Redes centralizadas de sensores sem fio para pequenas e médias indústrias: um estudo preparatório para a indústria 4.0

Abstract

A demanda por redes de sensores sem fio (RSSF) aplicadas à monitoração e controle de processos em ambientes industriais de todos os tamanhos tende a aumentar à medida que a quarta revolução industrial (Industry 4.0) avança, sendo que uma das suas características é a flexibilização da disposição dos equipamentos (plant set-up). A flexibilidade e baixo custo das RSSF as tornam a escolha perfeita para estas novas instalações manufatureiras do século 21. As pequenas e médias manufaturas (SMEs) tem um papel importante no desenvolvimento das economias da América Latina. Neste trabalho, primeiro descrevem-se os testes e analisa-se o comportamento de uma rede centralizada de sensores sem fio (RCSSF) de baixo custo, em dois ambientes industriais de médio porte de forma a se determinar como o ambiente (topologia, distâncias, barreiras, maquinário e pessoas) e os processos impactam o sinal de rádio. Pondera-se também sobre a confiabilidade e aplicabilidade das RCSSF na monitoração e controle de processos industriais que, por vezes, podem ser críticos. Os resultados mostram uma relação entre parâmetros como o indicador da intensidade do sinal recebido (RSSI), a taxa de erros do pacote (PER), o ambiente e os processos fornecendo assim subsídios para a gerência da rede. Posteriormente, apresenta-se uma nova estratégia de gerência que consiste em dois índices que rastreiam e monitoram o nível do RSSI garantindo um alerta precoce caso o sinal de rádio apresente deterioração. Com os conhecimentos adquiridos, conclui-se o trabalho com a apresentação de um conjunto de melhores práticas para auxiliar no planejamento, implantação e comissionamento de RCSSF de baixo custo voltadas às SMEs.

The demand for wireless sensor networks (WSN) applied to industrial process monitoring and control should increase as the forth industrial revolution (Industry 4.0) gathers pace, since one if its main caracteristics is about flexible plant set-up. Flexibility and low cost make the WSN the perfect choice for the modern 21st century manufacturing plants. Small and medium enterprises (SMEs) have an important role in the development of the Latin America economies. This paper first describes the tests done in two industrial environments, analyses the results and examines the behaviour of a low cost, centralized WSN in industrial environments to ascertain the impact of the processes and environment (topology, distances, barriers, machines and people) in the radio signal and discuss the reliability and applicability of WSNs in process monitoring and control. The results obtained with the tests indicated a relationship between the received signal strength indicator (RSSI), the packet error rate (PER), the environment and the processes generating subsidies to the network management system. Subsequently, a new management strategy is presented, it includes two RSSI tracking indexes that guarantee an early warning in case the radio signal deteriorates. With the knowledge gathered, a set of best practices is presented; it covers the planning, installation and commissioning of centralized low cost WSNs for SMEs.