Desenvolvimento e avaliação do desempenho de sistemas doseadores de microcaudais e elaboração do procedimento de calibração

De forma a melhorar a precisão dos resultados obtidos com instrumentos doseadores de líquidos utilizados em ambiente clínico, foi submetido e aprovado um projeto internacional denominado Metrology for Drug Delivery (MeDD), financiado pela União Europeia, em que o Instituto Português da Qualidade (IPQ) é um dos sete participantes. Ao nível nacional, todo o projeto foi desenvolvido no Laboratório de Volume (LVO) do IPQ, em parceria com o Departamento de Engenharia Mecânica e Industrial (DEMI) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa (FCT/UNL), a B.Braun Portugal e o Hospital Garcia de Orta (HGO). A presente dissertação centra-se na elaboração de um procedimento de calibração de sistemas doseadores de fluidos, usando como ponto de partida um sistema padrão de micro caudal desenvolvido anteriormente pelo LVO em colaboração com a FCT-UNL/DEMI. Nesta dissertação são apresentados estudos de desempenho realizados em sistemas utilizados no hospital. Os instrumentos doseadores de fluidos mais usuais nos hospitais são as seringas perfusoras e as bombas peristálticas, que têm como função fornecer os fluidos necessários para hidratar, nutrir ou administrar fármacos. Com o objetivo de estudar o desempenho destes equipamentos em diferentes situações, tais como a influência da administração de fluidos mais viscosos em comparação com água, o tempo de resposta dos instrumentos e o impacto dos acessórios na linha de perfusão, realizaram-se diversos ensaios. Através dos ensaios realizados foi possível determinar o erro e a incerteza associada a cada equipamento para cada experiência realizada. A maioria dos resultados obtidos com os sistemas doseadores de fluidos permitiram verificar que os valores da incerteza dos caudais eram inferiores ao erro máximo admissível indicado pelo fabricante e serviram de base para a elaboração de um procedimento técnico.

Ambiente baseado em componentes para o desenvolvimento de sistemas computacionais microcontrolados distribuídos

A modelagem e desenvolvimento de sistemas embarcados ("embedded systems") de forma distribuída, tende a ser uma tarefa extremamente complexa, especialmente quando envolve sistemas heterogêneos e sincronização de tarefas. Com a utilização do modelo de componentes de software é possível descrever, de uma forma simplificada, todos os elementos de distribuição e de comunicação para este tipo de sistemas. Neste sentido, a especificação de uma ferramenta capaz de auxiliar na modelagem e no desenvolvimento deste tipo de aplicação, certamente irá tornar o trabalho mais simples. Esta dissertação inicia por uma análise comparativa entre as tecnologias passíveis de serem utilizadas na definição de sistemas distribuídos heterogêneos, focando-se principalmente nas metodologias de modelagem, e nos mecanismos e middlewares de comunicação. Dos conceitos formados a partir desta análise é descrita uma ferramenta, baseada em componentes de software. A ferramenta é uma extensão do projeto SIMOO-RT, onde foram adicionados os conceitos de componente de software, biblioteca de componentes e diagrama de implantação. Além disso, foram realizadas modificações no sistema de geração de código, para dar suporte aos novos conceitos da ferramenta. A dissertação termina com a descrição de alguns estudos de caso utilizados para validar a ferramenta.

Uma estratégia para controle e supervisão de processos industriais via Internet

Este trabalho descreve de uma fonna geral a proposta de uma estratégia para controle e supervisão de plantas industriais através da Internet. Tal proposta consiste na apresentação de três contextos distintos: o contexto planta industrial, o contexto servidor e o contexto cliente. O levantamento criterioso de requisitos para cada um dos contextos é apresentado. A união entre as tecnologias Web e os barramentos de campo resultam naturalmente no acesso remoto através da Internet a sistemas de automação industrial, sendo assim, surge uma nova tendência em tennos de supervisão e controle. A motivação para este trabalho surgiu através de alguns estudos de casos presentes na literatura, que disponibilizam laboratórios através da Internet. A maioria destes estudos de caso não possuía os requisitos considerados primordiais para a disponibilização de um processo através da Internet, como por exemplo, a independência de platafonna no lado cliente e um processo de escala industrial no contexto planta industrial. A estratégia proposta tem por objetivo suprir as carências apresentadas pela maioria dos centros de ensino e pesquisa que disponibilizam laboratórios através da Internet. Para validar a estratégia proposta, foi desenvolvido um sistema de acesso remoto no DELET da UFRGS que é constituído de uma Planta Piloto Foundation Fieldbus e sua posterior disponibilização para a Internet Neste trabalho é apresentada sua fundamentação teórica, sua aplicabilidade na área de automação industrial e controle, baseando-se no protocolo de comunicação industrial, o Foundation Fieldbus; descreve-se também como é feito o interfaceamento entre softwares de controle da Planta Piloto e o sistema de supervisão e controle indo até a estrutura de comunicação com a Internet para que se tome possível para o cliente da Internet visualizar e interagir com a Planta Piloto. Configuração de hardware e software e vários outros conceitos ligados às ferramentas utilizadas neste sistema também são abordados neste trabalho.

Proposta de ferramenta para validação temporal em barramentos de campo

Sistemas de controle industriais precisam atender a requisitos temporais para garantir seu correto funcionamento, sendo por isto considerados sistemas tempo-real. Quando tais sistemas são distribuídos, tais como redes de sensores, atuadores e controladores interligados por barramentos de campo, a comunicação desempenha um papel importante no comportamento temporal. Este trabalho propõe uma ferramenta para validar o comportamento temporal da comunicação em um protocolo de barramento de campo, o Foundation Fieldbus. A proposta inclui a especificação de requisitos e a visualização da validação. Pretende-se auxiliar a compreensão do comportamento temporal e possibilitar a depuração de sistemas tempo-real distribuídos. O sistema desenvolvido encontra-se operacional e foi validado em diversos estudos de caso, os quais são descritos no presente trabalho.

Métodos para caracterização de desempenho de CPUs industriais

A caracterização de desempenho e uma atividade fundamental na area de controle industrial. Por se tratar, na maior parte das vezes, de aplicações de tempo real, a caracterização de desempenho torna-se ainda mais necessária e importante. Entretanto, atualmente não há nenhuma metodologia estabelecida para realizar esta caracterização. Não há nem mesmo um conjunto de parâmetros que devem ser avaliados em um equipamento de controle utilizado em processos industriais. Para tentar suprir esta carência, este trabalho apresenta uma proposta de métricas e workloads para serem utilizados na avaliação de desempenho de sistemas de controle baseados em CLPs e CPUs Industriais. O processo de avaliação de desempenho e discutido em todas as etapas, desde o estudo da aplicação at e a execução dos passos de caracterização de desempenho. Para ilustrar a aplicação das métricas, técnicas e procedimentos propostos, são avaliadas três CPUs Industriais, e os resultados s~ao apresentados ao nal do trabalho. Espera-se assim estar contribuindo para o estabelecimento de uma metodologia padronizada para avaliação de desempenho de equipamentos de controle industrial.

Implementação do protocolo TCP/IP para sistemas de intrumentação

Baseado na tecnologia de interligação de redes, este trabalho apresenta uma proposta de conexão de dois sistemas com processamento próprio com o intuito de troca de informações, utilizando a pilha de protocolos TCP/IP. Este sistema será empregado em ambientes de controle industrial, permitindo o envio de informações do servidor de dados para o cliente. Os dados são constituídos de leituras feitas em equipamentos de campo, apresentando ao cliente remoto, medições dos mais diversos tipos. Por outro lado, o cliente poderá enviar comandos aos equipamentos de campo visando o telecontrole. Como ponto de partida para a elaboração do trabalho prático, foi utilizado o ambiente de controle do sistema de potência da companhia energética do estado do Rio Grande do Sul (CEEE). Um microcomputador com um browser acessa, através de uma rede local, os equipamentos controlados, que poderão ser qualquer tipo de equipamento de campo empregado em subestações de energia elétrica, como disjuntores, transformadores ou chaves. Para permitir o acesso remoto de tais equipamentos, foi elaborado um servidor de dados constituído de um controlador de rede do tipo Ethernet e um microcontrolador de aplicação específica que se encarrega do processamento da pilha de protocolos. O controlador Ethernet utilizado é um circuito integrado dedicado comercial, que executa o tratamento dos sinais de nível físico e de enlace de dados conforme o padrão IEEE 802.2. O processador TCP/IP, enfoque principal deste trabalho, foi elaborado através da linguagem de programação C, e a seguir traduzido para o Java, que é o ponto de partida para a ferramenta SASHIMI, de geração da descrição em VHDL do microcontrolador de aplicação específica utilizado. O processador TCP/IP encarrega-se da aquisição de dados do equipamento de campo, do processamento da pilha de protocolos TCP/IP, e do gerenciamento do controlador Ethernet. A partir desta descrição VHDL, foi sintetizado o hardware do microcontrolador em um FPGA, que juntamente com o software aplicativo, também fornecido pela ferramenta utilizada, desempenha o papel de processador TCP/IP para o sistema proposto. Neste ambiente, então, o cliente localizado no centro de operação, acessa através de um browser o equipamento de campo, visando obter suas medições, bem como enviar comandos, destacando o aspecto bidirecional para a troca de dados e a facilidade de conexão de dois sistemas heterogêneos. Este sistema pretende apresentar baixo custo de aquisição e de instalação, facilidade de interconexão local ou remota e transparência ao usuário final.

Desenvolvimento e aplicação de um sistema de planejamento de processo auxiliado por computador em um ambiente de usinagem

A competitividade cada vez mais acirrada e globalizada tem forçado as empresas a desenvolver produtos com maior qualidade em um menor tempo com custos cada vez mais baixos. Para isto, passaram a utilizar tecnologias de ponta na manufatura de seus produtos, que envolvem desde a concepção do produto até sua efetiva produção. Uma das etapas mais importantes na concepção de um produto manufaturado, a partir de um projeto, é o planejamento do processo produtivo. A essência dessa atividade é disponibilizar uma gama de informações bem detalhadas e organizadas para o chão de fábrica que pode incluir a seleção da máquinaferramenta, determinação dos parâmetros de corte, geração do programa NC e as instruções de trabalho. Na maioria das empresas o planejamento do processo é feito por processistas experientes que utilizam técnicas manuais, onde despedem tempo considerável fazendo cálculos, recuperando informações, escrevendo, digitando e detalhando o plano, e nenhuma dessas tarefas agrega valor diretamente ao produto. Assim somente uma pequena parcela do tempo total é utilizado na concepção e análise do produto. A introdução dos computadores na confecção do plano de processo torna o planejamento mais eficiente podendo dispor de mais alternativas além daquelas exploradas manualmente, e ainda há vantagens adicionais, como a realização de várias comparações de planos semelhantes para selecionar o melhor para cada caso, reduzindo o tempo de planejamento, exigindo menor experiência técnica dos processistas, resultando em aumento da produtividade com planos otimizados. O sistema desenvolvido dentro da filosofia de planejamento de processo variante-interativo, um método que se utiliza da tecnologia de grupo para formar famílias de peças, onde para cada família é desenvolvido um plano padrão, no qual torna-se a base de dados para novas peças, exigindo alterações apenas nos detalhes que não forem similares. Quando não existir um plano semelhante para nova peça este é gerado de forma interativa onde o processista tem o auxílio do computador na definição da folha de processo, ao contrário de um sistema generativo que utiliza uma programação mais complexa e cria automaticamente planos de processo distintos para a nova peça. Os planos de processo gerados contem os processos de usinagem, as máquinas para realizar os mesmos, ferramentas e portaferramentas, sistemas de fixação, os parâmetros de corte e o sequenciamento das operações. O sistema foi projetado em Visual Basic, uma linguagem que disponibiliza uma interface gráfica amigável com o usuário. O conjunto das informações estritamente necessárias para o desenvolvimento do programa é armazenado em um sistema de gerenciamento de banco de dados relacional (ACCESS), sistema esse escolhido por ter a vantagem de permitir manipular mais de um aplicativo ao mesmo tempo, estabelecendo relações entre eles, buscando eliminar a duplicidade de informações, impondo integridade referencial, reduzindo o espaço de armazenamento e facilitando a atualização dos dados.

Gerenciamento de processos em controladores programáveis usando XML

Os controladores programáveis tornaram-se fator decisivo para o controle de processos em ambientes industriais. Permitir o gerenciamento desses, eleva-os ao mesmo grupo de outros equipamentos da rede. Gerenciar esses dispositivos e o processo controlado tende a facilitar a identificação de falhas, as intervenções no processo e demais vantagens trazidas por um bom esquema de gerência. Uma maneira de realizar esse gerenciamento é por meio de programas conhecidos como supervisórios. Além das aplicações de supervisão, uma nova classe de ferramentas, que também possibilita o gerenciamento tanto do controlador quanto do processo a esse submetido, vem sendo disponibilizada. A presença de protocolos de gerenciamento, tal qual o SNMP, já é uma realidade em alguns dos modelos de equipamentos oferecidos por vários fabricantes, promovendo uma integração com plataformas de gerência já existentes no mercado. A proposta deste trabalho inclui a elaboração de um modelo de gerenciamento usando XML, atualmente em ampla ascensão e aceitação. Está, também, previsto a construção de um protótipo capaz de realizar as funções de um agente. A criação de um modelo de gerenciamento baseado em tecnologias e especificações abertas, tais como XML e Web, possibilita desde a utilização de um navegador, até o desenvolvimento de novas ferramentas para a requisição/aquisição de dados em controladores.

Arquitetura em hardware para co-processamento de tarefas em sistema operacional tempo real

Os sistemas operacionais de tempo real, assim como os sistemas embarcados, estão inseridos no desenvolvimento de projetos de automação industrial segmentado em diversas áreas de pesquisa como, por exemplo, robótica, telecomunicações, e barramentos industriais. As aplicações de sistemas modernos de controle e automação necessitam de alta confiabilidade, velocidade de comunicação, além de, determinismo temporal. Sistemas operacionais de tempo real (SOTR) têm-se apresentado como uma solução confiável quando aplicadas em sistemas que se fundamentam no cumprimento de requisitos temporais. Além disso, o desempenho computacional é totalmente dependente da capacidade operacional da unidade de processamento. Em um sistema monoprocessado, parte da capacidade computacional da unidade de processamento é utilizada em atividades administrativas, como por exemplo, processos de chaveamento e salvamento de contexto. Em decorrência disto, surge a sobrecarga computacional como fator preponderante para o desempenho do sistema. Este trabalho tem por objetivo, analisar e fornecer uma arquitetura alternativa para realizar o co-processamento de tarefas em uma plataforma IBM-PC, aumentando a capacidade computacional do microprocessador principal. No presente trabalho, a plataforma de coprocessamento realiza a execução do algoritmo de escalonamento do sistema operacional, desta forma distribuiu-se o gerenciamento temporal das tarefas entre a plataforma IBM-PC e a unidade de co-processamento.

Sistema de validação temporal para redes de barramentos de campo

Aplicações recentes no setor de automação industrial utilizam barramentos de campo para prover comunicação entre dispositivos. Estas aplicações normalmente exigem que os barramentos apresentem suporte tempo real. A garantia do adequado atendimento a requisitos temporais restritos é de fundamental importância para o correto funcionamento do sistema. Este documento apresenta um sistema de validação temporal para aplicações desenvolvidas utilizando tecnologias de barramentos de campo. O sistema desenvolvido, chamado BR-Tool, permite monitoração em tempo de execução de uma rede de barramento de campo, confrontando os dados obtidos com requisitos temporais previamente definidos pelo operador. O sistema BR-Tool é composto por dois elementos: um sub-sistema de aquisição de mensagens (placa de aquisição) e um sub-sistema de validação (ferramenta computacional). A placa de aquisição foi especialmente projetada para operar com diferentes interfaces de barramentos de campo, realizando as tarefas de captura de eventos, marcação temporal e salvamento de um histórico de eventos. A ferramenta de validação, que roda no computador, realiza as tarefas de filtragem de eventos, especificação de requisitos e validação temporal, permitindo diversos modos de visualização dos resultados. A comunicação entre a placa de aquisição e a ferramenta de validação é implementada por uma interface PCI, permitindo operar com velocidades de até 12Mbps.

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.

Análise e estimativa de desempenho de redes profibus

Durante a evolução da comunicação, diversos fatores contribuíram para melhorar a qualidade dos sistemas computacionais (Hardware e Software) em um ambiente industrial, onde o fator desempenho é um dos pontos importantes a ser considerado em um projeto de automação industrial. Nos últimos vinte anos, surgiram diversas propostas de padronização de protocolos para automação industrial e aplicações de tempo real, cada qual com características e tempos de resposta diferentes. Um estudo detalhado sobre as características técnicas de controle de tempo é de extrema importância, visto que esses sistemas, muitas vezes são implementados em situações de missão crítica, nas quais o tempo de resposta é um fator crucial para a aplicação. Nesta dissertação, apresentamos as etapas de evolução das técnicas de controle de acesso ao barramento, culminando inicialmente com o surgimento da proposta do protocolo FIELDBUS e em seguida com a proposta alemã, o PROFIBUS. O principal objetivo deste trabalho é propor um modelo analítico para a realização de avaliação de desempenho em uma rede PROFIBUS. O trabalho apresenta uma descrição das características funcionais do protocolo, bem como uma descrição detalhada dos tempos de controle utilizado pelo protocolo para controle e supervisão da rede. Uma descrição dos experimentos e o cruzamento dos dados obtidos na simulação com os dados obtidos através do modelo analítico demonstram a razão pela qual os modelos analíticos é uma ferramenta de extrema importância devido a sua agilidade em estimar o desempenho de uma rede PROFIBUS. Palavras-chave: Avaliação de desempenho, automação industrial, redes de campo, protocolos.

Atividades de aquisição de dados no laboratório de física em cursos de tecnologia

No presente trabalho é proposto um conjunto de atividades de aquisição de dados para um laboratório didático de Física, no contexto de ensino tecnológico de escolas técnicas. São construídas rotinas de programação com a ferramenta Visual Basic for Applications (VBA), incorporadas em planilhas Excel, sendo a aquisição de dados através da porta de joystick da placa de som do microcomputador. As atividades propostas envolvem especialmente experimentos no campo da mecânica, no qual são investigados o sistema massa-mola, pêndulo simples e movimento de rotação de um pião. A metodologia proposta para estas atividades é embasada na teórica construtivista de Vygotsky. O material foi aplicado e avaliado em uma oficina oferecida para alunos de cursos superiores de tecnologia (Automação Industrial e Manutenção Industrial e Sistemas de Informação) do CEFET/PR, unidade sudoeste do Paraná em 2005. O produto educacional deste trabalho consiste em um texto de apoio sobre medidas físicas e erros e sobre o uso da linguagem VBA em sistemas de aquisição de dados com a placa de som do microcomputador, e rotinas incorporadas a planilhas Excel que permitem a aquisição automática dos dados trabalhados nas atividades experimentais. No texto de apoio, também são sugeridas atividades para os alunos. As planilhas Excel (incluindo as macros VBA) constam o CD-ROM anexo a este trabalho, e estão disponibilizadas na web.

WIKI-Sapientia: um ambiente de construção de aprendizagem através da colaboração entre os pares

Esta dissertação visa apresentar a trajetória e os resultados da análise da utilização do ambiente virtual Wiki-Sapientia, no Campus Ipojuca, que se situa na cidade com mesmo nome. As observações presenciais e on-line foram realizadas no período compreendido entre fevereiro e maio de 2012. A maior preocupação foi investigar a possibilidade de uso desse ambiente e na fase da utilização perceber se, de fato, esse ambiente pode vir a ser promotor de aprendizagem colaborativa para os que se dispõem a utilizá-lo. Buscamos conhecer o conceito que os sujeitos da pesquisa têm sobre aprendizagem colaborativa, sobre Wiki, entre outros. Buscamos entender também o grau de satisfação dos alunos com a metodologia adotada por seus professores e o julgamento dos estudantes quanto à possibilidade de um ambiente virtual de aprendizagem vir a contribuir para a melhoria de suas aprendizagens. O estudo de caso foi direcionado a uma turma de Automação Industrial do curso técnico do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco - IFPE, composta por 36 estudantes e orientada por 11 docentes, pelo fato de este curso ser um dos mais alinhados à realidade de expansão industrial, local, porém por ser também o de maior evasão e reprovação deste Campus. Foi procedida a aplicação de questionários e de entrevistas, de forma censitária aos professores e estudantes. A análise dos dados quantitativos ocorreu com o auxílio do programa SPSS; já a análise dos dados qualitativos orientou-se pela análise de discurso. Esse estudo sinaliza para algumas considerações sobre a utilidade do Wiki-Sapientia como promotora do saber coletivo, ao mesmo tempo, que sugere a adoção dessa ferramenta para todos os Campi que formam o IFPE.

Estabilidade e robustez de um controlador adaptativo indireto por um modelo de referência e estrutura variável

In this thesis, it is developed the robustness and stability analysis of a variable structure model reference adaptive controller considering the presence of disturbances and unmodeled dynamics. The controller is applied to uncertain, monovariable, linear time-invariant plants with relative degree one, and its development is based on the indirect adaptive control. In the direct approach, well known in the literature, the switching laws are designed for the controller parameters. In the indirect one, they are designed for the plant parameters and, thus, the selection of the relays upper bounds becomes more intuitive, whereas they are related to physical parameters, which present uncertainties that can be known easier, such as resistances, capacitances, inertia moments and friction coefficients. Two versions for the controller algorithm with the stability analysis are presented. The global asymptotic stability with respect to a compact set is guaranteed for both cases. Simulation results under adverse operation conditions in order to verify the theoretical results and to show the performance and robustness of the proposed controller are showed. Moreover, for practical purposes, some simplifications on the original algorithm are developed