Aplicação de internet das coisas em eletrocentros industriais
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Márcia Siqueira Rapini
Lucas Vinícius Ribeiro Alves
Lucas Vinícius Ribeiro Alves
Resumo
Neste projeto, foram empregados princípios da Internet das Coisas para coletar dados provenientes de sistemas de gerenciamento e distribuição de energia em cubículos internos, localizados em eletrocentros industriais. A segurança cibernética desse processo é garantida desde o ambiente fabril até a nuvem. Para essa finalidade, foi criado um coletor primário de dados. Esse coletor efetua a leitura de equipamentos elétricos por meio de conexões com fio, passando por um estágio inicial de tratamento dos dados. Posteriormente, os dados são enviados por meio de rede sem fio para um gerenciador de fluxo de dados. Isso é particularmente útil, uma vez que pode haver múltiplos coletores em operação. No gerenciador de fluxo de dados, ocorre um tratamento adicional no conceito de computação em neblina, antes que os dados sejam encaminhados para a nuvem, utilizando a internet. Diferentemente dos sistemas de automação industrial, que frequentemente controlam equipamentos a partir de salas de controle distantes dos processos, os sistemas elétricos em subestações são operados em proximidade aos cubículos de média tensão. Geralmente, esses sistemas são considerados locais, sem conexões externas. A análise dos valores desses sistemas costuma ocorrer somente após falhas, demandando acesso físico ao interior das subestações ou eletrocentros para visualizar as variáveis do sistema. O desenvolvimento da solução seguiu uma abordagem sequencial baseada na arquitetura de três camadas. A solução foi dividida em etapas de camada de dispositivo, camada de comunicação e camada de aplicação, cada uma com suas fases de estudos, definições e desenvolvimento. O progresso do desenvolvimento foi acompanhado por testes cada vez mais abrangentes, uma vez que as camadas eram interdependentes. Com o desenvolvimento concluído, foram conduzidos testes de desempenho, com destaque para os ajustes de Qualidade de Serviço das mensagens MQTT. Mesmo utilizando hardwares e softwares de código aberto, foi possível validar a solução em sua totalidade e demonstrar sua flexibilidade. Além disso, o projeto abriu portas para trabalhos futuros de predição, indicando um campo promissor de pesquisa e desenvolvimento.
Abstract
In this project, Internet of Things principles were used to collect data from
energy management and distribution systems in internal cubicles, located in
industrial electrocenters. The cybersecurity of this process is guaranteed from the
manufacturing environment to the cloud. For this purpose, a primary data collector
was created. This collector reads electrical equipment through wired connections,
going through an initial stage of data processing. Subsequently, the data is sent
wirelessly to a data flow manager. This is particularly useful since there may be
multiple collectors in operation. In the data flow manager, additional processing takes
place in the concept of fog computing, before the data is forwarded to the cloud,
using the internet. Unlike industrial automation systems, which often control
equipment from control rooms far from the processes, electrical systems in
substations are operated in close proximity to high voltage cubicles. Generally, these
systems are considered local, with no external connections. The analysis of the
values of these systems usually only occurs after failures, requiring physical access
to the interior of the substations or electrocenters to view the system variables. The
development of the solution followed a sequential approach based on three-tier
architecture. The solution was divided into device layer, communication layer and
application layer stages, each with its own study, definition and development phases.
Development progress was accompanied by increasingly comprehensive testing as
the layers were interdependent. With the development completed, performance tests
were conducted, with emphasis on Quality of Service adjustments for MQTT
messages. Even using open source hardware and software, it was possible to
validate the solution in its entirety and demonstrate its flexibility. Furthermore, the
project opened doors for future prediction work, indicating a promising field of
research and development.
Assunto
Inovação, Indústria, Segurança Computacional
Palavras-chave
Eletrocentro, Indústria, Gateway, IoT, Segurança
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