segunda fábrica não comece do zero.

Em um chão de fábrica que roda o Kilo, você resolve a combinação mapeando as leituras brutas de fabricantes diferentes para uma única métrica normalizada, de modo que um dashboard ou uma regra veja a mesma temperatura, seja qual for o sensor que a envia. Para a ação, você dá a uma regra um comando de dispositivo salvo, como fechar uma válvula por um controlador LoRaWAN Classe C ou acionar um relé conectado via MQTT, e o Kilo registra cada comando com o resultado, de Entregue a Confirmado ou Falhou.

A maioria das soluções de IoT para a indústria cresce nesta ordem: primeiro o monitoramento, depois alertas em que as pessoas confiam e, por fim, ações automáticas para os poucos casos em que a resposta certa nunca muda. Pular direto para a automação costuma sair pela culatra, porque ninguém sabe ainda quais leituras são confiáveis o bastante para agir sem que uma pessoa confira antes.

Perguntas frequentes sobre aplicações de IoT industrial

Qual a diferença entre a IoT na indústria e a IoT comum?

A tecnologia é basicamente a mesma, mas a IoT industrial trabalha em condições mais duras: ruído elétrico, estruturas metálicas, faixas amplas de temperatura e equipamentos que rodam por décadas. Ela também se conecta a protocolos industriais e sistemas de controle, e o custo de uma leitura errada ou de um alerta perdido costuma ser bem maior do que na IoT de consumo.

O monitoramento com IoT industrial funciona em máquinas antigas?

Sim. Máquinas mais antigas muitas vezes têm saídas analógicas, normalmente sinais de 4–20 mA, ou contatos de relé que mostram se estão funcionando, e pequenos conversores transformam isso em leituras que um gateway repassa. Quando a máquina não tem nenhuma saída, sensores externos de vibração, corrente ou temperatura a medem por fora.

As aplicações de IoT industrial fazem parte da Indústria 4.0?

Sim, como uma das peças que a compõem. A Indústria 4.0 é um conceito mais amplo, lançado como parte de uma estratégia do governo alemão e divulgado na feira Hannover Messe em 2011, que abrange a manufatura digital como um todo. A IoT industrial é a parte que conecta os equipamentos físicos para que os dados deles possam ser usados.

As aplicações de IoT industrial são seguras?

Podem ser, com cuidado. A série IEC 62443 é o principal referencial internacional para a segurança de sistemas de automação e controle industrial, e é cada vez mais aplicada a dispositivos e gateways de IIoT. As práticas básicas incluem conexões criptografadas, separar a rede de IIoT da rede de controle e limitar quais sistemas podem enviar comandos aos equipamentos.

Para ver a saúde das máquinas e o nível dos fluidos lado a lado na sua própria fábrica, instale um sensor de vibração em cada um dos três motores cuja falha traria mais prejuízo e sensores de nível nos dois tanques de fluido refrigerante que mais vezes ficam com nível baixo. Crie uma regra que vigie os três motores e dispare um alarme quando a vibração de qualquer um deles ficar acima de um limite definido por você durante uma hora. Cinco dispositivos e uma regra cabem no plano gratuito do Kilo.