Como migrar de protocolos legados para protocolos modernos

No cotidiano industrial, é comum encontrar um cenário em que centros de usinagem de última geração operam lado a lado com controladores instalados há 20 ou 30 anos. Essa convivência entre o novo e o antigo é a prova do ciclo de vida dos ativos industriais, projetados para funcionar de forma ininterrupta por longos períodos.

O problema é que os equipamentos mais antigos costumam utilizar tecnologias de comunicação criadas em uma época em que o objetivo era apenas o controle local no chão de fábrica, sem qualquer perspectiva de conexão com outros sistemas.

Com o avanço da transformação digital, impulsionado pela necessidade de monitorar processos em tempo real, implementar manutenção preditiva e integrar os dados operacionais aos sistemas de gestão, a limitação dos protocolos de campo tradicionais se tornou o maior desafio a ser enfrentado. A exigência por dados estruturados e acessíveis em nível corporativo esbarra na falta de padronização das redes seriais antigas.

Mas a modernização não exige a substituição de máquinas que ainda estão operacionais. A estratégia mais viável é construir pontes tecnológicas capazes de conectar a infraestrutura existente aos ecossistemas digitais. Isso permite extrair o máximo de performance dos ativos em operação, minimizando os riscos e viabilizando a transição gradual da fábrica rumo à automação inteligente.  

O que são protocolos legados e por que eles ainda estão presentes?

Os protocolos legados são os padrões de comunicação desenvolvidos entre as décadas de 1970 e 1990, baseados em transmissões seriais ponto a ponto ou em topologias de barramento. Entre as tecnologias mais famosas estão o Modbus RTU, o PROFIBUS nas variantes DP e PA, o DeviceNet, o CC-Link serial e o CANopen. Essas redes foram projetadas para garantir que comandos de controle chegassem aos atuadores e sensores de forma determinística e com imunidade a ruídos eletromagnéticos.  

A permanência dessas tecnologias no chão de fábrica é explicada por fatores operacionais e econômicos. A confiabilidade e a robustez física demonstradas ao longo de décadas fazem com que engenheiros e técnicos confiem no desempenho dessas redes para o controle de rotina.  

E além disso, como os equipamentos que utilizam essas redes possuem uma vida útil longa e já pagaram seu custo inicial, então a substituição se torna difícil de justificar quando a máquina continua a cumprir perfeitamente sua função. E as equipes de manutenção já possuem o conhecimento sobre o diagnóstico e o reparo dessas redes seriais, o que gera mais segurança no dia a dia da fábrica.  

A presença massiva dessas redes em instalações existentes do tipo brownfield estabelece um cenário em que a automação funciona bem no nível de campo, mas permanece isolada das camadas superiores de inteligência de negócios.  

Os custos de manter infraestruturas com apenas protocolos “antigos”

Manter uma planta industrial que dependente dos barramentos seriais antigos gera uma série de gargalos que se tornam mais severos à medida que a empresa busca aumentar sua eficiência e competitividade.   

O primeiro problema é a dificuldade de extrair e contextualizar os dados. Os protocolos seriais operam com dados brutos organizados em registros numéricos, sem metadados. Um dado vindo de um medidor via Modbus RTU, por exemplo, nada mais é do que um número em um endereço de memória, o que exige que cada variável seja mapeada e convertida manualmente nos sistemas supervisórios, um processo que demanda tempo e abre margem para erros.   

A arquitetura mestre-escravo, típica das redes antigas, impõe limitações físicas à amostragem de dados. Nesse modelo, o controlador consulta um dispositivo por vez de forma sequencial. Conforme novos instrumentos são adicionados ao barramento, o tempo de ciclo da rede aumenta, tornando inviável a coleta contínua de grandes volumes de dados necessária para algoritmos de manutenção preditiva e soluções IIoT.  

A questão da cibersegurança também representa outro ponto crítico. Os protocolos legados foram criados em uma época em que as redes industriais eram totalmente isoladas. Por esse motivo, não possuem mecanismos nativos de criptografia, autenticação ou controle de acessos. Quando essas redes antigas são conectadas a barramentos Ethernet sem os devidos isolamentos, a fábrica fica exposta a riscos de acessos não autorizados e a interrupções operacionais.  

Existe ainda o desafio da escassez de mão de obra especializada e dos custos crescentes de manutenção. Os profissionais mais jovens ingressam no mercado com formação voltada para redes baseadas em IP, infraestrutura de nuvem e linguagens de programação modernas, o que torna cada vez mais difícil encontrar técnicos com experiência em diagnóstico físico de barramentos RS-485, ajuste de resistores de terminação e parametrização de redes seriais legadas. O resultado é um tempo de paralisação maior sempre que ocorrem falhas de comunicação.

O que os protocolos modernos trazem de vantagem?

A transição para protocolos modernos baseados em Ethernet e arquiteturas abertas transformam a rede de comunicação de uma fábrica em uma infraestrutura de alta velocidade e capacidade de integração.

A adoção de protocolos como PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT e Modbus-TCP oferece taxas de transmissão que variam de 100 Mbps a gigabits por segundo, eliminando os gargalos de largura de banda e permitindo o tráfego simultâneo de dados de controle crítico e informações de diagnóstico.  

No campo da integração de dados entre sistemas de TI e TO, podem ser usados protocolos abertos OPC UA e MQTT. O OPC UA fornece uma estrutura de dados orientada a objetos que transmite a informação acompanhada do contexto, como unidade de medida, limites de operação e status de qualidade, garantindo a interoperabilidade entre os equipamentos de diferentes fabricantes e sistemas de gestão.

Já o MQTT utiliza uma arquitetura de publicação e subscrição (pub/sub) extremamente leve, projetada para enviar dados por exceção. Isso significa que os dispositivos transmitem informações apenas quando ocorrem alterações de estado, otimizando o uso da banda de rede e facilitando o envio de métricas para plataformas de nuvem e sistemas de Edge Computing. 

Análises de mercado feitas pela HMS Networks revelam que o padrão Ethernet Industrial consolidou sua liderança nas novas instalações fabris, enquanto os barramentos de campo tradicionais mantêm uma trajetória contínua de declínio, abrindo espaço para soluções Ethernet e conectividade sem fio. Veja os dados:

A combinação de protocolos modernos resulta em redes escaláveis, com suporte nativo a criptografia e mecanismos de segurança, preparando a infraestrutura para receber aplicações mais avançadas como, por exemplo, análise preditiva, sem a necessidade de grandes reestruturações no futuro.  

Como realizar a migração na prática

A modernização da comunicação de uma planta industrial deve ser feita como um processo contínuo e planejado, evitando as paradas não planejadas e garantindo o retorno sobre o investimento em cada etapa. Uma transição bem-sucedida se apoia em uma metodologia clara, dividida em fases fundamentais:

Fase 1: diagnóstico e inventário de ativos

O projeto deve começar com um mapeamento detalhado de toda a infraestrutura instalada na planta. É preciso registrar cada controlador, inversor de frequência, sensor e atuador, identificando os protocolos suportados, os meios físicos existentes, o estado das conexões e o volume de dados gerado. Esse diagnóstico inicial evita surpresas durante a execução e permite identificar quais equipamentos podem ser mantidos e quais precisam de interfaces de conversão.

Fase 2: definição dos objetivos de negócio e KPIs

A atualização da rede precisa responder a metas claras. Cabe à equipe responsável definir quais indicadores de desempenho (KPIs) serão impactados, seja a melhoria da Eficiência Global dos Equipamentos (OEE), a redução do tempo de parada por manutenção não programada ou a automação da coleta de dados para relatórios de rastreabilidade.

Fase 3: arquitetura de zonas e conduítes

Com base nas diretrizes da norma de cibersegurança IEC 62443, a planta deve ser dividida em zonas lógicas de segurança, agrupando sistemas com requisitos operacionais e de proteção semelhantes. Onde houver necessidade de troca de dados entre zonas distintas, definem-se condutos controlados por firewalls e gateways, garantindo que uma eventual vulnerabilidade em um segmento não comprometa o controle de toda a fábrica.

Fase 4: implementação de gateways industriais

A utilização de gateways de conversão de protocolos e dispositivos de edge computing é o elemento-chave para conectar o legado ao moderno sem substituir os controladores existentes. O mercado global de gateways industriais, avaliado em US$ 1,46 bilhão em 2024, com projeção de alcançar US$ 2,91 bilhões até 2033, reflete a ampla adoção dessa estratégia em diversos segmentos industriais.

Os gateways funcionam como “tradutores” em tempo real: leem os dados seriais do equipamento antigo utilizando protocolos como Modbus RTU ou PROFIBUS e os convertem para padrões mais modernos, como OPC UA ou MQTT sobre Ethernet. Ao mesmo tempo, os computadores de borda processam esses dados localmente, filtrando variações irrelevantes e calculando as métricas operacionais antes de enviá-las à nuvem ou ao sistema supervisório.

Fase 5: validação gradual

Durante a fase de transição, a fábrica opera em um formato híbrido: os controladores antigos continuam executando o controle crítico de processo pelas redes seriais originais, enquanto os gateways extraem cópias dos dados em paralelo para abastecer as plataformas de análise e gestão. Isso permite validar a precisão dos dados, testar a estabilidade da nova rede e capacitar as equipes envolvidas sem colocar a produção em risco.

Fase 6: expansão e modernização estrutural

Após a validação da primeira célula ou linha piloto, o modelo é replicado para as demais áreas da fábrica. Conforme os equipamentos antigos atingem o fim de sua vida útil mecânica ou eletrônica, vão sendo substituídos por modelos mais recentes, já com comunicação Ethernet nativa, eliminando gradualmente os gateways intermediários e consolidando uma arquitetura de rede totalmente moderna.  

Leia mais: How integration with gateways ensures greater security and fast response in industrial operations

Erros comuns que devem ser evitados

Projetos de modernização de comunicação industrial costumam falhar por erros estratégicos que poderiam ser previstos e evitados.

O mais perigoso deles é tentar realizar uma substituição total e imediata de todos os equipamentos, a chamada abordagem rip-and-replace. Essa prática exige grandes aportes financeiros, impõe longos períodos de paralisação da produção e cria um cenário de alto risco. A abordagem correta, como já mencionado, prioriza a integração progressiva.

Outro equívoco comum é promover a convergência entre as redes de tecnologia da informação (TI) e tecnologia de operação (TO) sem antes implementar controles de cibersegurança. Conectar redes legadas diretamente à rede corporativa, sem isolamento adequado por firewalls e zonas de segurança, expõe os sistemas a ameaças externas.

A falta de alinhamento entre as equipes de TI, automação, engenharia e manutenção também pode comprometer o sucesso do projeto. Decisões tomadas exclusivamente pelo setor de TI, sem considerar os requisitos de tempo real do chão de fábrica, tendem a gerar soluções inadequadas, assim como projetos conduzidos apenas pela automação podem resultar em uma integração corporativa difícil.

Por fim, optar por tecnologias proprietárias e fechadas para a nova rede limita a expansão futura da empresa. A modernização deve priorizar protocolos abertos, garantindo liberdade na escolha de fornecedores e compatibilidade com novas soluções tecnológicas.  

O cenário industrial para os próximos anos

A atualização dos protocolos de comunicação estabelece a base necessária para a adoção das tecnologias emergentes que transformarão a gestão industrial nos próximos anos. O crescimento do mercado global de comunicação industrial, projetado para evoluir de US$ 23,94 bilhões em 2025 para US$ 40,14 bilhões até 2034, evidencia que os investimentos em infraestrutura de rede continuam no centro das estratégias corporativas.  

No âmbito da segurança cibernética, a conformidade com a norma IEC 62443 se torna indispensável à medida que a conectividade se expande. A norma define Níveis de Segurança (Security Levels – SL), que variam do SL 1 (proteção contra acessos casuais ou não intencionais) ao SL 4 (proteção contra ataques sofisticados de alta complexidade). A migração para protocolos modernos permite implementar mecanismos de proteção como criptografia de tráfego via TLS/SSL, autenticação por certificados digitais e monitoramento contínuo de anomalias na rede.  

Learn more: Por que analisar riscos é o primeiro passo para proteger sua planta

O processo de migração na automação industrial não deve ser visto como um projeto de substituição radical, mas como uma evolução natural e contínua da infraestrutura tecnológica da fábrica. O avanço rumo à digitalização é totalmente viável em plantas industriais de qualquer porte, desde que conduzido de forma planejada, gradual e orientada aos objetivos do negócio.