Desenvolvimento de protocolo de comunicação entre PLCs através de microcontroladores

Abstract

Este projeto apresenta o desenvolvimento de um protocolo de comunicação entre Programmable Logic Controller (PLC) Siemens utilizando microcontroladores ESP32 como interfaces de comunicação, implementando uma arquitetura Internet of Things (IoT) industrial completa. O sistema desenvolvido integra um PLC LOGO! e um PLC S7-314 através de um protocolo personalizado de sete bits e comunicação Message Queing Telemetry Transport (MQTT), permitindo a troca de dados em tempo real. De modo a testar a sua aplicabilidade em contexto pratico, o mesmo foi aplicado num sistema de visão. Sistema este que simula uma linha de controlo de qualidade de peças. A solução implementada inclui um sistema de monitorização com um dashboard web responsivo, uma base de dados PostgreSQL para armazenamento histórico, e integração com sistema de visão computacional para controlo de qualidade automatizado. Os componentes principais incluem dois microcontroladores ESP32, dois PLC industriais, um broker MQTT Eclipse Mosquitto para comunicação, serviços backend para processamento de dados, e interfaces web para monitorização. O sistema de visão computacional, hospedado num Raspberry Pi, utiliza a biblioteca Snap7 para comunicação direta com o PLC, oferecendo inspeção dimensional automatizada. O sistema utiliza tecnologias modernas como FastAPI, React, Docker e OpenCV, possibilitando assim, uma plataforma escalável e modular. A arquitetura desenvolvida demonstra a viabilidade de soluções IoT de baixo custo para modernização de sistemas industriais, oferecendo uma alternativa económica às soluções comerciais tradicionais. O protocolo de comunicação personalizado permite flexibilidade na integração de diferentes sistemas, contribuindo para a evolução da Indústria 4.0; Development of a communication protocol between PLCs through microcontrollers - Abstract: This project presents the development of a communication protocol between Siemens Programmable Logic Controllers (PLCs) using ESP32 microcontrollers as communication interfaces, implementing a complete industrial Internet of Things (IoT) architecture. The developed system integrates a LOGO! PLC and an S7-314 PLC through a custom seven-bit protocol and Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) communication, enabling real-time data exchange. To test its applicability in a practical context, it was applied to a vision system. This system simulates a parts quality control line. The implemented solution includes a monitoring system with a responsive web dashboard, a PostgreSQL database for historical storage, and integration with a computer vision system for automated quality control. The main components include two ESP32 microcontrollers, two industrial PLC, an Eclipse Mosquitto MQTT broker for communication, backend services for data processing, and web interfaces for monitoring. The computer vision system, hosted on a Raspberry Pi, uses the Snap7 library for direct communication with PLC, offering automated dimensional inspection. The system uses modern technologies such as FastAPI, React, Docker, and OpenCV, creating a scalable and modular platform. The developed architecture shows the feasibility of low-cost IoT solutions for industrial system modernization, offering an economical alternative to traditional commercial solutions. The customized communication protocol allows flexibility in the integration of different systems, contributing to the evolution of Industry 4.0.