Framework orientado a objetos para o desenvolvimento de aplicações de automação predial e residencial

O crescente aumento pela exigência de funcionalidades na implementação dos atuais sistemas de automação predial, vem provocando um aumento da complexidade de projeto e de gerenciamento desses sistemas. O grande desafio que se apresenta atualmente é como, a partir de dispositivos isolados e subsistemas, conseguir sistemas totalmente integrados, os quais permitam economia no investimento inicial, na operação e na manutenção dos sistemas de automação, garantindo um aumento no desempenho geral da edificação Acredita-se que uma etapa importante para avaliar a real necessidade da integração seja projetar o sistema de automação sem foco em uma tecnologia específica, o que não ocorre atualmente, uma vez que, pela carência de ferramentas de apoio ao projeto, as etapas de especificação e projeto geralmente já estão focadas em uma tecnologia disponível para implementação. Este trabalho busca preencher a lacuna deixada pela carência dessas ferramentas, tendo por finalidade a especificação de um framework orientado a objetos para o desenvolvimento de aplicações de automação predial e residencial que permita modelar estes sistemas de forma independente da tecnologia que ele irá utilizar, possibilitando o mapeamento posterior para a mais adequada ou disponível. Serviram como base para o framework proposto a análise de vários padrões abertos disponíveis para implementação de sistemas de automação predial e a especificação ISO/IEC10746, o modelo de referência para processamento distribuído aberto, usado como suporte a metodologia de projeto proposta. O trabalho também discute o mapeamento dos conceitos definidos para uma arquitetura alvo, apresentado um estudo de caso para validação da metodologia proposta.

Aplicação de um sistema robótico utilizando recursos de sistemas CAD/CAM para o processo de fresamento

Sistemas produtivos industriais podem combinar, em células de manufatura, diferentes características de automação de processos permitindo interfaceamento e possibilitando a flexibilização e otimização da manufatura. Nos processos de fabricação, as dificuldades para a execução de processos de usinagem convencional ou mesmo através de comando numérico, quando se dispõe de máquinas adequadas para a fabricação de peças de geometrias complexas, podem limitar a criatividade, bem como dificultar o desenvolvimento do processo produtivo de forma otimizada. As dificuldades encontradas vão desde fixação das peças, necessidades de dispositivos especiais, restrições nos volumes de trabalho de máquinas CNC e mesmo a geração de trajetórias complexas para máquinas com limitações de eixos. Este trabalho propõe uma metodologia alternativa para usinagem, especialmente fresamento, com desenvolvimento de um algoritmo capaz de, através da utilização de recursos de sistemas CAD/CAM, traduzir arquivos gráficos para uma linguagem de programação utilizada em robôs. Na aplicação utilizam-se recursos dos sistemas CAD/CAM para gerar, numa primeira etapa, o código de programação para máquinas-ferramenta de comando numérico e posterior adaptação, para aplicação em sistemas robóticos. Informações de caminhos de ferramenta para usinagem em máquinas CNC são convertidos, através de uma interface computacional, em trajetórias a serem seguidas por uma ferramenta guiada por um manipulador de robô industrial. Os parâmetros de processo são também adequados as restrições dos sistemas robotizados. A viabilidade do sistema proposto é confirmada através de testes realizados em modelos de superfícies complexas, onde o objetivo do referido trabalho foi alcançado.

Arquitetura, automação e sustentabilidade

Este trabalho é uma contribuição para o estudo da relação da tecnologia da automação em sistemas prediais e a arquitetura nas últimas décadas do século XX e início do século XXI. Focado no uso dessa tecnologia em edificações comerciais, nos seus diversos aspectos e vertentes, o trabalho procura identificar as facetas positivas dessa relação e possíveis traços de inter-dependência. Além disso, busca analisar o pensamento arquitetônico corrente nesse período e a gênese de conceitos correlatos, como o referente aos chamados “Edifícios Inteligentes” e “Edifícios de Alta Tecnologia”. O texto pretende ser um elemento de conscientização para a prevenção de resultados insatisfatórios e suas conseqüências ambientais, oriundos dessa concepção ideológica que preconiza a tecnologia como força de mudanças. Pretende mostrar que a arquitetura tenta, e deve, recuperar valores como o entorno, o urbano, a consciência social e ecológica; valores esses que estão muito além do simples uso da tecnologia. Assim, o exame das características da tecnologia da automação como ferramenta na busca do desenvolvimento sustentável permite uma nova visão de sua relação com a arquitetura, necessária para justificar sua utilização. Longe de pretender apontar uma solução definitiva e única, pois certamente são muitas, deseja-se mostrar o quão danosa pode ser a relação automação/arquitetura, quando esta última é suprimida por equipamentos de alta tecnologia. Deste modo, pretende-se indicar, senão o rumo exato, ao menos a direção para que edifícios realmente inteligentes possam vir integrar a realidade arquitetônica no cenário nacional.

Informática: fator de mudanças na organização, métodos, informação e sistemas (O&M - I&S) dos recursos humanos nas empresas no Brasil

Este trabalho tem por objetivo estudar os processos de mudanças nos ambientes interno e externo de RECURSOS HUMANOS (sub-divididos em Unidades de Análise - UNAN - especificas, sob os aspectos de Organização, Métodos, Informação e Sistemas ou, simplesmente, O & M -I & S, provocadas pela INFORMÁTICA, na esfera empresarial brasileira. Especificamente, foi realizada uma pesquisa de caráter exploratório junto ao principal responsável pela área de RECURSOS HUMANOS das empresas, que devería, por sua vez, e se quisesse, solicitar a colaboração íntima do profissional responsável pelas políticas de INFORMÁTICA. Em alguns casos os pontos de vista desses profissionais e a visão perceptiva do futuro foram tão conflitantes que resultaram em dois posicionamentos para uma mesma empresa, enriquecendo ainda mais a pesquisa. Em outros momentos o pesquisador atuou como entrevistador, obtendo as colocações reais dos respondentes, fator de uma maior confiabilidade para as réplicas obtidas. O ponto de partida desta tese é o pressuposto de que existiria uma relação intima e uma vinculação subjacente, entre, por um lado as teorias administrativas em geral com as suas inúmeras variáveis (em particular, a sistêmica) e, de outro lado, a epistemologia cibernética, ambas procurando tratar da Organização e dos Métodos de análise e engenharia de manipulação das Informações e estruturação dos Sistemas (OMIS) de uma forma disciplinada e bem pensada. Em resumo, considerando de uma forma ingênua, trata-se do estudo do comportamental versus o instrumental e o que este ocasionou naquele, num período de 20 anos (1980/2000), nos ambientes interno (Ai) e externo (Ae) da Empresa. Os resultados obtidos, bem como os pedidos de profissionais que desejavam participar da pesquisa por dela terem conhecimento através de terceiros, indicaram a crescente consideração por esta forma de estudo, o interesse pelo assunto e, principalmente, o reconhecimento do papel de uma Universidade na criação, desenvolvimento e manutenção de uma consciência comunitária, onde a Empresa desempenha um papel de extrema importância para uma melhor qualidade de vida dos RECURSOS HUMANOS em geral, através da INFORMÁTICA.

Localização de faltas de alta impedância em sistemas de distribuição de energia : uma metodologia baseada em redes neurais artificiais

O presente trabalho apresenta uma nova metodologia de localização de faltas em sistemas de distribuição de energia. O esquema proposto é capaz de obter uma estimativa precisa da localização tanto de faltas sólidas e lineares quanto de faltas de alta impedância. Esta última classe de faltas representa um grande problema para as concessionárias distribuidoras de energia elétrica, uma vez que seus efeitos nem sempre são detectados pelos dispositivos de proteção utilizados. Os algoritmos de localização de faltas normalmente presentes em relés de proteção digitais são formulados para faltas sólidas ou com baixa resistência de falta. Sendo assim, sua aplicação para localização de faltas de alta impedância resulta em estimativas errôneas da distância de falta. A metodologia proposta visa superar esta deficiência dos algoritmos de localização tradicionais através da criação de um algoritmo baseado em redes neurais artificiais que poderá ser adicionado como uma rotina adicional de um relé de proteção digital. O esquema proposto utiliza dados oscilográficos pré e pós-falta que são processados de modo que sua localização possa ser estimada através de um conjunto de características extraídas dos sinais de tensão e corrente. Este conjunto de características é classificado pelas redes neurais artificiais de cuja saída resulta um valor relativo a distância de falta. Além da metodologia proposta, duas metodologias para localização de faltas foram implementadas, possibilitando a obtenção de resultados comparativos. Os dados de falta necessários foram obtidos através de centenas de simulações computacionais de um modelo de alimentador radial de distribuição. Os resultados obtidos demonstram a viabilidade do uso da metodologia proposta para localização de faltas em sistemas de distribuição de energia, especialmente faltas de alta impedância.

Design e gestão de sistemas, robótica, redes e médias interativos

Este relatório pretende ilustrar a experiência profissional obtida, principalmente após a conclusão, em 1998, da Licenciatura em Engenharia de Sistemas e Computadores na Universidade da Madeira. Esta experiência circunscreve-se à proficiência nas áreas de redes de comunicação de dados, automação e robótica e desenvolvimento de média interativos (tanto na vertente de CD-ROMs como orientado à Internet). Embora também disponha de experiência no ensino destas áreas citadas, foram privilegiados os projetos com uma relevância mais técnica atendendo à natureza deste mestrado. Sendo assim, são apresentadas nestas quatro áreas primeiro uma descrição dos projetos realizados no âmbito do percurso profissional, para depois descrever uma implementação (relativa a cada área) utilizando uma metodologia científica que fora alvo de estudo na componente letiva deste mestrado, salientando as virtudes e defeitos de ambas as abordagens e comparando os resultados obtidos. Em síntese, é analisado o projeto de gestão de sistemas de redes das Escolas Secundárias Francisco Franco e Jaime Moniz (no âmbito do desempenho das funções de Diretor das Instalações Informáticas em ambas as instituições) culminando numa proposta de implementação utilizando equipamentos da Cisco; é analisado o projeto de CD-ROM sobre a Reserva Natural das Ilhas Desertas para depois completar um jogo educativo utilizando uma metodologia científica de Game Design; são descritos os websites desenvolvidos (com especial ênfase nos realizados enquanto técnico superior de informática na Secretaria Regional do Ambiente e dos Recursos Naturais) para concluir com uma proposta de implementação de um sistema de marcação de reuniões orientado para a Cloud; finalmente, é descrito a utilização dos kits Lego Mindstorms para o ensino da programação, propondo uma implementação de baixo custo (alternativa) baseada num Raspberry Pi e componentes acessórios (tanto estandardizados como construídos com uma RepRap). Em suma, é contraposto o rigor e método do ensino académico com o pragmatismo e metas de produtividade exigidas no mercado de trabalho.

GreenEnergy: produção de energia eléctrica a partir de fontes de energia renovável para sistemas de microprodução

O uso de energias renováveis está cada vez mais presente no nosso quotidiano. A forte aposta por parte de várias empresas, grupos privados e habitações domésticas na produção de energia renovável tem vindo a crescer bastante nos últimos anos, porque além de ser uma energia limpa, é economicamente vantajosa. No âmbito residencial na Ilha da Madeira, tem havido um grande crescimento na microprodução de energia fotovoltaica. Para que se consiga converter energia garantindo os critérios e qualidade da energia elétrica maximizando a eficiência são necessários conversores eletrónicos de potência, responsáveis pela conversão e gestão da energia produzida a partir de uma fonte de energia renovável e conversão para a REE (Rede Elétrica de Energia). A oferta de soluções na área tem vindo a aumentar com o aumento dos pedidos do mercado, existindo cada vez mais concorrência, devido ao surgimento de sistemas mais compactos e eficientes. Neste trabalho é desenvolvido um sistema para microprodução de energia renovável, através de uma ou mais fontes de energia, de maneira a que este seja compacto e eficiente, além de adicionar várias soluções a nível de software (automatismos) de maneira a aumentar as funções do sistema sem utilizar hardware adicional. Apresentam-se também resultados de simulação de maneira a demonstrar todas as funcionalidades do sistema. Conseguiu-se demonstrar que é possível melhorar o rendimento, qualidade de energia e diminuir os custos dos sistemas de conversão de energia utilizando software, mantendo o hardware do sistema. Além das melhorias no sistema que o software permite, conseguiu-se adicionar novos modos de funcionamento ao sistema utilizando automatismos.

Implementação de sistemas eólicos para redes de sensores sem fios

O trabalho tem por objetivo principal estudar a utilização de aerogeradores para microprodução de energia (menor que 1 W) de forma a poderem alimentar os nós das redes de sensores sem fios. Para tal, analisaram-se dois tipos de aerogeradores, os de eixo vertical e os de eixo horizontal, tendo-se efetuado simulações de CFD (Computational Fluid Dynamics) para verificar o desempenho das turbinas, de forma a determinar qual é o mais adequado. Foi realizado o projeto dos dois sistemas e analisou-se em particular as turbinas, os geradores e os conversores de potência de forma a avaliar o desempenho. Efetuaram-se simulações para determinar o comportamento esperado e posteriormente realizaram-se as medições experimentais num túnel de vento, tendo-se concluído que, para a dimensão dos aerogeradores desenvolvidos, o sistema vertical produz mais potência que o de eixo horizontal para velocidades de vento inferiores a 4,5 m/s e tem a grande vantagem de não ser significativamente afetado pela turbulência do vento. No entanto, o sistema de eixo horizontal é sempre mais eficiente para qualquer velocidade de vento, devido ao seu coeficiente de potência ser sempre superior ao do sistema vertical. Também se comparou o desempenho do conversor DC-DC redutor-elevador inversor com o elevador tendo-se determinado que o segundo apresenta melhor desempenho, na gama de valores de tensão utilizados no trabalho. Por fim implementaram-se os sistemas em ambiente real de forma a verificar como se comportam quando estão expostos aos elementos com a velocidade e a direção do vento a variar. Concluiu-se que mesmo com ventos fracos a potência produzida é suficiente para carregar uma bateria de 3,6 V (tensão nominal) e alimentar a carga, pelo que o uso de energia eólica é uma boa alternativa à energia fotovoltaica.

Mathematical analysis of maximum power generated by photovoltaic systems and fitting curves for standard test conditions

The rural electrification is characterized by geographical dispersion of the population, low consumption, high investment by consumers and high cost. Moreover, solar radiation constitutes an inexhaustible source of energy and in its conversion into electricity photovoltaic panels are used. In this study, equations were adjusted to field conditions presented by the manufacturer for current and power of small photovoltaic systems. The mathematical analysis was performed on the photovoltaic rural system I- 100 from ISOFOTON, with power 300 Wp, located at the Experimental Farm Lageado of FCA/UNESP. For the development of such equations, the circuitry of photovoltaic cells has been studied to apply iterative numerical methods for the determination of electrical parameters and possible errors in the appropriate equations in the literature to reality. Therefore, a simulation of a photovoltaic panel was proposed through mathematical equations that were adjusted according to the data of local radiation. The results have presented equations that provide real answers to the user and may assist in the design of these systems, once calculated that the maximum power limit ensures a supply of energy generated. This real sizing helps establishing the possible applications of solar energy to the rural producer and informing the real possibilities of generating electricity from the sun.

Avaliação de semeadora-adubadora de precisão trabalhando em três sistemas de preparo do solo

Avaliou-se uma semeadora-adubadora de precisão com quatro linhas, na cultura do milho (Zea mays L.), trabalhando em Latossolo Vermelho-Escuro eutrófico, A moderado, textura argilosa. As parcelas experimentais foram dispostas em blocos casualizados, com quatro repetições, em esquema fatorial 3 x 3, totalizando 36 observações. Os fatores foram dados pelos sistemas de preparo do solo (convencional, plantio direto e reduzido) e pelas marchas do trator (3ª reduzida alta, 4ª reduzida baixa e 4ª reduzida alta). Foram analisadas as variáveis velocidade de deslocamento, queda de velocidade, força de tração e potência na barra, consumo de combustível, rotação do motor e patinagem média dos rodados do trator. Os resultados mostraram que a operação de semeadura em solo sob preparo reduzido apresentou maior consumo de combustível, menor velocidade de deslocamento, menor capacidade de campo efetiva e maior patinagem.

Protocolo multiciclos para automação hospitalar sobre Multicast com IEEE 802.3 utilizando

The concepts of the industrial automation are being incorporated in the medical area, in other words, they also pass to be applied in the hospital automation. In this sense, researches have been developed and have usually been approached several of the problems that are pertinent to the processes that can be automated in the hospital environment. Considering that in the automation processes, an imperative factor is the communication, because the systems are usually distributed, the network for data transference becomes itself an important point in these processes. Because this network should be capable to provide the exchange of data and to guarantee the demands that are imposed by the automation process. In this context, this doctorate thesis proposed, specified, analyzed and validated the Multicycles Protocol for Hospital Automation (MP-HA), which is customized to assist the demands in these automation processes, seeking to guarantee the determinism in the communications and to optimize the factor of use of the mean of transmission

Sistema de detecção e isolamento de falhas em sistemas dinâmicos baseado em identificação paramétrica

The present research aims at contributing to the area of detection and diagnosis of failure through the proposal of a new system architecture of detection and isolation of failures (FDI, Fault Detection and Isolation). The proposed architecture presents innovations related to the way the physical values monitored are linked to the FDI system and, as a consequence, the way the failures are detected, isolated and classified. A search for mathematical tools able to satisfy the objectives of the proposed architecture has pointed at the use of the Kalman Filter and its derivatives EKF (Extended Kalman Filter) and UKF (Unscented Kalman Filter). The use of the first one is efficient when the monitored process presents a linear relation among its physical values to be monitored and its out-put. The other two are proficient in case this dynamics is no-linear. After that, a short comparative of features and abilities in the context of failure detection concludes that the UFK system is a better alternative than the EKF one to compose the architecture of the FDI system proposed in case of processes of no-linear dynamics. The results shown in the end of the research refer to the linear and no-linear industrial processes. The efficiency of the proposed architecture may be observed since it has been applied to simulated and real processes. To conclude, the contributions of this thesis are found in the end of the text

Group Sequential Communication (GSC): Especificação e Análise de Desempenho de umMecanismo de Comunicação de Tempo Real Compatível ao Padrão IEEE 802.11/11e Aplicado à Automação Industrial

This thesis proposes the specification and performance analysis of a real-time communication mechanism for IEEE 802.11/11e standard. This approach is called Group Sequential Communication (GSC). The GSC has a better performance for dealing with small data packets when compared to the HCCA mechanism by adopting a decentralized medium access control using a publish/subscribe communication scheme. The main objective of the thesis is the HCCA overhead reduction of the Polling, ACK and QoS Null frames exchanged between the Hybrid Coordinator and the polled stations. The GSC eliminates the polling scheme used by HCCA scheduling algorithm by using a Virtual Token Passing procedure among members of the real-time group to whom a high-priority and sequential access to communication medium is granted. In order to improve the reliability of the mechanism proposed into a noisy channel, it is presented an error recovery scheme called second chance algorithm. This scheme is based on block acknowledgment strategy where there is a possibility of retransmitting when missing real-time messages. Thus, the GSC mechanism maintains the real-time traffic across many IEEE 802.11/11e devices, optimized bandwidth usage and minimal delay variation for data packets in the wireless network. For validation purpose of the communication scheme, the GSC and HCCA mechanisms have been implemented in network simulation software developed in C/C++ and their performance results were compared. The experiments show the efficiency of the GSC mechanism, especially in industrial communication scenarios.