Implementação de um sistema Gateway MQTT-Modbus para abstração de redes industriais (2024)
- Authors:
- Autor USP: TEMPESTA, HADLER HENRIQUE - EESC
- Unidade: EESC
- Sigla do Departamento: SEL
- Subjects: AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL; PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO
- Keywords: Gateway.; Modbus.; Redes industriais.
- Language: Português
- Abstract: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema gateway MQTT-Modbus projetado para a abstração de redes industriais. A solução proposta visa integrar redes industriais legadas, baseadas no protocolo Modbus RTU, ao ecossistema da Internet das Coisas (IoT - Internet of Things), utilizando o protocolo MQTT como meio de comunicação. O gateway desenvolvido possibilita que usuários, mesmo sem conhecimento aprofundado sobre o protocolo Modbus, realizem o controle, monitoramento e diagnóstico de dispositivos industriais. Para implementar essa integração, foi utilizado um microcontrolador ESP32, programado com o framework ESP-IDF, que atua como interface física entre os protocolos, realizando a comunicação serial com dispositivos Modbus RTU via RS485 e a publicação dos dados em tópicos MQTT via Wi-Fi. Um broker desenvolvido em JavaScript atua como interface entre MQTT e Modbus, gerenciando a interpretação de requisições, tráfego de mensagens e autenticação dos usuários e dispositivos, cujas credenciais são armazenadas em MongoDB, permitindo controle de acesso segmentado para diferentes organizações, usuários e dispositivos. A estrutura de tópicos MQTT foi projetada para garantir segurança e controle granular, permitindo que cada usuário acesse apenas os dispositivos autorizados. O diferencial desse sistema é a abstração do protocolo Modbus, facilitando o uso em soluções que operam diretamente na camada de aplicação, sem necessidade de conhecimento detalhado do protocolo. O usuário pode enviar requisições diretamente em formato JSON de alto nível, e o sistema se encarrega de traduzi-las para um conjunto de instruções Modbus que realizam a operação requisitada. Esse processo envolve um módulo de validação e conversão (parsing) de dados, além de um módulo proxy capaz de encaminhar mensagens para diferentes tópicos MQTT. Para manter a ordem e a estabilidade das respostas, o sistema implementa uma fila derequisições, garantindo a sincronização das respostas. A funcionalidade do sistema foi testada em um ambiente que simula uma rede Modbus, onde foi comprovada sua confiabilidade na comunicação com dispositivos Modbus e distribuição dos dados via MQTT. Com isso, o gateway proposto demonstra-se uma ferramenta funcional e escalável, capaz de integrar redes industriais ao IoT de forma simplificada e segura, atendendo a demandas crescentes por interfaces de controle remoto e conectividade de dispositivos legados em ambientes industriais.
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2024
-
ABNT
TEMPESTA, Hadler Henrique. Implementação de um sistema Gateway MQTT-Modbus para abstração de redes industriais. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024. Disponível em: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/269228ca-ad56-4241-b578-4334e12768ff/Tempesta_Hadler_Henrique.pdf. Acesso em: 17 abr. 2025. -
APA
Tempesta, H. H. (2024). Implementação de um sistema Gateway MQTT-Modbus para abstração de redes industriais (Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/269228ca-ad56-4241-b578-4334e12768ff/Tempesta_Hadler_Henrique.pdf -
NLM
Tempesta HH. Implementação de um sistema Gateway MQTT-Modbus para abstração de redes industriais [Internet]. 2024 ;[citado 2025 abr. 17 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/269228ca-ad56-4241-b578-4334e12768ff/Tempesta_Hadler_Henrique.pdf -
Vancouver
Tempesta HH. Implementação de um sistema Gateway MQTT-Modbus para abstração de redes industriais [Internet]. 2024 ;[citado 2025 abr. 17 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/269228ca-ad56-4241-b578-4334e12768ff/Tempesta_Hadler_Henrique.pdf
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