Este trabalho aborda o uso de experimentação remota como forma de aprimorar a educação em sistemas de controle e automação. Para isto, uma arquitetura é proposta, onde experimentos reais podem ser combinados com partes simuladas (virtuais) criando um experimento de realidade mista. Um ambiente de ensino à distância, acessível na Internet, engloba o experimento remoto para proporcionar maiores recursos pedagógicos, guias e materiais educacionais teóricos aos estudantes. As diversas tecnologias, presentes no estado da arte, utilizadas para a elaboração da arquitetura são descritas e comparadas para facilitar o entendimento das escolhas realizadas. Trabalhos correlatos são apresentados para descrever o estado da arte dos laboratórios de experiências remotas de diversos tipos. Com base neste estudo, deficiências e vantagens são apontadas para a criação da arquitetura proposta. Para validar a arquitetura são propostos diversos estudos de caso com implementações utilizadas nos cursos de automação e controle da instituição na qual este trabalho está relacionado, ou ainda em cursos de educação à distância para atingir um público mais amplo. Esta dissertação está relacionada como resultado importante do consórcio internacional RExNet, financiado pelo projeto europeu Alfa, do qual a UFRGS faz parte. / This work aims to the use of remotely web-based experiments to improve the learning process of automation and control systems theory courses. An architecture combining virtual learning environments, remote experiments, students guide and experiments analysis is proposed based on a wide state of art study. The validation of the architecture uses state of art technologies and new simple developed programs to implement the case studies presented. All implementations presented in this work uses an Internet accessible virtual learning environment providing educational resources, guides and learning material to create a distance learning course associated with the remote mixed reality experiment. The experiment is integrated in the learning environment and support the mixture of real equipments combined with simulated ones (virtual). This mixture of equipments (components) is automatic controlled by the user and is a new developed technology called interchangeable components. The state of art section of this work presents, compare and describes several technologies used to implement the proposed architecture. Related work of remote experimentation and virtual learning environments is also presented. The architecture was elaborated based on appointed advantages and drawbacks of the related studies. This work is part of the RExNet consortium, supported by the European Alfa project.

Ferramentas de simulação de barramentos de comunicação de chão de fábrica (fieldbuses) têm aplicação industrial durante a fase de projeto de malhas de controle, pois permitem a prévia avaliação do desempenho de tais malhas bem como o treinamento de operadores do sistema de controle. Este trabalho descreve uma ferramenta de simulação de fieldbus com foco na camada de aplicação de blocos funcionais Foundation Fieldbus que preenche os requisitos acima citados em uma plataforma única e autônoma em relação a fabricantes do sistema de controle e, para além disso, tem aplicação no ambiente industrial por usuários de fieldbus como uma ferramenta no desenvolvimento de blocos funcionais \"customizados\", bem como no ambiente acadêmico como ferramenta didática para ensino de sistemas de controle distribuídos. / Fieldbus simulation tools are used in the industry during the planning stages of control network implementations since they allow for a pre-evaluation of the network\'s performance as well as providing a training environment for the control systems operators. This thesis describes a fieldbus simulation tool focused on the Foundation Fieldbus functional blocks application layer that meets the requirements mentioned above within a single vendor independent platform. Additionally, the tool can be used by industrial fieldbus users developing custom functional blocks and, in an academic environment, as an application for teaching distributed control systems.

Este trabalho apresenta algumas contribuições para métodos de controle baseados em dados obtidos em apenas um experimento, a fim de torná-los mais atrativos quanto à aplicação em processos industriais. A partir de dados obtidos em experimentos no processo, os métodos baseados em dados estimam os parâmetros de um controlador de estrutura fixa por meio da minimização do erro entre a saída do sistema real em malha fechada e uma saída desejada, dada por um modelo de referência. O método Virtual Reference Feedback Tuning - VRFT é o método mais expressivo na literatura que estima os parâmetros do controlador usando apenas uma batelada de dados, mas o mesmo apresenta alguns inconvenientes em sua formulação que limitam a sua aplicação. Neste trabalho, o método VRFT é modificado de forma que se obtém um método VRFT flexível, o qual minimiza um critério flexível, pelo qual são estimados tanto os parâmetros do controlador quanto os parâmetros do numerador do modelo de referência; assim, caso a planta que se deseja controlar seja de fase não-mínima, o critério é capaz de estimar esses zeros e os mesmos devem ser incluídos no modelo de referência que será utilizado no projeto do controlador. Além disso, em sistemas com ruído, o método VRFT necessita de uma variável instrumental para que a estimativa dos parâmetros do controlador seja não-polarizada. Para eliminar a necessidade de usar variáveis instrumentais, um novo método de controle baseado em dados é proposto, o qual é descrito sob a ótica de identificação. Este método pode ser visto como a identificação de um sistema, no qual a função de transferência do processo é reparametrizada em função do controlador ideal e do modelo de referência. Além disso, estende-se a teoria de projeto de experimento com solução baseada em restrições LMI para o caso da identificação do controlador ótimo. Todas essas contribuições são ilustradas através de simulações. / This work presents some contributions to data-based control methods where data is obtained in only one experiment, in order to make them more attractive to industrial process applications. Using data from experiments on the process, data-based methods estimate the parameters of fixed structure controller, through the minimization of the error between the closed loop response of the system and the desired response, given by a reference model. The Virtual Reference Feedback Tuning - VRFT method is the most expressive method in the literature that estimates the controller parameters using only one batch of data, but this method presents some inconveniences in its formulation which limit its application. In this work, the VRFT method is modified in order to obtain a flexible VRFT method, which minimizes a flexible criterion, and then obtains the controller parameters together with the parameters related to the reference model numerator; thus, if the plant which we want to control is non-minimum phase, then the criterion is able to estimate these zeros and they need to be included in the reference model that will be used in the control design. Besides, when dealing with noisy systems, the VRFT method needs an instrumental variable so the controller parameters estimate is unbiased. In order to eliminate this necessity, a new data-based control is proposed in this work, which is formulated using identification theory. This method can be seen as the identification of a system, where the process transfer function is reparameterized as a function of the ideal controller and the reference model. Besides, we extend the experimental design theory where the problem is solved using LMI constraints to the case of the optimal controller identification method. All these contributions are illustrated through simulations.

Este trabalho aborda o uso de experimentação remota como forma de aprimorar a educação em sistemas de controle e automação. Para isto, uma arquitetura é proposta, onde experimentos reais podem ser combinados com partes simuladas (virtuais) criando um experimento de realidade mista. Um ambiente de ensino à distância, acessível na Internet, engloba o experimento remoto para proporcionar maiores recursos pedagógicos, guias e materiais educacionais teóricos aos estudantes. As diversas tecnologias, presentes no estado da arte, utilizadas para a elaboração da arquitetura são descritas e comparadas para facilitar o entendimento das escolhas realizadas. Trabalhos correlatos são apresentados para descrever o estado da arte dos laboratórios de experiências remotas de diversos tipos. Com base neste estudo, deficiências e vantagens são apontadas para a criação da arquitetura proposta. Para validar a arquitetura são propostos diversos estudos de caso com implementações utilizadas nos cursos de automação e controle da instituição na qual este trabalho está relacionado, ou ainda em cursos de educação à distância para atingir um público mais amplo. Esta dissertação está relacionada como resultado importante do consórcio internacional RExNet, financiado pelo projeto europeu Alfa, do qual a UFRGS faz parte. / This work aims to the use of remotely web-based experiments to improve the learning process of automation and control systems theory courses. An architecture combining virtual learning environments, remote experiments, students guide and experiments analysis is proposed based on a wide state of art study. The validation of the architecture uses state of art technologies and new simple developed programs to implement the case studies presented. All implementations presented in this work uses an Internet accessible virtual learning environment providing educational resources, guides and learning material to create a distance learning course associated with the remote mixed reality experiment. The experiment is integrated in the learning environment and support the mixture of real equipments combined with simulated ones (virtual). This mixture of equipments (components) is automatic controlled by the user and is a new developed technology called interchangeable components. The state of art section of this work presents, compare and describes several technologies used to implement the proposed architecture. Related work of remote experimentation and virtual learning environments is also presented. The architecture was elaborated based on appointed advantages and drawbacks of the related studies. This work is part of the RExNet consortium, supported by the European Alfa project.

Orientador: João Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T10:22:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_OlgaFernandaNabucode_M.pdf: 7882644 bytes, checksum: 7f2b7fbc61b4a64e0be4e54748ec5d70 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Neste trabalho procura-se demonstrar a adequabilidade do uso de sistemas de comunicação tipo Fieldbus na Célula de manufatura da Plataforma Industrial de Pesquisa, Experimentação e Formação em Automação, PIPEFA, que é um projeto conjunto entre CTI e Unicamp. Para isto foram descritos os vários sistemas que compõem a Plataforma segundo a ótica do modelo de referência NBS, de modo a se obter uma visão geral do problema. Com foco no sistema de comunicação, foi feita uma explanação das restrições que um sistema deste tipo deve possuir. Dentro deste enfoque, são mostrados três sistemas de comunicação que satisfazem estes requisitos: FIP, Profibus e IEC 1158 (SP-50). É feita então uma proposta do uso de equipamentos que utilizam Profibus, em um dos centros de montagem/desmontagem da PIPEFA / Abstract: This work aims demonstrate the feasibility of using communication systems like Fieldbus in a manufacturing cell. This cell is part of PIPEFA - Industrial Platform for Research, Teaching and Tranining in Automation - project, a joint effort involving CTI and Unicamp. PIPEFA's functionality is described using NBS as reference model. The focus is on the shop floor communication system, in this sense a generic explanation of the restrictions applied to real time systems is exposed. A survey of Fieldbus systems, FIP, IEC 1158 (SP-50) and Profibus, which follow real time system requirements is also presented. Finally the use of Profibus equipment in the PIPEFA's assembly work center is proposed. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: João Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T16:01:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hervella_Cassio_M.pdf: 6637417 bytes, checksum: a9b3d4d37dcc1eba14ccf5bd3013af19 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Neste trabalho foi projetado, desenvolvido e implementado um sistema de controle programável flexível, para aplicação principal no controle de manipuladores e robôs industriais. Como método de abordagem global de um problema de controle automático, podemos dividí-lo em quatro partes principais, a primeira sendo a medição, aquisição e tratamento das grandezas a controlar, a segunda sendo o algoritmo de controle e o sistema de acionamento, a terceira sendo a automatização via programação e simulação de trajetórias e tarefas, e finalmente, a quarta parte sendo a interface homem-máquina. Sendo assim, subdividiu-se o sistema de controle desenvolvido em quatro módulos principais, sendo eles, o módulo de Monitoramento e Supervisão, o módulo de Controle e Acionamento, o módulo de Programação e Simulação e o módulo de Interface com o Usuário; por sua vez, estes módulos são compostos por vários sub-sistemas modulares, que foram projetados, desenvolvidos e testados separadamente, para que fossem flexíveis e confiáveis, tendo sido integrados em seguida, de várias maneiras, de modo a atender às características específicas de cada aplicação. Dentre os sistemas desenvolvidos, temos, por exemplo, interfaces de interface de entrada e saída de dados digitais, interfaces de supervisão de posição, interfaces de acionamento de potência, interfaces de decodificação de sinais de encoders; programas de testes para as interfaces desenvolvidas, programa de interface gráfica para utilização pelo usuário, e outros. Numa aplicação típica, no controle de um robô industrial, podemos ter diversos tipos de atuadores, sensores, mecanismos e arquiteturas do sistema mecânico a controlar, assim, com a substituição de alguns módulos, obtêm-se uma integração flexível que atende as necessidades de cada caso, sem que seja necessário um sistema de controle completamente novo, tomando a automação mais simples, eficiente e rápida. Por exemplo, na automação de um robô, podem ser necessários dois computadores, para que as cargas de processamento de dados de controle e a carga de processamento da interface gráfica com o usuário possam ser divididas entre estes; porém, numa aplicação, como o posicionamento de uma câmera de vídeo, a simplicidade do sistema mecânico, permite a utilização de um único computador, ou mesmo, uma interface dedicada, sendo mantida toda a estrutura global do sistema de controle / Abstract: In this work, it has been designed, developed and implemented a programmable flexible control system, for main application in the control of manipulators and industrial robots. As a global approaxing method for an automatic control problem, we can divide it in four main parts, the first beeing the measument, aquisition and treatment of the variables to control, the second beeing the control algorithm and the actioning system, the third beeing the automation throw programming and simulating of jobs and trajectories, and finally,the fourth beeing the man-machineinterface. Thus, we divided the developed control system in four main modules, which are, the Monitoring and Supervising module, the Actioning and Control module, the Simutation and Programming module and the User's Interface; which are compound by various modular subsystems, that were designed, developed and tested separately, so that they would be dependable and flexible, beeing then integrated, in many ways, to full-fill the specific caracteristics of each application. Within the developed systems, we have, for example, digital data input and output interface boards, position supervising boards, power driving boards, encoder sinal decodifying boards; test programs for the developed boards, graphics interface program to be utilized by the user, and others. In a tipical application, in controlling an industrial robot, we can have many diferent types of actuators, sensors, mechanisms and architectures of the mechanical system to control, thus, by substituting a few modules we can obtain a flexible integration that answers to the needs of each case, without the need of a completely new control system, making the automation more simple,eficient and fast. As an example, in the automation of a robot, may be neccessary two computers, so that the data processing loads of control and the user's graphics interface processing load can be divided between these, but, in an application, like a vídeo camera positioning, the simplicity of the mechanical system, enables the use of only one computer, or even, a dedicated board, beeing keept the global structure of the control system / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : João Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T03:21:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_FranciscoEdenezianoDantas_M.pdf: 9344135 bytes, checksum: 747bac5a912796ea06a9e7e227465423 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Este trabalho apresenta a integração de empresa e focaliza a modelagem empresarial como uma abordagem dessa integração, tendo como contexto a realidade das empresas de manufatura atuais e como referencial teórico, as arquiteturas de referência CIMOS A (Open System Architecture for CIM), GRAI-GIM (GRAI Integrated Methodology), a arquitetura PERA (Purdue Enterprise Reference Architecture) e a metodologia CimOsa/rg. Descreve o ambiente experimental PIPEF A (Plataforma Industrial para Pesquisa, Ensino e Formação em Automação), redefine seus elementos principais e procede a sua modelagem empresarial, desenvolvendo um modelo conceitual segundo a sistemática da metodologia CimOsa/rg e a arquitetura CIMOS A, contando com o auxílio da ferramenta computacional Cimtool. O modelo descreve a plataforma de maneira semi-formal e não-ambígüa, segundo dois domínios: Planejamento e Controle da Produção e Chão de Fábrica, a partir dos quais explicita seus requisitos funcionais, em termos de Processos de Negócio e Atividades de Empresa; determina as necessidades de informação em termos de Vistas de Objetos e Objetos de Empresa e esses em Segmentos de um Modelo Semântico de Informação. Exprime também os conhecimentos utilizados em um subconjunto dessas atividades e os recursos necessários / Abstract: This work describes enterprise integration focusing enterprise modeling as an integration approach. It considers manufacturing enterprise reality as the current context and CIMOS A (Open System Architecture for CIM), GRAI-GIM (GRAI Integrated Methodology), PERA (Purdue Enterprise Reference Architecture) and CimOsalrg methodology as its theoretical reference. It presents PIPEFA (Industrial Platform for Research, Teaching, and Training in Automation) experimental environment, redefines its main elements and develops a conceptual model according to CimOsalrg methodology and CIMOS A architecture. The development process is supported by Cimtool, a toei CASE (Computed-aided Software Engineering). The developed model expresses the plataform on a semi-formal and unambiguous manner, in terms of two domains: Production Control and Shop FIoor; the model defines PIFEFA's functional requirements in terms of Business Processes and Enterprise Activities, and also shows its information requirements in terms of enterprise Object View and Enterprise Objects; these latter are organized into three Segments of a Semantic Information Mode! / Mestrado / Mecanica dos Solidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Flávio Vasconcelos da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-16T03:20:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Almeida_RicardoAugustode_M.pdf: 4233077 bytes, checksum: 4cbc9345951c62a11dce6c45577964a5 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Os equipamentos e aparelhos contemporâneos utilizados em diversas aplicações do cotidiano doméstico e industrial agregam tecnologia suficiente para serem acionados a distância por diversos meios físicos de comunicação. Estes meios físicos evoluíram de um simples aparelho televisor acionado via luz infra-vermelha, até um braço robótico controlado pela Estação Internacional Espacial via sinais digitais por micro-ondas (KAUDERER, 2007). Seguindo esta tendência, as indústrias químicas, petroquímicas e bioquímicas têm instalado diversos equipamentos e instrumentos que podem ser controlados remotamente (SMAR, 2004). Atualmente é de suma importância que o monitoramento e controle de plantas químicas e processos de manufatura possam ser realizados a distância. Portanto o controle e o monitoramento remoto são imprescindíveis em locais de risco a saúde do homem, ou mesmo em locais de difícil acesso a dispositivos e instrumentos. Com a predominância dos computadores pessoais (PC) em aplicações industriais pode-se atribuir maior abrangência ao controle de processos computadorizados, facilitando a implementação de sistemas de acionamento remoto via redes de comunicações digitais. Este trabalho teve como principal objetivo, desenvolver um projeto capaz de administrar e acionar a distância algoritmos científicos e industriais através de Redes Virtuais Privadas (VPN). Os programas acessados pelas VPN's desenvolvem ambientes para Supervisão e Interface Homem Máquina (IHM), na área de pesquisa para controle de processos químicos e biotecnológicos. No ambiente de desenvolvimento tipo Controle de Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA), foram desenvolvidas as aplicações para a supervisão de três processos químicos, um reator de precipitação da bromelina do abacaxi, um reator de biodiesel e um sistema de refrigeração, no Laboratório de Controle e Automação de Processos (LCAP/FEQ/UNICAMP). O desenvolvimento de um sistema remoto composto de três Servidores de VPN's, um Servidor de Internet Seguro resultaram num Ambiente Virtual de interação remota que propiciou interoperabilidade dos três experimentos no LCAP, de modo que novos experimentos possam ser agregados futuramente ao sistema com segurança e simplicidade / Abstract: Apparatus used in many contemporary applications of everyday in household and industry, got enough technology to be implement remote control actions and remote monitoring by diverse physical means of communications. Those physical means of communications were evoluting, starting of a simple TV apparatus controlled by infrared LED until a robot arm controlled by International Space Station by exchange digital communication microwave signal way (KAUDERER, 2007). The Chemical Industry, Oil Refinery Industry and Biochemical Industry are following this tendency because the remote monitoring and control remote of chemical plants are very principal where there danger the human heath's or local of difficult access by devices and instruments. In this context, currently industries made installing of many remote devices controlled (SMAR, 2004). With the major difusion of personal computers (PC) at industry applications there were a bigger abrangency at controll of process computed, who collaborating to easily implement the actioning by means remote networks of digital communications. The goal of this work was developing a project whose enabled management and the actioning of scientific computing algoritms and of algoritms of industry applications, by the means Virtual Private Networks (VPN). The access by VPN in development programs of Human Interface Machine (HIM) and Supervisory was made in area of control process chemical and biochemical. In this ambient of building the supervisory control and data acquisition (SCADA) the remote monitoring and the remote supervisory was use to of three apparatus, who are: a biodiesel reactor, a refrigeration system and a bromelin precipitation reactor. Those three apparatus were installed at Laboratory Control Automation of Chemicals Process (LCAP/FEQ/UNICAMP). The project was compost by three Servers of VPN and one Server secure of Internet, maintaining interoperability between apparatus with same or similar interactivity at of local user in SCADA systems installed's LCAP. In the future more apparatus can to be installed in project with security and simplicity / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Este trabalho apresenta e implementa um algoritmo de escalonamento para a tecnologia Foundation Fieldbus. O algoritmo denominado FFSMART escalona as mensagens de comunicação cíclica ou periódica entre os dispositivos de campo que estão no barramento fieldbus. Trata-se de um algoritmo de escalonamento pré-run-time, que permite atender às restrições de precedência dos blocos funcionais, personalizando e otimizando o uso dos recursos do sistema. O algoritmo foi implementado na linguagem de programação Visual Basic e sua validação ocorreu em um ambiente real de aplicação através de estratégias de configuração, cujos resultados foram satisfatórios. / This dissertation presents and implements a scheduling algorithm for the Foundation Fieldbus technology. The algorithm named FFSMART schedules cyclic or periodic communication messages among field devices connected to a fieldbus. The FFSMART is a pre-runtime scheduling algorithm, which allows meeting the restrictions of precedence from function blocks, customizing and optimizing the use of the system resources. The algorithm was implemented using the Visual Basic programming language and validated in a real application environment using configuration strategies, and the results were satisfactory.

Orientador: João Maurício Rosário / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T01:27:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kubiak_Daniel_M.pdf: 11332994 bytes, checksum: 9dd346614b49e0aa29cbb11b5fb2b2b7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O objetivo dessa dissertação de mestrado é a proposta de sistema embarcado para supervisão e controle de movimentos de um sistema de posicionamento com 3 GL direcionado a aplicações em dispositivos máquinas ferramenta industriais, que apresentam arquitetura de controle e supervisão aberta que poderão ser integradas a diferentes aplicações da Automação Industrial (sensores, atuadores, sistema de visão e outros), a partir da utilização de ferramentas para prototipagem de sistemas de automação industrial embarcados. O desenvolvimento desse trabalho de pesquisa permitiu a integração de conhecimentos nas diferentes áreas da engenharia, tendo como consequência a implementação de um sistema de controle de posicionamento embarcado, onde essa aplicação poderá ser estendida em outras aplicações de Automação Industrial. No transcorrer desse trabalho foi implementado uma arquitetura de acionamento e controle, e integração com dispositivos embarcados de controle de juntas e sistema de visão e software para geração automática de movimentos, com validação a partir de situações reais. Finalmente, esse trabalho permitiu o desenvolvimento de um ambiente aberto voltado à formação e capacitação profissional de projetos na área de automação industrial, onde os principais conceitos e problemas industriais poderão ser verificados e validados, fornecendo ainda subsídios para a análise e implementação de estratégias para concepção dessas aplicações / Abstract: The objective of this master's degree dissertation is the system proposal embarked for supervision and control of movements of a positioning system with 3 DOF addressed to applications in devices machines tool industrial, that present control architecture and open supervision that can be integrated into different applications of the Industrial Automation (sensor, actuators, vision system and other), starting from the use of tools for prototyping of systems of industrial automation embarked. The development of this research work allowed the integration of knowledge in the different areas of the engineering, tends as consequence the implementation of a system of control of embarked positioning, where this application can be extended in other applications of Industrial Automation. In the Course of this work was implemented a drive and control architecture, and integration with embedded devices of control joints and vision system and software for automatic generation of movements, with validation from actual situations. Finally, this work allowed the development of an open architecture returned to the formation and professional training of projects in the area of industrial automation, where the principal concepts and industrial problems can be verified and validated, still supplying subsidies for the analysis and implementation of strategies for conception of these applications / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica