Análise e desenvolvimento de subsistemas de comunicação e processamento de dados para integração e supervisão de processos de soldagem

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2019.Os desenvolvimentos tecnológicos atuais vêm acontecendo em escala exponencial ao ponto de as máquinas serem enxergadas como peças inteligentes dentro de um grande sistema de produção. Essa é uma das características da Indústria 4.0 que integrando Internet of Things (IoT), Internet of Services (IoS), Big Data e virtualização têm influenciado não somente a maneira como a produção industrial acontece, mas também como são desenhados os modelos de negócio da indústria. Na soldagem, esses avanços vêm se constituindo principalmente na integração de subsistemas como sensores, robôs, supervisório, fontes de energia, etc., com o objetivo de se obter resultados de solda íntegros, operações seguras, documentação fiel e rastreabilidade do processo. Neste contexto, o LABSOLDA vem realizando diversos avanços em inovações nacionais e executando projetos de P&D, que inclusive, envolvem empresas dos setores tanto de petróleo e gás como também de máquinas e equipamentos. O SISASOLDA é um desses projetos, o qual este trabalho é inserido, e conta como interveniente a empresa IMC Soldagem, spin-off do LABSOLDA, que tem contribuído com seus produtos na área de fontes de energia e de robótica, possibilitando a criação de sistemas avançados de soldagem. Nesse meio, o objetivo deste trabalho é estabelecer uma abordagem para a integração e supervisão de processos de soldagem em equipamentos nacionais utilizando redes de comunicação cabeada, também considerando e avaliando tecnologias sem fio acerca de suas capacidades e limitações com foco em sistema fonte de soldagem-robô manipulador. Esses sistemas, predominantemente microprocessados, demandaram um embasamento multidisciplinar envolvendo áreas como mecânica, elétrica, eletrônica e TIC (tecnologia da informação e comunicação) que foi substancialmente exigido nas produções dos resultados tanto em nível de hardware, pelo desenvolvimento de circuitos e modificações eletrônicas, quanto em nível de firmware e software. Como resultados do trabalho, obteve-se a geração de bibliotecas e ferramentas para a comunicação em rede de microprocessadores STM32F4 Discovery utilizando-se do protocolo Ethernet em conjunto a LwIP. Também foram avaliados os protocolos ZigBee e Wifi para comunicação sem fio, além do desenvolvimento de um software de supervisão, denominado Connect, que permitiu controle e acesso aos dados das fontes de soldagem da IMC. Não obstante, para o funcionamento, ainda que parcial, da comunicação em rede de fontes ainda não atualizadas tecnologicamente com o microcontrolador STM32F4 Discovery, foi desenvolvimento e implementado um Gateway Ethernet, que tem por função permitir a comunicação via rede com as fontes de soldagem por meio do atual protocolo de comunicação RS-232 disponível. Alguns resultados ainda foram implementados em projetos especiais e da empresa IMC que pode validar industrialmente os recursos desenvolvidos.Abstract: Current technological developments have been happening on an exponential scale to the point where machines can be seen as intelligent parts within a large production system. This is one of the characteristics of Industry 4.0 that integrating Internet of Things (IoT), Internet of Services (IoS), Big Data and virtualization have influenced not only the way industrial production happens, but also the way industry business models is designed. In welding, these advances have been mainly constituted by the integration of subsystems such as sensors, robots, supervisory, energy sources, etc., with the objective of obtaining complete welding results, safe operations, faithful documentation and traceability of the process. In this context, LABSOLDA has been making several advances in national innovations and executing R&D projects, which also involve companies from the oil and gas sectors as well as machinery and equipment. The SISASOLDA is one of these projects, in which this work is inserted, with the IMC Soldagem Company, a LABSOLDA spin-off, as an intervener, which has contributed with its products in the area of energy sources and robotics, making possible the creation of advanced welding systems. In this context, the objective of this work is to establish an approach for the integration and supervision of welding processes in national equipment using wired communication networks, also considering and evaluating wireless technologies about their capabilities and limitations with focus on welding source- manipulator robot. These predominantly microprocessed systems required a multidisciplinary background involving areas such as mechanics, electrical, electronics and ICT (information and communication technology) that were substantially required in the production of results both at the hardware level, the development of circuits and electronic modifications, and at the firmware and software level. As results of the work, was obtained a generation of libraries and tools for the network communication of STM32F4-Discovery microprocessors that uses Ethernet protocol in conjunction with LwIP. Were also evaluated the ZigBee and WiFi protocols for wireless communication, as well as the development of supervisory software, called Connect, which allowed control and access to the data of the welding sources of the IMC Soldagem. Nevertheless, an Ethernet Gateway was developed and implemented for the operation, even partially, of network communication of sources not yet technologically updated with the microcontroller STM32F4-Discovery, whose function is to allow network communication by current RS-232 communication protocol. Also, was implemented some results in special projects and the IMC Company could validate industrially the developed resources