Projecto dum laboratório remoto para automação de processos industriais

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

Monitorização via internet de processos industriais controlados com autómatos programáveis

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

Sistemas de supervisão e controlo de autómatos: soluções baseadas em OPC E IEC 60870-5-104

Atualmente, no segmento metro-ferroviário, há uma tendência para que todos os equipamentos que constituem os sistemas auxiliares de uma estação (escadas mecânicas, elevadores, bloqueadores, validadores de bilhética, ventiladores, bombas, entre outros) sejam dotados de inteligência. Tipicamente, um conjunto de equipamentos são ligados a um autómato que permite o controlo local e remoto e é vulgar que, sendo de fabricantes diferentes, suportem tecnologias distintas. Um sistema de supervisão que permita o acesso à informação disponibilizada por cada um dos autómatos, ou à atuação sobre um deles, terá por isso que implementar e suportar diversos protocolos de comunicação de forma a não ficar limitado a um tipo de tecnologia. De forma a diminuir os custos de desenvolvimento e operação de um sistema de supervisão e controlo e facilitar a integração de novos equipamentos, com diferentes características, têm sido procuradas soluções que garantam uma mais fácil comunicação entre os diversos módulos intervenientes. Nesta dissertação são implementadas soluções baseadas em clientes OPC-DA e OPC-AE e no protocolo IEC 60870-5-104, permitindo que os sistemas de supervisão e de controlo comuniquem com os equipamentos através destes três módulos. Os principais aspectos inovadores estão associados à implementação de uma arquitetura multiprotocolo usando as novas tendências de supervisão e controlo baseadas em soluções distribuídas.

Controlo de conversores de potência genéricos por FPGA

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

FPGA-based architecture for hyperspectral unmixing

This paper proposes an FPGA-based architecture for onboard hyperspectral unmixing. This method based on the Vertex Component Analysis (VCA) has several advantages, namely it is unsupervised, fully automatic, and it works without dimensionality reduction (DR) pre-processing step. The architecture has been designed for a low cost Xilinx Zynq board with a Zynq-7020 SoC FPGA based on the Artix-7 FPGA programmable logic and tested using real hyperspectral datasets. Experimental results indicate that the proposed implementation can achieve real-time processing, while maintaining the methods accuracy, which indicate the potential of the proposed platform to implement high-performance, low cost embedded systems.

Reconfiguração e desenvolvimento do sistema de controlo de um AGV

O veículo guiado automaticamente (AGV) adquirido pelo Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) tem vindo a ficar obsoleto devido ao hardware, que nos dias de hoje começa a dar sinais de falhas bem como falta de peças de substituição, e ao software, sendo o PLC (Programmable Logic Controller) usado muito limitado quanto às suas funções de controlo, ficando as principais tarefas de controlo do AGV a cargo de placas eletrónicas de controlo. Para promover o controlo autónomo do AGV, foi decidido retirar toda a parte de hardware que detinha o controlo do mesmo e passou a ser um novo PLC, com maior capacidade de processamento, a executar todo o tipo de controlo necessário ao funcionamento do mesmo. O hardware considerado apenas incluí, de forma resumida, os motores responsáveis pelo movimento e direção, placa de controlo de potência dos motores, placa de interface entre as saídas digitais do PLC e as entradas da placa de controlo de potência dos motores e os demais sensores necessários à deteção de obstáculos, fins de curso da direção, sensores dos postos de trabalho e avisadores de emergência. Todo o controlo de movimento e direção bem como a seleção das ações a executar passou a ficar a cargo do software programado no PLC assim como a interação entre o sistema de supervisão instalado num posto de controlo e o PLC através de comunicação via rádio. O uso do PLC permitiu a flexibilidade de mudar facilmente a forma como as saídas digitais são usadas, ao contrário de um circuito eletrónico que necessita de uma completa remodelação, tempo de testes e implementação para efetuar a mesma função. O uso de um microcontrolador seria igualmente viável para a aplicação em causa, no entanto o uso do PLC tem a vantagem de ser robusto, mais rápido na velocidade de processamento, existência de software de interface de programação bastante intuitivo e de livre acesso, facilidade de alterar a programação localmente ou remotamente, via rádio, acesso a vários protocolos de comunicação robustos como Modbus, Canbus, Profinet, Modnet, etc., e acesso integrado de uma consola gráfica totalmente programável. iv É ainda possível a sua expansão com adição de módulos de entradas e saídas digitais e/ou analógicas permitindo expandir largamente o uso do AGV para outros fins. A solução está a ser amplamente testada e validada no Laboratório de Automação (LabA) do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP (Instituto Superior de Engenharia do Porto), permitindo a otimização dos sistemas de controlo de direção bem como a interatividade entre o PLC e o programa de interface/supervisão do posto de trabalho.

Conceção de um tutorial de Iniciação ao co-projeto de Hardware/software

A crescente evolução dos dispositivos contendo circuitos integrados, em especial os FPGAs (Field Programmable Logic Arrays) e atualmente os System on a chip (SoCs) baseados em FPGAs, juntamente com a evolução das ferramentas, tem deixado um espaço entre o lançamento e a produção de materiais didáticos que auxiliem os engenheiros no Co- Projecto de hardware/software a partir dessas tecnologias. Com o intuito de auxiliar na redução desse intervalo temporal, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de documentos (tutoriais) direcionados a duas tecnologias recentes: a ferramenta de desenvolvimento de hardware/software VIVADO; e o SoC Zynq-7000, Z-7010, ambos desenvolvidos pela Xilinx. Os documentos produzidos são baseados num projeto básico totalmente implementado em lógica programável e do mesmo projeto implementado através do processador programável embarcado, para que seja possível avaliar o fluxo de projeto da ferramenta para um projeto totalmente implementado em hardware e o fluxo de projeto para o mesmo projeto implementado numa estrutura de harware/software.

Experiences applying OVM 2.0 to an 8B/10B RTL design

The SystemVerilog implementation of the Open Verification Methodology (OVM) is exercised on an 8b/10b RTL open core design in the hope of being a simple yet complete exercise to expose the key features of OVM. Emphasis is put onto the actual usage of the verification components rather than a complete verification flow aiming at being of help to readers unfamiliar with OVM seeking to apply the methodology to their own designs. A link that takes you to the complete code is given to reinforce this aim. We found the methodology easy to use but intimidating at first glance specially for someone with little experience in object oriented programming. However it is clear to see the flexibility, portability and reusability of verification code once you manage to give some first steps.

A clocking technique with power savings in virtex-based pipelined designs

This paper presents the evaluation in power consumption of a clocking technique for pipelined designs. The technique shows a dynamic power consumption saving of around 30% over a conventional global clocking mechanism. The results were obtained from a series of experiments of a systolic circuit implemented in Virtex-II devices. The conversion from a global-clocked pipelined design to the proposed technique is straightforward, preserving the original datapath design. The savings can be used immediately either as a power reduction benefit or to increase the frequency of operation of a design for the same power consumption.

TCL/TK for EDA tools

Tcl/Tk scripting language has become the de-facto standard for EDA tools. This paper explains how to start working with Tcl/Tk using simple examples. Two complete applications are presented to show in more detail the capabilities of the language. In one script average power consumption of a digital system is automated. A second script creates a virtual display driven by the simulation of a graphic card.

Mjukvaruverktyg för loggning och analys avindustriella processer

This report discusses developing a software log tool for analysis of industrial processes. The target was to develop software that can help electro Engineers for monitor and fault finding in industrial processes. The tool is called PLS (Process log server), and is developed in Visual Studio.NET Framework 2005. PLS works as a client with Beijer Electronics OPC Server. The program is able to read data from PLC (Programmable Logic Controller), trough the OPC Server. PLS connects to all kind of controllers that is supported by the Beijer Electronics OPC Server. Signal data is stored in a database for later analysis. Chosen signals data can easily be exported into a text file. The text file is adopted for import to MS Office Excel. User manual [UM-07] is written as a separate document. The software acted stable through the function test. The final product becomes a first-rate tool that is simple to use. As an advantage, the software can be developed with more functions in the future.

Ambiente computacional paradesenvolvimento de aplicações de controladores lógicos programáveis baseado em linguagens SFC e ST

This work proposes an environment for programming programmable logic controllers applied to oil wells with BCP type method of artificially lifting. The environment will have an editor based in the diagram of sequential functions for programming of PLCs. This language was chosen due to the fact of being high-level and accepted by the international standard IEC 61131-3. The use of these control programs in real PLC will be possible with the use of an intermediate level of language based on XML specification PLCopen T6 XML. For the testing and validation of the control programs, an area should be available for viewing variables obtained through communication with a real PLC. Thus, the main contribution of this work is to develop a computational environment that allows: modeling, testing and validating the controls represented in SFC and applied in oil wells with BCP type method of artificially lifting

Desenvolvimento de sistemas embarcados para redes de sensores e atuadores sem fio aplicadas em unidades de elevação de petróleo do tipo Plunger-Lift

The Wireless Sensor Networks (WSN) methods applied to the lifting of oil present as an area with growing demand technical and scientific in view of the optimizations that can be carried forward with existing processes. This dissertation has as main objective to present the development of embedded systems dedicated to a wireless sensor network based on IEEE 802.15.4, which applies the ZigBee protocol, between sensors, actuators and the PLC (Programmable Logic Controller), aiming to solve the present problems in the deployment and maintenance of the physical communication of current elevation oil units based on the method Plunger-Lift. Embedded systems developed for this application will be responsible for acquiring information from sensors and control actuators of the devices present at the well, and also, using the Modbus protocol to make this network becomes transparent to the PLC responsible for controlling the production and delivery information for supervisory SISAL

Ambiente para avaliação de controladores fuzzy aplicados ao método de elevação artificial por bombeio centrífugo submerso

From their early days, Electrical Submergible Pumping (ESP) units have excelled in lifting much greater liquid rates than most of the other types of artificial lift and developed by good performance in wells with high BSW, in onshore and offshore environments. For all artificial lift system, the lifetime and frequency of interventions are of paramount importance, given the high costs of rigs and equipment, plus the losses coming from a halt in production. In search of a better life of the system comes the need to work with the same efficiency and security within the limits of their equipment, this implies the need for periodic adjustments, monitoring and control. How is increasing the prospect of minimizing direct human actions, these adjustments should be made increasingly via automation. The automated system not only provides a longer life, but also greater control over the production of the well. The controller is the brain of most automation systems, it is inserted the logic and strategies in the work process in order to get you to work efficiently. So great is the importance of controlling for any automation system is expected that, with better understanding of ESP system and the development of research, many controllers will be proposed for this method of artificial lift. Once a controller is proposed, it must be tested and validated before they take it as efficient and functional. The use of a producing well or a test well could favor the completion of testing, but with the serious risk that flaws in the design of the controller were to cause damage to oil well equipment, many of them expensive. Given this reality, the main objective of the present work is to present an environment for evaluation of fuzzy controllers for wells equipped with ESP system, using a computer simulator representing a virtual oil well, a software design fuzzy controllers and a PLC. The use of the proposed environment will enable a reduction in time required for testing and adjustments to the controller and evaluated a rapid diagnosis of their efficiency and effectiveness. The control algorithms are implemented in both high-level language, through the controller design software, such as specific language for programming PLCs, Ladder Diagram language.