Arquitetura de coleta de dados de chão de fábrica com MQTT e séries temporais

Coletar dados de chão de fábrica é simples até o primeiro incidente de rede. Esta é a arquitetura de referência que usamos quando a exigência é continuidade, e não demonstração.

Topologia em quatro camadas

CLP / sensores
   │  OPC UA, Modbus TCP, seriais
   ▼
Gateway de borda (buffer local)
   │  MQTT / Sparkplug B, TLS
   ▼
Broker MQTT (cluster)
   │  ingestão
   ▼
Banco de séries temporais  →  API  →  Dashboards e alertas

A camada de borda é a que evita perda de dados. Ela mantém um buffer em disco e reenvia quando o enlace volta — sem isso, toda queda de link vira lacuna permanente no histórico.

Modelagem de tópicos

Tópicos improvisados envelhecem mal. Adote uma hierarquia estável desde o primeiro dia:

planta/linha/celula/equipamento/metrica
ex: itu/linha-03/celula-a/prensa-12/temperatura

• Use apenas minúsculas, sem acento e sem espaço.
• Nunca coloque unidade ou tipo de dado no tópico — isso vai no payload.
• Reserve um nível para versão de contrato quando o payload puder evoluir.

Se o parque for heterogêneo, Sparkplug B resolve descoberta de dispositivos, nascimento/morte de sessão e tipagem de métricas, ao custo de um payload binário e de ferramentas de depuração menos triviais.

Qualidade de serviço e ordenação

QoS 1 com deduplicação por chave de idempotência costuma custar menos que QoS 2 em throughput.

Escrita no banco de séries temporais

Alguns cuidados que evitam reescrever a ingestão seis meses depois:

1. 1.Escreva em lote. Agrupe por janela de 1 a 5 segundos; inserções unitárias derrubam o desempenho.
2. 2.Cardinalidade é o inimigo. Não use identificador de lote ou de ordem de produção como tag; guarde como campo.
3. 3.Defina retenção por resolução. Bruto por 30 dias, agregado de 1 minuto por 1 ano, de 1 hora indefinidamente.
4. 4.Carimbe o tempo na borda. O relógio do servidor de ingestão não representa o instante da medição.

Observabilidade da própria coleta

Monitore a pipeline como se fosse um equipamento: latência entre carimbo de origem e gravação, taxa de reenvio do buffer, contagem de dispositivos em estado de morte Sparkplug e crescimento de cardinalidade. Um pipeline silencioso não é um pipeline saudável — é um pipeline sem instrumentação.

Conclusão

A parte difícil da telemetria industrial não é publicar a primeira métrica: é manter cinco anos de histórico coerente enquanto a planta muda. Buffer na borda, hierarquia de tópicos estável, controle de cardinalidade e política de retenção explícita resolvem a maior parte disso antes que vire dívida.