4 casos de aplicações práticas com Docker embarcado no CLP

Em artigos anteriores, exploramos os conceitos fundamentais do Docker, os motivos pelos quais essa tecnologia de conteinerização vem conquistando espaço e os benefícios que traz para as arquiteturas modernas de Edge Computing.

Agora, é hora de sair da teoria e mostrar como o Docker acontece na prática, dentro dos CLPs que operam no chão de fábrica. A evolução da automação industrial exige que os sistemas de controle vão além das varreduras determinísticas, eles precisam processar e compartilhar dados de forma ágil com sistemas na nuvem. O Docker embarcado viabiliza essa convergência ao isolar microsserviços da lógica principal da automação, sem comprometer a integridade do controle de processo.   

A seguir, apresentamos quatro aplicações que já estão sendo executadas em campo.

1° aplicação: MQTT Mosquitto + Node-RED

Em uma arquitetura tradicional, criar uma camada de telemetria exige gateways de comunicação externos ou computadores adicionais, uma infraestrutura que ocupa espaço, consome energia e pode adicionar pontos de falha à rede. Com o Docker embarcado no CLP, essa mesma infraestrutura é implantada diretamente na borda.

Nessa arquitetura, o Mosquitto atua como broker de mensagens leve, operando sob o modelo publicação/assinatura com baixíssima latência e consumo mínimo de memória. Em paralelo, o Node-RED roda em um container Docker independente, disponibilizando um ambiente de desenvolvimento low-code baseado em nós para filtrar, transformar e direcionar os dados do processo, sem a necessidade de programação complexa e sem interferir na lógica de controle principal do CLP.

Para disponibilizar as informações, a lógica do CLP publica as variáveis de processo, como temperaturas, pressões, estados de máquina e contadores de produção, no Mosquitto local via cliente MQTT ou pontes internas. O Node-RED consome essas mensagens através dos nós e as processa diretamente no controlador.

Isso possibilita a construção de diversas funcionalidades voltadas ao monitoramento de ativos e à manutenção preditiva sem sobrecarregar a rede, como:

Dashboards locais: construção de interfaces leves em HTML5/WebSockets acessíveis por tablets e navegadores na rede da fábrica.

Monitoramento e alertas automáticos: disparo imediato de notificações de falha para grupos via Telegram ou serviços de e-mail.

Integração com serviços externos: filtragem de dados no chão de fábrica para envio a plataformas corporativas ou bancos de dados na nuvem via HTTP/REST.

Como essa aplicação pode funcionar?

• – Um sensor de temperatura conectado a uma entrada analógica do CLP detecta um valor acima do limite crítico.

• – A aplicação do CLP publica uma mensagem em formato JSON no tópico local fabrica/linha1/prensa/temperatura do broker Mosquitto.

• – O nó do Node-RED captura o evento e aciona uma função de validação em JavaScript.

• – O Node-RED formata uma requisição HTTP POST e envia uma notificação instantânea para a API do Telegram: “Alerta: Temperatura da Prensa 01 excedeu 85ºC”.

A conteinerização dessas ferramentas garante que a instalação, manutenção e atualização do Node-RED ou do Mosquitto ocorram sem interromper a execução do programa principal. Caso um nó do Node-RED apresente falha ou biblioteca desatualizada, o container isolado pode ser reiniciado de forma independente, preservando a integridade física da máquina controlada.

2° aplicação: WebIQ + LinkIQ

O WebIQ é uma plataforma de IHM baseada em tecnologias web nativas (HTML5, CSS3 e JavaScript), projetada para criar visualizações de processo responsivas executadas dentro de um container Docker. O LinkIQ atua de forma complementar como um gateway de software inteligente, responsável por conectar máquinas de diferentes marcas e traduzir os diversos protocolos envolvidos no processo.

Em um cenário prático, o LinkIQ roda em um container para coletar dados de CLPs legados e instrumentos de campo espalhados pela planta industrial. Esses dados são padronizados e disponibilizados localmente para o container do WebIQ, que alimenta as telas de supervisão para múltiplos clientes web.   

Essa integração e conectividade de borda permite:

Visualização de processos descentralizada: permite visualizar sinóticos de planta, curvas de tendência e relatórios de alarmes em qualquer dispositivo com navegador, descartando as IHMs físicas dedicadas na porta dos painéis.

Integração multiprotocolo: o gateway conteinerizado faz a ponte de comunicação entre dispositivos de diferentes fabricantes sem hardware de conversores dedicados.

Conectividade externa: possibilita o envio de dados unificados para sistemas SCADA ou plataformas de gestão MES/ERP.

Neste caso, a conteinerização permite que desenvolvedores de software disponibilizem suas soluções prontas para uso no mesmo hardware de controle. O conceito de plataforma aberta permite que o integrador de sistemas escolha as melhores ferramentas sem ficar preso a um único ecossistema fechado de hardware ou software.

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3° aplicação: Webserver customizado em HTML

IHMs e sistemas SCADA cobrem a maior parte das aplicações, mas fabricantes de máquinas (OEMs) e integradores esbarram, com certa frequência, em projetos que exigem interfaces exclusivas ou integração direta com APIs corporativas.

É justamente nesses casos que a execução de um webserver customizado em um container HTML5 mostra toda a flexibilidade do Docker embarcado.

Na prática, essa solução permite criar uma aplicação web sob medida, usando bibliotecas visuais como React, Vue.js ou Bootstrap, e hospedá-la diretamente no container webserver dentro do CLP. A comunicação entre a aplicação cliente e o controlador acontece por rotas REST API ou WebSockets, que atualizam as variáveis de processo em tempo real e tornam possível:

Liberdade de desenvolvimento: total controle sobre o layout visual, adaptando a interface à identidade corporativa do cliente ou da máquina.

Dashboards responsivos e leves: páginas otimizadas para carregamento rápido em navegadores móveis, sem sobrecarregar a memória do controlador.

Integração com APIs e TI: facilidade para consumir APIs de sistemas externos, consultar bancos de dados corporativos e integrar leitores de código de barras ou câmeras diretamente via navegador.

Para integradores de sistemas, essa arquitetura oferece a oportunidade de diferenciar seus produtos no mercado ao entregar interfaces funcionais e personalizadas, mantendo a hospedagem inteiramente na CPU de controle.

Learn more: Supervisory system vs. embedded WebServer in PLCs: when to use each solution

4° aplicação: banco de dados MariaDB

Para testar a conteinerização no ambiente de automação, nossa equipe de especialistas conduziu uma Prova de Conceito (PoC) executando o banco de dados MariaDB dentro de um container Docker no CLP. Vale ressaltar que esse teste foi desenvolvido apenas para demonstrar o potencial da tecnologia.

Nesse experimento, o container MariaDB armazenou localmente históricos de produção, registros de eventos de alarme e rastreabilidade de lotes diretamente na borda. A lógica do CLP enviou comandos de escrita SQL para o banco relacional, comprovando a viabilidade de manter repositórios estruturados na borda sem depender de servidores de banco de dados dedicados no nível de TI.

Essa prova de conceito evidenciou a versatilidade do ambiente de containers: uma CPU industrial é capaz de rodar motores de banco de dados de padrão corporativo, expandindo as fronteiras da automação tradicional, desde que projetada com os devidos cuidados de infraestrutura.

O CLP como plataforma de Edge Computing

Embora as quatro aplicações apresentadas atendam a requisitos operacionais distintos, da telemetria leve com MQTT/Node-RED ao armazenamento SQL complexo, todas elas compartilham características para arquiteturas de automação mais modernas:

Flexibilidade e modularidade: é possível habilitar, atualizar ou substituir funções específicas sem refazer o projeto de automação do CLP.

Escalabilidade: containers já testados podem ser padronizados e replicados com facilidade em múltiplos equipamentos e plantas industriais.

Facilidade de integração: as barreiras de comunicação entre o chão de fábrica (OT) e os sistemas de informação (TI) se tornam muito menores.

Independência entre aplicações: a falha em um microsserviço de TI não compromete a segurança nem o tempo de varredura do controle em tempo real.

Com o Docker, o controlador deixa de ser um simples executor de rotinas sequenciais e passa a atuar como uma plataforma multifuncional de computação de borda.

Learn more: The benefits of Docker in Edge Computing applications

Docker na nova linha Nexto XF

A adoção prática de arquiteturas conteinerizadas só se torna viável quando desenvolvida em soluções de controle projetadas especificamente para essa finalidade.

The linha de controladores Nexto XF exemplifica essa evolução dos controladores para o Edge Computing, ao incorporar suporte à tecnologia Docker e permitir a execução de aplicações complementares diretamente no ambiente de automação.

Os controladores XF possuem 2,5 GB de memória para arquivos de usuário e containers Docker, e contam ainda com o gerenciador Portainer embarcado, que simplifica a criação, o gerenciamento e a manutenção de containers na borda. Veja mais detalhes a seguir:

Programada pelo ambiente Mastertool X, baseado na CODESYS technology, a linha Nexto XF une o determinismo do controle à flexibilidade da conteinerização.

O suporte a múltiplos protocolos como OPC UA, MQTT, Modbus TCP/RTU, PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT e CANopen, reforça a capacidade desses controladores de conectar aplicações Docker diretamente aos dados do seu processo, de forma segura, rápida e padronizada.

Como você acompanhou ao longo deste artigo, o verdadeiro valor do Docker na automação industrial vai além das vantagens de isolamento de software ou de facilidade de implantação. O maior ganho de utilizar essa tecnologia está na capacidade de construir uma ponte direta entre a engenharia, os departamentos de TI e os projetos de digitalização que vem ocorrendo em diversas indústrias.

As aplicações apresentadas aqui representam passos para conhecer um ecossistema em expansão. Ao transformar controladores em nós inteligentes na borda da sua operação, o Docker abre novas possibilidades para uma indústria cada vez mais flexível, integrada e eficiente.