Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-08-15T20:00:03Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao - Joao Ricardo Braga de Paiva - 2016.pdf: 14227997 bytes, checksum: 3c191bf387f29137782a51d5673851e6 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Rejected by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com), reason: Não consta o título em português, só em inglês e na citação o nome dele não está como quer ser citado, de acordo com o currículo lattes: Nome em citações bibliográficas PAIVA, J. R. B. Detalhe, não sei se no formulário de metadados ele preencheu como você colocou. on 2016-08-17T11:36:19Z (GMT) / Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-08-17T16:45:46Z No. of bitstreams: 2 Dissertacao - Joao Ricardo Braga de Paiva - 2016.pdf: 14723579 bytes, checksum: ed8f1d6ddc6fd84e86378bbe63427ee7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2016-08-17T16:47:20Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertacao - Joao Ricardo Braga de Paiva - 2016.pdf: 14723579 bytes, checksum: ed8f1d6ddc6fd84e86378bbe63427ee7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-17T16:47:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertacao - Joao Ricardo Braga de Paiva - 2016.pdf: 14723579 bytes, checksum: ed8f1d6ddc6fd84e86378bbe63427ee7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-04-27 / Outro / This work presents metric for complexity calculation in discrete event systems. The proposed methodology uses the dynamics of the system taking into account their active connections, mapped in relationship matrix. The complexity metric is applied to three distinct systems. The results show the relationship between the complexity and specic characteristics of each system. The proposed method combines knowledge about the system, contributing to behavior and performance analysis. / Este trabalho apresenta métrica para cálculo de complexidade em sistema a eventos discretos. A metodologia proposta utiliza a dinâmica do sistema levando em consideração suas conexões ativas, mapeadas na matriz de relacionamento. A métrica de complexidade é aplicada a três sistemas distintos. Os resultados obtidos apresentam a relação entre a complexidade e as características específicas de cada sistema. O método proposto agrega conhecimento sobre o sistema, contribuindo para análises de comportamento e desempenho.

Rede de Petri é uma poderosa ferramenta de modelagem gráfica e matemática bastante aplicada no desenvolvimento de projetos de sistemas de eventos discretos. Porém a sua aplicação na análise e interpretação de tais sistemas torna-se inviável por resultar em modelos grandes, com muitos elementos gráficos. Para solucionar tal problema, vários pesquisadores têm concentrado esforços no desenvolvimento de novas extensões e métodos de síntese de rede de Petri, para reduzir o tamanho dos modelos e assim facilitar a sua aplicação e análise de sistemas grandes e complexos. Rede de Petri Virtual é uma nova extensão de rede de Petri que possibilita a modelagem de tais sistemas de forma modular. Cada elemento do sistema é representado por um módulo e a comunicação entre eles é feita através dos nós virtuais. Esse trabalho formaliza a definição de rede de Petri virtual, desenvolve algoritmo e procedimento de junção dos módulos para gerar o modelo final, uma rede de Petri ordinária que representa o sistema completo. / Petri net is a powerful graphical and mathematical modeling tool commonly used to project Discrete Events Systems. The increasing complexity of such systems does not allow the use of Petri net tools due to the large size of the models (many graphical elements), which is difficult to understand and analyze. Due to this fact, researchers have been made efforts to the development of new synthesis methods for Petri nets, in order to reduce the models size and become easier its use and the analysis task of the systems properties. Virtual Petri net is a new kind (extension) of Petri net, combining its best in control and representation of discrete events systems to the best of modular modeling. This king of Petri net allows to build up models of complex systems from the modules that represent its elements, linked by the virtual nodes. The present work formalizes the definition of Virtual Petri Net. Also develops an algorithm to its use in the discrete events systems and presents a procedure to link and assemble the modules in the whole model. The modular modeling makes easier the understanding and graphical visualization of the system, keeping the final model the same features of the common Petri nets.

An important consideration in discrete event dynamic systems control theory is the selection of a suitable modeling formalism that can capture the complex characteristics of the system and the capability to automatically synthesize a controller based on the system model. Net condition event systems are well suited for modeling complex discrete event dynamic systems owing to their input and output structure, which effectively captures the behavior of the physical devices to be monitored and/or controlled. To date, net condition event systems control models have not been extensively applied to highly automated manufacturing systems and there are few guidelines on how to automatically generate Programmable Logic Controller programming languages from net condition event systems models. This research automatically converted net condition event systems control models into Programmable Logic Controller programming language and evaluated the applicability of the proposed methodology in highly automated manufacturing systems using HAS-200 as a test bed.

Rede de Petri é uma poderosa ferramenta de modelagem gráfica e matemática bastante aplicada no desenvolvimento de projetos de sistemas de eventos discretos. Porém a sua aplicação na análise e interpretação de tais sistemas torna-se inviável por resultar em modelos grandes, com muitos elementos gráficos. Para solucionar tal problema, vários pesquisadores têm concentrado esforços no desenvolvimento de novas extensões e métodos de síntese de rede de Petri, para reduzir o tamanho dos modelos e assim facilitar a sua aplicação e análise de sistemas grandes e complexos. Rede de Petri Virtual é uma nova extensão de rede de Petri que possibilita a modelagem de tais sistemas de forma modular. Cada elemento do sistema é representado por um módulo e a comunicação entre eles é feita através dos nós virtuais. Esse trabalho formaliza a definição de rede de Petri virtual, desenvolve algoritmo e procedimento de junção dos módulos para gerar o modelo final, uma rede de Petri ordinária que representa o sistema completo. / Petri net is a powerful graphical and mathematical modeling tool commonly used to project Discrete Events Systems. The increasing complexity of such systems does not allow the use of Petri net tools due to the large size of the models (many graphical elements), which is difficult to understand and analyze. Due to this fact, researchers have been made efforts to the development of new synthesis methods for Petri nets, in order to reduce the models size and become easier its use and the analysis task of the systems properties. Virtual Petri net is a new kind (extension) of Petri net, combining its best in control and representation of discrete events systems to the best of modular modeling. This king of Petri net allows to build up models of complex systems from the modules that represent its elements, linked by the virtual nodes. The present work formalizes the definition of Virtual Petri Net. Also develops an algorithm to its use in the discrete events systems and presents a procedure to link and assemble the modules in the whole model. The modular modeling makes easier the understanding and graphical visualization of the system, keeping the final model the same features of the common Petri nets.

De nombreux systèmes réels et applications, tels que les ateliers flexibles et systèmes embarqués, sont formés de tâches communicantes et sont modélisables par des réseaux de Petri pondérés. Le comportement de ces systèmes peut être vérifié sur leur modèle dès la phase de conception afin d'éviter les simulations post-conception coûteuses. Ces systèmes doivent satisfaire trois propriétés : vivacité, capacité bornée et réversibilité. La vivacité préserve la possibilité d'exécuter chaque tâche. La capacité bornée assure une quantité limitée de ressources. La réversibilité évite une initialisation coûteuse et permet de réinitialiser le système. Les méthodes d'analyse de ces propriétés ont généralement une complexité exponentielle. Dans cette thèse, nous étudions plusieurs sous-classes expressives des réseaux de Petri pondérés, soient les classes Fork-Attribution, Choice-Free, Join-Free et Equal-Conflict, pour lesquelles nous développons les premiers algorithmes polynomiaux garantissant vivacité, capacité bornée et réversibilité. Premièrement, nous apportons des transformations polynomiales qui préservent de nombreuses propriétés des réseaux de Petri pondérés et facilitent l'étude de leur comportement. Deuxièmement, nous utilisons ces transformations pour obtenir plusieurs conditions polynomiales suffisantes de vivacité pour les sous-classes considérées. Enfin, ces transformations simplifient l'étude de la réversibilité sous hypothèse de vivacité. Nous donnons plusieurs caractérisations et conditions polynomiales suffisantes de réversibilité pour les sous-classes étudiées. Nos conditions passent à l'échelle et sont aisément implémentables dans les systèmes réels. / Many real systems and applications, including flexible manufacturing systems and embedded systems, are composed of communicating tasks and may be modeled by weighted Petri nets. The behavior of these systems can be checked on their model early on at the design phase, thus avoiding costly simulations on the designed systems. Usually, the models should exhibit three basic properties: liveness, boundedness and reversibility.Liveness preserves the possibility of executing every task, while boundedness ensures that the operations can be performed with a bounded amount ofresources. Reversibility avoids a costly initialization phase and allows resets of the system.Most existing methods to analyse these properties have exponential time complexity.By focusing on several expressive subclasses of weighted Petri nets, namely Fork-Attribution, Choice-Free, Join-Free and Equal-Conflict nets,the first polynomial algorithms that ensure liveness, boundednessand reversibility for these classes have been developed in this thesis.First, we provide several polynomial time transformations that preserve structural andbehavioral properties of weighted Petri nets, while simplifying the study of their behavior.Second, we use these transformations to obtain several polynomial sufficient conditions of livenessfor the subclasses considered. Finally, the transformations also prove useful for the study of the reversibility propertyunder the liveness assumption. We provide several characterizations and polynomial sufficient conditionsof reversibility for the same subclasses. All our conditions are scalable and can be easily implemented in real systems.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diogo Luiz Leme da Cruz.pdf: 2277911 bytes, checksum: 44818fa572a2ccc7f237939664149ec3 (MD5) Previous issue date: 2011-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Currently, manufacturing automation has assumed an increasingly important role within the industry and the problems of automated control systems have become increasingly complex. Thus, the traditional use of empirical methods heavily base on the experience of the programmer can lead to inappropriate or ineffective solutions. In this case, the Supervisory Control Theory (SCT) of Ramadge and Wonham (1989) cam be a suitable tool because it ensures the achievement of optimal control logic (minimally restrictive and nonblocking) and also that meets the specifications of control. This paper presents a methodology for implementation of SCT in Programmable Logic Controllers (PLCs). The modeling of the plant and the specification of control is done by automata and languages, and in order to exploit the modular nature of the plant and the specifications we use the local modular approach (QUEIROZ and CURY, 2000) for the synthesis of supervisors. The use of a formal methodology for implementing control system also allows to standardize in the development, testing and structure of the PLC code and obtain a free of errors solution and crashes, discarding the empirical methods. The methods of implementation of the TCS in PLC existing literature have the feature to limit the evolution of the system, often dealing with one event per PLC scan cycle. Also presented is a series of problems that can occur in the implementation of supervisors in control elements such as PLCs (FABIAN and HELLGREN, 1998). However, not all of these problems have solutions and for some of them are presented some properties that the modeling of the system must ensure in order to avoid such problems. This method treats all the uncontrollable events produced by the plant in just one PLC scan cycle. The also promotes the control of the plant at the end of cycle. The development of this methodology takes into account the possible problems when using the theory into practice. Thus providing solutions to the problems. In this case the solutions, Choice , stands out. It promotes the random generation of controllable events. One it is give priority to a particular event over another, it can cause the system to lock or be inoperative (MALIK, 2002). To facilitate the implementation of supervisory control structure in PLC, was created a computational tool for the automatic generation of control logic, based on the proposed methodology that converts the list generated by the software Discrete Event System (DES) in LADDER code. The validation of the results obtained with the tool generation was done through simulations for different problems of supervisory control. / Na atualidade, a automação da manufatura tem assumido cada vez mais um papel importante dentro das indústrias e os problemas de controle de sistemas automatizados têm se tornado cada vez mais complexos. Assim, o tradicional uso de métodos empíricos fortemente baseados na experiência do programador pode levar a soluções inadequadas ou ineficientes. Neste sentido, a Teoria de Controle Supervisório (TCS) apresentada por Ramadge e Wonham (1989) se mostra uma ferramenta adequada uma vez que garante a obtenção de uma lógica de controle ótima (minimamente restritiva e não bloqueante) e que satisfaz às especificações de controle. Este trabalho apresenta uma metodologia para implementação da TCS em Controladores Lógicos Programáveis (CLPs). A modelagem da planta e das especificações de controle é feita por autômatos e linguagens e no intuito de explorar a modularidade da planta e das especificações utiliza-se a abordagem modular local (QUEIROZ e CURY, 2000) para a síntese dos supervisores. O uso de uma metodologia formal para a implantação em sistemas de controle possibilita ainda uma padronização no desenvolvimento, teste e estrutura de códigos nos CLPs e obter uma solução livre de erros e bloqueios, fugindo dos métodos empíricos. Os métodos de implementação da TCS em CLP encontrados na literatura apresentam a característica de limitar a evolução do sistema, muitas vezes tratando um único evento por ciclo de varredura do CLP. Também, é apresentada uma série de problemas que podem ocorrer na implementação de supervisores em elementos de controle como CLPs (FABIAN e HELLGREN, 1998). Entretanto, nem todos os problemas apresentados são solucionados e para alguns deles são apresentadas propriedades que o modelo do sistema deve satisfazer para que tais problemas não se manifestem. Já a metodologia desenvolvida neste trabalho permite tratar em um mesmo ciclo de varredura do CLP todos os eventos não controláveis gerados pela planta, e ainda promover o controle da mesma a partir dos eventos controláveis gerados ao final desse ciclo. O desenvolvimento desta metodologia leva em consideração os problemas que podem ocorrer quando se utiliza a teoria na prática, apresentando uma solução para alguns desses problemas. Destaca-se a solução do chamado problema da escolha, cuja priorização indevida de eventos pode levar ao bloqueio ou tornar parte do sistema inoperante (MALIK, 2002). Como solução para este problema propõe-se uma escolha aleatória dinâmica para a geração dos eventos controláveis, evitando assim os problemas mencionados. Para facilitar a implementação da estrutura de controle supervisório no CLP foi criado um software de geração automática de código, que baseado na metodologia proposta, converte a listagem gerada pelo software de Sistema a Eventos Discretos (SED) em linguagem LADDER. A validação dos resultados obtidos com a ferramenta de geração de código foi realizada por intermédio de simulações feitas para diferentes problemas de controle supervisório.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SUZANA RIBAS DE ALMEIDA.pdf: 2655112 bytes, checksum: 346dca905796b24136deb70b7263fb5b (MD5) Previous issue date: 2012-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nowadays the competition between companies is increasing. In a production system, efficiency, speed and flexibility are important means for cost reductions. The complexity of automation systems has been increasing, which makes necessary the implementation of more efficient control programs, free of errors and easy to maintain. However, in most practical applications the solution of these problems is dependent on designer's experience and doesn t follow a formal methodology, which results in programs with errors and difficulties to understand and maintain, since only the designer understands the adopted solutions. The Supervisory Control Theory (SCT) is a method extensively researched in academic circles for the synthesis of control logic of automated systems. It allows control problems to be solved in a formal way, ensuring a minimally restrictive and no blocking solution that meets the control specifications. However, this theory is not widely used in industrial environments yet, once the methods for implementation of supervisors obtained by TCS are still deficient. Thus, the intention of this Dissertation consists of showing a methodology for implementation of supervisory control in Programmable Logic Controllers (PLCs). In this work, the synthesis of supervisors is made in accordance to local modular approach, which brings the benefits of a formal methodology and allows exploring the modularity of the plant and the control specifications. The implementation is based on an architecture structured in three levels: supervisor, interface and system to be controlled. For the implementation in CLP three different programming languages are applied: the high-level languages Sequential Function Charts (SFC) and Structured Text and the low-level Ladder Diagram language in some parts. The development of the methodology was based on two works: a doctoral thesis by Vieira (2007) and master thesis by Cruz (2011) and brought together the advantages presented in each one of these. To compare the proposed methodology and the two mentioned methods, several tests were made on a manufacturing cell available at PUCPR and simulations on a PLC and computer as well. The results show that the use of the methodology proposed in this work makes possible to implement PLC programs that are able to treat all non-controllable events occurred in the system to be controlled and treat one controllable event by each control cell in the same scan cycle. Furthermore, the use of high-level languages results in a program of easier interpretation and maintenance, also enabling reutilization of codes. In this work some problems related to CLPs implementations are also showed and proposals for solving them are presented, as properties as well that, if accepted, ensure that the problem does not occur. / Hoje em dia a competitividade entre as empresas está cada vez maior. Em um sistema de produção, a eficácia, a velocidade e a flexibilidade são importantes, pois significam redução de custos. Os sistemas de automação atuais estão cada vez mais complexos, justificando a necessidade de programas de controle mais eficientes, sem erros e de fácil manutenção. Entretanto, na maioria das aplicações práticas a solução destes problemas é feita com base na experiência do projetista, não seguindo uma metodologia formal, o que resulta em programas com erros e de difícil entendimento e manutenção, uma vez que só o projetista entende perfeitamente as soluções adotadas. A Teoria de Controle Supervisório (TCS) é um método para a síntese da lógica de controle de sistemas automatizados. Ela permite que problemas de controle sejam solucionados de modo formal, garantindo uma solução minimamente restritiva e não bloqueante e que atenda às especificações de controle. Entretanto, esta teoria ainda não é amplamente adotada em ambientes industriais, sendo a carência de métodos de implementação dos supervisores obtidos via TCS um elemento que contribui para que isso aconteça. Assim, esta dissertação se propõe a apresentar uma metodologia de implementação de controle supervisório em Controladores Lógicos Programáveis (CLPs). Neste trabalho, a síntese de supervisores é feita de acordo com a abordagem modular local, que traz os benefícios de uma metodologia formal e ainda permite explorar a modularidade da planta e das especificações de controle. A implementação é baseada numa arquitetura estruturada em três níveis: supervisor, interface e sistema a ser controlado. Para a implementação em CLP são empregadas três linguagens distintas de programação, as linguagens de alto nível Sequential Function Charts (SFC) e Structured Text, bem como a linguagem Ladder Diagram em algumas partes. O desenvolvimento da metodologia foi baseado em dois trabalhos: a tese de doutorado de Vieira (2007) e a dissertação de mestrado de Cruz (2011) e permitiu reunir as vantagens apresentadas em cada um destes. Para comparação entre a metodologia proposta e as duas metodologias citadas, foram feitos diversos testes em uma célula de manufatura existente na PUCPR, bem como simulações em CLP e em computador. Os resultados mostram que a metodologia proposta neste trabalho permite a implementação de programas em CLP que, num mesmo ciclo de varredura, são capazes de tratar todos os eventos não controláveis ocorridos na planta e ainda um evento controlável por célula de controle. Além disso, o uso de linguagens de alto nível resulta em um programa de mais fácil interpretação e manutenção, possibilitando ainda o reaproveitamento de códigos. Nesta dissertação também são abordados alguns problemas de implementação da estrutura de controle supervisório em CLPs, apresentando-se propostas para solucioná-los, bem como propriedades que, se atendidas, garantem que o problema não ocorra.