Comunicación y virtualización de procesos industriales basados en Industria 4.0

Abstract

El presente proyecto de investigación tiene como finalidad el diseño y construcción de una arquitectura para la comunicación y virtualización de procesos industriales, El sistema está conformado por varios contenedores de software (Docker), cada uno con su sistema operativo virtualizado, y dentro de cada contenedor se ejecuta una aplicación Forte, esta tiene la configuración de los diferentes procesos creados para los movimientos del prototipo de brazo robótico, como también para la comunicación entre los diferentes dispositivos del sistema.

El diseño de esta arquitectura se desarrolló en una tarjeta Raspberry Pi3 B+, a partir del estándar IEC 61449, se crea un sistema distribuido, mediante una arquitectura de bloques funcionales (FB) con la ayuda del software 4DIAC, estos al ser compilados dan origen a una aplicación “forte”, esta se ejecutara dentro de un contenedor de software que actúa independientemente de su sistema operativo con su principal función para la que fue creada, todos los contenedores como los dispositivos Arduino, la Raspberry Pi y un ordenador están compartiendo información mediante una conexión Ethernet por medio de un Router.

En la comunicación entre los diferentes contenedores y dispositivos conectados se utilizó los protocolos UDP, TCP/IP y MQTT (Message Queue Telemetry Transport), tanto para la recepción y envió de datos, al igual que una interfaz web, con la que se puede controlar la ejecución de los diferentes procesos, como para la visualización del sistema. Adicionalmente para la comprobación de la aplicación realizada, se construyó un prototipo de brazo robótico controlado con Arduino, quien recibe los datos desde la Raspberry Pi, al enviar un proceso designado por el operador desde la página web, se comprueba el funcionamiento de la aplicación. ABSTRACTThe purpose of this research project is to design and build an architecturefor the communication and virtualization of industrial processes. The system consists of several software containers (Docker), each with its virtualized operating system, and within each container. A Forte application is executed, it has the configurationof the different processes created for the movements of the robotic arm prototype, as well as for the communication between the different devices of the system.The design of this architecture was developed on a Raspberry Pi3 B + card, from the IEC 61449standard, a distributed system is created, using a functional block architecture (FB) with the help of 4DIAC software, these being compiled give rise to a “forte” application, it will run inside a software container that acts independently of its operating system with its main function for which it was created, all containers such as Arduino devices, Raspberry Pi and a computer are sharing information through an Ethernet connection through a router.In the communication between the different containers and connected devices the protocols UDP, TCP / IP and MQTT (Message Queue Telemetry Transport) were used, both for the reception and sending of data, as well as a web interface, with which you can control the execution of the different processes, as for thevisualization of the system. Additionally, for the verification of the application made, a prototype robotic arm controlled with Arduino was built, who receives the data from the Raspberry Pi, when sending a process designated by the operator from the website, the operation of the application is checked.