Monitorização via internet de processos industriais controlados com autómatos programáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Multifunctional controller architecture for sold-state marx modulator based on FPGA

This paper proposes a multifunctional architecture to implement field-programmable gate array (FPGA) controllers for power converters and presents a prototype for a pulsed power generator based on a solid-state Marx topology. The massively parallel nature of reconfigurable hardware platforms provides very high processing power and fast response times allowing the implementation of many subsystems in the same device. The prototype includes the controller, a failure detection system, an interface with a safety/emergency subsystem, a graphical user interface, and a virtual oscilloscope to visualize the generated pulse waveforms, using a single FPGA. The proposed architecture employs a modular design that can be easily adapted to other power converter topologies.

An internet remote laboratory to teach industrial automation

This paper presents the new internet remote laboratory (IRL), constructed at Mechanical Engineering Department (MED), Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (ISEL), to teach Industrial Automation, namely electropneumatic cycles. The aim of this work was the development and implementation of a remote laboratory that was simple and effective from the user point of view, allowing access to all its functionalities through a web browser without having to install any other program and giving access to all the features that the students can find at the physical laboratory. With this goal in mind, it has been implemented a simple architecture with the new programmable logic controller (PLC) SIEMENS S7-1200, and with the aid of several free programs, programming technologies such as JavaScript, PHP and databases, it was possible to have a remote laboratory, with a simple interface, to teach industrial automation students.

Controlo de conversores de potência genéricos por FPGA

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica Ramo de Automação e Eletrónica Industrial

Network air gap controller

As ameaças à segurança da informação, (INFOSEC) atentam contra a perda da respectiva confidencialidade, integridade e disponibilidade, pelo que as organizações são impelidas a implementar políticas de segurança, quer ao nível físico quer ao nível lógico, utilizando mecanismos específicos de defesa. O projecto Network Air Gap Controller (NAGC) foi concebido no sentido de contribuir para as questões da segurança, designadamente daquelas que se relacionam directamente com a transferência de informação entre redes de classificação de segurança diferenciadas ou de sensibilidades distintas, sem requisitos de comunicação em tempo real, e que mereçam um maior empenho nas condições de robustez, de disponibilidade e de controlo. Os organismos que, em razão das atribuições e competências cometidas, necessitam de fazer fluir informação entre este tipo de redes, são por vezes obrigados a realizar a transferência de dados com recurso a um processo manual, efectuado pelo homem e não pela máquina, que envolve dispositivos amovivéis, como sejam o CD, DVD, PEN, discos externos ou switches manuais. Neste processo, vulgarmente designado por Network Air Gap (NAG), o responsável pela transferência de dados deverá assumir de forma infalível, como atribuições intrínsecas e inalienáveis da função exercida, as garantias do cumprimento de um vasto conjunto de normas regulamentares. As regras estabelecidas desdobram-se em ferramentas e procedimentos que se destinam, por exemplo, à guarda em arquivo de todas as transferências efectuadas; à utilização de ferramentas de segurança (ex: antivírus) antes da colocação da informação na rede de classificação mais elevada; ao não consentimento de transferência de determinados tipos de ficheiro (ex: executáveis) e à garantia de que, em consonância com a autonomia que normalmente é delegada no elemento responsável pela operação das comunicações, apenas se efectuam transferências de informação no sentido da rede de classificação inferior para a rede de classificação mais elevada. Face ao valor da informação e do impacto na imagem deste tipo de organizações, o operador de comunicações que não cumpra escrupulosamente o determinado é inexoravelmente afastado dessas funções, sendo que o processo de apuramento de responsabilidades nem sempre poderá determinar de forma inequívoca se as razões apontam para um acto deliberado ou para factores não intencionais, como a inépcia, o descuido ou a fadiga. Na realidade, as actividades periódicas e rotineiras, tornam o homem propenso à falha e poderão ser incontornavelmente asseguradas, sem qualquer tipo de constrangimentos ou diminuição de garantias, por soluções tecnológicas, desde que devidamente parametrizadas, adaptadas, testadas e amadurecidas, libertando os recursos humanos para tarefas de manutenção, gestão, controlo e inspecção. Acresce que, para este tipo de organizações, onde se multiplicam o número de redes de entrada de informação, com diferentes classificações e actores distintos, e com destinatários específicos, a utilização deste tipo de mecanismos assume uma importância capital. Devido a este factor multiplicativo, impõe-se que o NAGC represente uma opção válida em termos de oferta tecnológica, designadamente para uma gama de produtos de baixíssimo custo e que possa desenvolver-se por camadas de contributo complementar, em função das reais necessidades de cada cenário.

Automação e controlo de um sistema de armazenamento de bicicletas

A crescente procura da bicicleta como meio de transporte alternativo torna relevante a criação e desenvolvimento de infra-estruturas de apoio, tais como ciclovias e parques para bicicletas. Os sistemas tradicionais de parqueamento de bicicletas com recurso a correntes e cadeados não fornecem segurança nem comodidade. No entanto, começam a surgir, em várias cidades do mundo, parque automáticos onde é possível guardar uma bicicleta em segurança, protegendo-a quer das intempéries quer de actos de vandalismo. Este trabalho apresenta uma proposta para um parque automático de armazenamento de bicicletas, com recurso a caixas individualizadas que garantem a sua segurança, e também de outros bens que podem ser guardados junto da mesma, como por exemplo um capacete ou uma mochila. O sistema proposto no âmbito deste trabalho é um complemento às alternativas existentes. As vantagens apresentadas pelo sistema proposto são: a sua construção modular e personalizada; e a possibilidade de instalação num terreno plano, sem recurso a obras de construção civil. O objectivo foi criar um projecto de automação e controlo de um protótipo, com base na proposta apresentada. O projecto de automação e controlo engloba a escolha dos sensores e dos actuadores. Para o dimensionamento dos motores foi necessário recorrer a um cálculo simplificado da estrutura do robô manipulador. Foi feita a escolha dos sensores, actuadores e do controlador com base nos requisitos funcionais. A programação foi desenvolvida numa linguagem normalizada. O modelo desenvolvido poderá servir de base para um projecto multidisciplinar entre vários departamentos do Instituto e dessa cooperação poderá surgir um novo projecto optimizado para produção e de menor custo.

Scheduling of head-dependent cascaded hydro systems: Mixed-integer quadratic programming approach

This paper is on the problem of short-term hydro, scheduling, particularly concerning head-dependent cascaded hydro systems. We propose a novel mixed-integer quadratic programming approach, considering not only head-dependency, but also discontinuous operating regions and discharge ramping constraints. Thus, an enhanced short-term hydro scheduling is provided due to the more realistic modeling presented in this paper. Numerical results from two case studies, based on Portuguese cascaded hydro systems, illustrate the proficiency of the proposed approach.

Study on influence of the new CoDeSys V3.0 on the existing CoDeSys discipline of the Mind8 Engineering Center

CoDeSys "Controller Development Systems" is a development environment for programming in the area of automation controllers. It is an open source solution completely in line with the international industrial standard IEC 61131-3. All five programming languages for application programming as defined in IEC 61131-3 are available in the development environment. These features give professionals greater flexibility with regard to programming and allow control engineers have the ability to program for many different applications in the languages in which they feel most comfortable. Over 200 manufacturers of devices from different industrial sectors offer intelligent automation devices with a CoDeSys programming interface. In 2006, version 3 was released with new updates and tools. One of the great innovations of the new version of CoDeSys is object oriented programming. Object oriented programming (OOP) offers great advantages to the user for example when wanting to reuse existing parts of the application or when working on one application with several developers. For this reuse can be prepared a source code with several well known parts and this is automatically generated where necessary in a project, users can improve then the time/cost/quality management. Until now in version 2 it was necessary to have hardware interface called “Eni-Server” to have access to the generated XML code. Another of the novelties of the new version is a tool called Export PLCopenXML. This tool makes it possible to export the open XML code without the need of specific hardware. This type of code has own requisites to be able to comply with the standard described above. With XML code and with the knowledge how it works it is possible to do component-oriented development of machines with modular programming in an easy way. Eplan Engineering Center (EEC) is a software tool developed by Mind8 GmbH & Co. KG that allows configuring and generating automation projects. Therefore it uses modules of PLC code. The EEC already has a library to generate code for CoDeSys version 2. For version 3 and the constant innovation of drivers by manufacturers, it is necessary to implement a new library in this software. Therefore it is important to study the XML export to be then able to design any type of machine. The purpose of this master thesis is to study the new version of the CoDeSys XML taking into account all aspects and impact on the existing CoDeSys V2 models and libraries in the company Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH. For achieve this goal a small sample named “Traffic light” in CoDeSys version 2 will be done and then, using the tools of the new version it there will be a project with version 3 and also the EEC implementation for the automatically generated code.

A Sensorless PMDC Motor Speed Controller with a Logical Overcurrent Protection

A method to control the speed or the torque of a permanent-magnet direct current motor is presented. The rotor speed and the external torque estimation are simultaneously provided by appropriate observers. The sensorless control scheme is based on current measurement and switching states of power devices. The observer’s performances are dependent on the accurate machine parameters knowledge. Sliding mode control approach was adopted for drive control, providing the suitable switching states to the chopper power devices. Despite the predictable chattering, a convenient first order switching function was considered enough to define the sliding surface and to correspond with the desired control specifications and drive performance. The experimental implementation was supported on a single dsPIC and the controller includes a logic overcurrent protection.

Projecto dum laboratório remoto para automação de processos industriais

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

A biosignal embedded system for physiological computing

Thesis submitted in the fulfilment of the requirements for the Degree of Master in Electronic and Telecomunications Engineering

Sistema de reconhecimento de impressões digitais baseado em FPGA

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Telecomunicações

A stochastic programming approach for the development of offering strategies for a wind power producer

A stochastic programming approach is proposed in this paper for the development of offering strategies for a wind power producer. The optimization model is characterized by making the analysis of several scenarios and treating simultaneously two kinds of uncertainty: wind power and electricity market prices. The approach developed allows evaluating alternative production and offers strategies to submit to the electricity market with the ultimate goal of maximizing profits. An innovative comparative study is provided, where the imbalances are treated differently. Also, an application to two new realistic case studies is presented. Finally, conclusions are duly drawn.

Consumer energy management system with integration of smart meters

This paper develops an energy management system with integration of smart meters for electricity consumers in a smart grid context. The integration of two types of smart meters (SM) are developed: (i) consumer owned SM and (ii) distributor owned SM. The consumer owned SM runs over a wireless platform - ZigBee protocol and the distributor owned SM uses the wired environment - ModBus protocol. The SM are connected to a SCADA system (Supervisory Control And Data Acquisition) that supervises a network of Programmable Logic Controllers (PLC). The SCADA system/PLC network integrates different types of information coming from several technologies present in modern buildings. The developed control strategy implements a hierarchical cascade controller where inner loops are performed by local PLCs, and the outer loop is managed by a centralized SCADA system, which interacts with the entire local PLC network. In order to implement advanced controllers, a communication channel was developed to allow the communication between the SCADA system and the MATLAB software. (C) 2014 The Authors. Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

Performance assessment of a wind energy conversion system using a hierarchical controller structure

This paper deals with a hierarchical structure composed by an event-based supervisor in a higher level and two distinct proportional integral (PI) controllers in a lower level. The controllers are applied to a variable speed wind energy conversion system with doubly-fed induction generator, namely, the fuzzy PI control and the fractional-order PI control. The event-based supervisor analyses the operation state of the wind energy conversion system among four possible operational states: park, start-up, generating or brake and sends the operation state to the controllers in the lower level. In start-up state, the controllers only act on electric torque while pitch angle is equal to zero. In generating state, the controllers must act on the pitch angle of the blades in order to maintain the electric power around the nominal value, thus ensuring that the safety conditions required for integration in the electric grid are met. Comparisons between fuzzy PI and fractional-order PI pitch controllers applied to a wind turbine benchmark model are given and simulation results by Matlab/Simulink are shown. From the results regarding the closed loop point of view, fuzzy PI controller allows a smoother response at the expense of larger number of variations of the pitch angle, implying frequent switches between operational states. On the other hand fractional-order PI controller allows an oscillatory response with less control effort, reducing switches between operational states. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.