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.

Com as evoluções tecnológicas nas áreas de hardware, microeletrônica, sistemas de informação e computação, o conceito de sistemas ciberfísicos (do inglês Cyber-Physical Systems) vem ganhando importância. Este sistemas se referem à junção entre sistemas computacionais distribuídos e processos físicos da natureza e, são base fundamental para a nova revolução industrial que esta sendo introduzida. Esta revolução industrial é marcada pela completa descentralização do controle dos processos produtivos e uma proliferação de dispositivos inteligentes interconectados, ao longo de toda a cadeia de produção e logística. Sistemas de automação, e particularmente os sistemas de automação industrial, nos quais elementos computacionais controlam e automatizam a execução de processos físicos em plantas industriais, são um exemplo de sistemas ciber-físicos. Com isso, percebe-se que é necessário relacionar objetos físicos a informações associadas a este objeto no mundo cibernético. Para isso, destaca-se o conceito e o uso do Digital Twin, que é uma representação virtual de objetos físicos. O Digital Twin possibilita a virtualização e centralização do controle no produto. Este estudo irá explorar uma metodologia de modelagem genérica e flexível para o Digital Twin usando a ferramenta AutomationML e propor uma arquitetura de comunicação para a troca de dados sob a ótica de Cyber Physical Systems. Com a implementação dessa metodologia, pretende-se validar o conceito proposto e oferecer um método de modelagem e configuração para obter dados, extrair conhecimento e proporcionar sistemas de visualização para os usuários. / With technological advances in the fields of hardware, microelectronics and computer systems, Cyber Physical Systems is a new concept that is gaining importance. This systems are integrations of computation, networking, and physical processes. Cyber Physical Systems are one of the pillars for the new industrial revolution, and it is marked by the complete decentralization of the control of production processes and, marked by a proliferation of interconnected intelligent devices throughout the production and logistics chain. Embedded computers and networks monitor and control the physical processes, with feedback loops where physical processes affect computations and vice versa. A industrial automation system, is an example of cyber physical systems where computational elements control and automate the execution of physical processes in industrial plants. Thus, it is clear the need to relate physical objects to information associated with this object in the cyber world. For this, this work pretends to use the concept of Digital Twin, that is a virtual representation of physical objects. Digital Twin enables the virtualization of physical components and descentralization of control. This study will explore a generic and flexible modeling methodology for Digital Twin using the AutomationML tool. Also this work proposes a communication architecture for the exchange of data from the perspective of Cyber Physical Systems. With the implementation of this methodology, we intend to validate the proposed concept and offer a modeling and configuration method to obtain data, extract knowledge and provide visualization systems for users.

A busca constante por soluções mais eficientes, tanto no âmbito técnico como econômico, tem levado à crescente adoção de sistemas de automação baseados em redes de controle e transdutores inteligentes. A fragmentação desse mercado, no entanto, decorrente da proliferação de inúmeros protocolos e especificações para as redes de controle, impõe restrições e entraves ao desenvolvimento dos transdutores e dos sistemas de automação. A família de normas IEEE 1451 procura atenuar esse problema propondo interfaces padronizadas entre os transdutores e as redes, permitindo separar o projeto do transdutor da escolha da rede de controle. Neste trabalho foi desenvolvido um transdutor inteligente baseado na norma IEEE 1451.2 (STIM) e sua interface para a rede de controle LonWorks (NCAP). Através do desenvolvimento e avaliação dos protótipos foi verificada a aplicabilidade da norma e dos conceitos gerais da IEEE 1451, comprovando ainda seu uso em uma rede para a qual, no presente momento, não se tem conhecimento de solução similar. Constatou-se também que um transdutor inteligente baseado na IEEE 1451.2 pode ser desenvolvido com ferramentas e componentes comerciais de fácil acesso e baixo custo, e que é possível agregar os benefícios da IEEE 1451 às qualidades presentes nas redes LonWorks. Verificou-se ainda que a aceitação da IEEE 1451 no mercado é ainda incipiente, sendo imprescindível a publicação das demais normas que compõe a família para facilitar e incentivar sua adoção e disseminação. / The need for more efficient and cost-effective solutions in the control and automation market drives the increasing demand for systems based on control networks and smart transducers. However, the fragmented nature of the control network market hinders the development of solutions based on such technologies. The IEEE 1451 family of standards tries to solve this problem by specifying a common set of interfaces between the transducers and the control networks, isolating the transducer\'s project from the choice of networks. In this work, a smart transducer based on the IEEE 1451.2 standard (STIM) and its interface module to a LonWorks network (NCAP) were developed. Through the development and evaluation of the prototypes, the applicability of the standard and the concepts involved in the IEEE 1451 were verified. It was confirmed that a smart transducer based on the IEEE 1451.2 standard can be developed with low-cost, off-the-shelf components and software tools, and that it is possible to combine the benefits of the IEEE 1451 with the qualities of the LonWorks system. It was also perceived that the acceptance of the IEEE 1451 in the market is quite low, and that the release of the remaining standards that make up the IEEE 1451 family is essential for its success.

A busca constante por soluções mais eficientes, tanto no âmbito técnico como econômico, tem levado à crescente adoção de sistemas de automação baseados em redes de controle e transdutores inteligentes. A fragmentação desse mercado, no entanto, decorrente da proliferação de inúmeros protocolos e especificações para as redes de controle, impõe restrições e entraves ao desenvolvimento dos transdutores e dos sistemas de automação. A família de normas IEEE 1451 procura atenuar esse problema propondo interfaces padronizadas entre os transdutores e as redes, permitindo separar o projeto do transdutor da escolha da rede de controle. Neste trabalho foi desenvolvido um transdutor inteligente baseado na norma IEEE 1451.2 (STIM) e sua interface para a rede de controle LonWorks (NCAP). Através do desenvolvimento e avaliação dos protótipos foi verificada a aplicabilidade da norma e dos conceitos gerais da IEEE 1451, comprovando ainda seu uso em uma rede para a qual, no presente momento, não se tem conhecimento de solução similar. Constatou-se também que um transdutor inteligente baseado na IEEE 1451.2 pode ser desenvolvido com ferramentas e componentes comerciais de fácil acesso e baixo custo, e que é possível agregar os benefícios da IEEE 1451 às qualidades presentes nas redes LonWorks. Verificou-se ainda que a aceitação da IEEE 1451 no mercado é ainda incipiente, sendo imprescindível a publicação das demais normas que compõe a família para facilitar e incentivar sua adoção e disseminação. / The need for more efficient and cost-effective solutions in the control and automation market drives the increasing demand for systems based on control networks and smart transducers. However, the fragmented nature of the control network market hinders the development of solutions based on such technologies. The IEEE 1451 family of standards tries to solve this problem by specifying a common set of interfaces between the transducers and the control networks, isolating the transducer\'s project from the choice of networks. In this work, a smart transducer based on the IEEE 1451.2 standard (STIM) and its interface module to a LonWorks network (NCAP) were developed. Through the development and evaluation of the prototypes, the applicability of the standard and the concepts involved in the IEEE 1451 were verified. It was confirmed that a smart transducer based on the IEEE 1451.2 standard can be developed with low-cost, off-the-shelf components and software tools, and that it is possible to combine the benefits of the IEEE 1451 with the qualities of the LonWorks system. It was also perceived that the acceptance of the IEEE 1451 in the market is quite low, and that the release of the remaining standards that make up the IEEE 1451 family is essential for its success.

A rede PROFIBUS DP é o barramento de campo mais utilizado na indústria mundial atualmente. Com o uso cada vez maior desta rede de \"chão de fábrica\" nas plantas industriais, o diagnóstico rápido de falhas tornou-se extremamente necessário e importante, o que permite minimizar os tempos de parada da instalação e consequentes prejuízos no processo produtivo. Este trabalho apresenta o estudo de técnicas baseadas em Redes Neurais Artificiais (RNA) que serão utilizadas em um trabalho futuro para se fazer um diagnóstico rápido de uma rede PROFIBUS em caso de falha, permitindo através dos conceitos básicos apresentados, uma análise criteriosa do seu desempenho. Inicialmente são apresentados conceitos básicos sobre as redes PROFIBUS DP, tais como arquitetura e versões do protocolo, a descrição da Camada Física, dentre outros assuntos relevantes. Nas etapas seguintes, serão apresentados outros tópicos importantes para entendimento do projeto como, conceitos sobre RNA e métodos de pré-processamento do sinal colhido no osciloscópio. / The PROFIBUS (Process Field Bus) DP is the most popular fieldbus communication used in the worldwide industry. With the increasing use of this network fieldbus in industrial plants, the rapid faults diagnosis has become extremely necessary and important, which minimizes the lodgments time and consequent losses in the production process. This work is based into a Artificial Neural Networks (ANN) tool that will be used to make a rapidly diagnosis of a PROFIBUS network in case of failure, allowing through basic concepts, a careful review of their performance. First the basics of PROFIBUS DP networks are presented, such as architecture and protocol versions, a description of the Physical Layer, among other relevant issues. In the following steps, others important topics to understand the project will be shown, such as, concepts of ANN and pre-processing methods from collected signal.

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.

Aspect oriented programming (AOP) introduces new and powerful modularization constructs. The aspect module is used to encapsulate crosscutting concerns, which otherwise would remain tangled and scattered. The idea of encapsulating crosscutting concerns rapidly expanded to earlier phases in the development cycle, including requirement analysis (aspect oriented requirement engineering, AORE) and design (aspect oriented modeling, AOM). The overall application of aspect orientation concepts is known as aspect oriented software development (AOSD). AOP is not yet a mainstream practice. Particularly AOSD is still in its early stages. This is reflected in the lack of reports of full development cycles using aspect oriented approaches, especially using industrial case studies. Furthermore, the power of aspects comes at the price of new challenges, one of them is that systems built using aspects are more difficult to understand. The crosscutting nature of aspects allows them to alter the behavior of many other modules. As a result, aspects may interact in unintended and unanticipated ways. This problem is known as aspect interactions. In this work we deal with the aspect interaction problem in the context of an industrial domain: slots machines. We perform a complete development cycle of the slot machine software. This is, to the best of our knowledge, the first complete industrial case of study of aspect orientation. Through this experience we discovered the limitations with regard to aspect interactions, of some emblematic aspect oriented approaches for requirement engineering, design and implementation. The contribution of this work is threefold. Firstly, we contribute with the evaluation and extensions to some of AORE and AOM approaches, in order to provide explicit support for aspect interactions in requirement analysis and design phases. We also evaluate the implementation of interactions using a static and a dynamic AOP language, and propose an AspectJ extension that copes with aspect interactions. Secondly, this work is the first report of a complete aspect oriented development cycle of an industrial case study. Thirdly, this work provides a complex case study that presents several business logic crosscutting concerns, which in turn exhibit numerous aspect interactions, that serves as a challenging test bed for upcoming AOSD approaches.

Αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η παρουσίαση, μελέτη και αξιολόγηση του Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή «OPTO 22 SNAP PAC». Στα πλαίσια της εργασίας και με τη χρήση του συγκεκριμένου PLC, αναπτύχθηκε μια σειρά προγραμμάτων αυτοματισμού, τα οποία ποικίλουν από στοιχειώδους αυτοματισμούς, όπως η λειτουργία ενός κινητήρα με θερμική προστασία, μέχρι πολύπλοκες εφαρμογές, όπως ο αυτοματισμός της λειτουργίας ενός υποσταθμού διανομής Μέσης Τάσης. Ακόμη, αναπτύχθηκε κι ένα σύστημα γραφικής απεικόνισης SCADA. Τα κεφάλαια 1,2,3,4,7 του παρόντος τεύχους αποτελούν ένα εγχειρίδιο χρήσης του PLC, καθώς στα κεφάλαια αυτά γίνεται παρουσίαση του υλικού και του λογισμικού με το οποίο συνοδεύεται, ενώ γίνεται επεξήγηση βήμα-βήμα της εγκατάστασης του υλικού και του τρόπου λειτουργίας του λογισμικού. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα 22 προγράμματα αυτοματισμού που αναπτύχθηκαν. Έπειτα, στο κεφάλαιο 6 γίνεται σύγκριση του περιβάλλοντος προγραμματισμού του OPTO 22 SNAP PAC με τις γλώσσες προγραμματισμού που έχουν θεσπιστεί από το πρότυπο IEC61131 της διεθνούς ηλεκτροτεχνικής επιτροπής. Ακολούθως, στο κεφάλαιο 8 παρουσιάζεται το σύστημα SCADA που αναπτύχθηκε καθώς επίσης και το αντίστοιχο πρόγραμμα αυτοματισμού της εφαρμογής. Τέλος, γίνεται σχολιασμός των δυνατοτήτων του OPTO 22 SNAP PAC και αναφορά σε πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά του. / The following thesis' purpose is to present, study and evaluate the Programmable Logic Controller "OPTO 22 SNAP PAC". During this thesis, a number of automation programms were developed which vary between simple applications such as the automatic function of a motor using two buttons (start-stop), and more complicated applications such as the design of the automatic protection of an AC/AC High Voltage Transformer. Furthermore, A SCADA project was developed. At chapters 1,2,3,4,7 the reader can find the presentation of the product and a kind of manual for the PLC. Chapter 5 is the presentation of the automation programms. At chapter 6, there is a comparison between PAC Control Basic and SFC. Then, at chapter 8 the SCADA project is presented. Finally, there is a reference of positives and negatives of OPTO 22 SNAP PAC.

A rede PROFIBUS DP é o barramento de campo mais utilizado na indústria mundial atualmente. Com o uso cada vez maior desta rede de \"chão de fábrica\" nas plantas industriais, o diagnóstico rápido de falhas tornou-se extremamente necessário e importante, o que permite minimizar os tempos de parada da instalação e consequentes prejuízos no processo produtivo. Este trabalho apresenta o estudo de técnicas baseadas em Redes Neurais Artificiais (RNA) que serão utilizadas em um trabalho futuro para se fazer um diagnóstico rápido de uma rede PROFIBUS em caso de falha, permitindo através dos conceitos básicos apresentados, uma análise criteriosa do seu desempenho. Inicialmente são apresentados conceitos básicos sobre as redes PROFIBUS DP, tais como arquitetura e versões do protocolo, a descrição da Camada Física, dentre outros assuntos relevantes. Nas etapas seguintes, serão apresentados outros tópicos importantes para entendimento do projeto como, conceitos sobre RNA e métodos de pré-processamento do sinal colhido no osciloscópio. / The PROFIBUS (Process Field Bus) DP is the most popular fieldbus communication used in the worldwide industry. With the increasing use of this network fieldbus in industrial plants, the rapid faults diagnosis has become extremely necessary and important, which minimizes the lodgments time and consequent losses in the production process. This work is based into a Artificial Neural Networks (ANN) tool that will be used to make a rapidly diagnosis of a PROFIBUS network in case of failure, allowing through basic concepts, a careful review of their performance. First the basics of PROFIBUS DP networks are presented, such as architecture and protocol versions, a description of the Physical Layer, among other relevant issues. In the following steps, others important topics to understand the project will be shown, such as, concepts of ANN and pre-processing methods from collected signal.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-09-04Bitstream added on 2014-06-13T19:19:28Z : No. of bitstreams: 1 batista_ea_dr_ilha.pdf: 3511515 bytes, checksum: 640826f128d375c4f4d6cc00ead5b3e6 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A aplicabilidade da rede de comunicação junto com o avanço tecnológico é constantemente explorada pelos projetistas de automação e controle, pois, estas vertentes podem melhorar o desempenho de um processo industrial. O padrão IEEE 1451, surge em meio a estes desafios, com intuito de homologar conceitos e tecnologias para implementar uma rede de transdutores inteligentes. Neste trabalho desenvolveu-se uma plataforma de hardware/software para ser utilizada na automação industrial, tanto cabeamento como sem fio, de acordo com os padrões IEEE 1451.2 e IEEE 1451.5. Essa plataforma, denominada neste trabalho por plataforma IEEE 1451, é composta por um hardware, o Módulo de Interface para Transdutores (TIM – Transducer Interface Module), e por um software Processador de Aplicação para Rede de Comunicação (NCAP – Network Capable Application Processor). A lógica de controle e as especificações dos transdutores (TEDS – Transducer Electronics Data Sheet) foram inseridas no TIM por meio da programação (linguagem C/C++) do processador NIOS II e o hardware sintetizado em FPGA da família Cyclone II, especificamente na placa de desenvolvimento DE2 da Altera Corporation. A programação do processador NIOS II baseou-se em um template definido neste trabalho como IEEE 1451 que possui funções e bibliotecas específicas para atender às funcionalidades das aplicações e das normas IEEE 1451. O NCAP possui características de um software supervisório e foi desenvolvido com tecnologia Java no ambiente NetBeans IDE (Integrated Development Environment) versão 6.5. Entre as principais funções deste NCAP está a capacidade de enviar e receber os dados através da porta RS232, geração de relatório incluindo a TEDS, interface gráfica dinâmica e identificação de usuários. A plataforma IEEE 1451 foi testada... / Designers usually exploit the fast evolution of technology along with the application of communication networks to improve the performance on industrial processes. The IEEE 1451 standard comes to aid in the development of networks of intelligent transducers, by defining concepts and technologies used in their implementations. This works intends to provide an application consisting of a hardware/software platform to be used in industrial automation, either wireless or not, according to the 1451.2 and 1451.5 IEEE standards. This IEEE 1451 platform is composed by a hardware part, the Transducer Interface Module (TIM), and a software part, the Network Capable Application Processor (NCAP). The control logic and the transducer specifications (TEDS – Transducer Electronics Data Sheet) were inserted in the TIM by programming in C/C++ a NIOS II processor, synthesized in a FPGA of the Cyclone II family, using the DE2 development board from Altera Corporation. The NIOS II programming was based on an IEEE 1451 template, with functions and libraries to implement the functionalities of the IEEE 1451 applications and guidelines. The NCAP software resembles a supervisory system and was developed in Java in the NetBeans integrated development environment, version 6.5. Amongst its main functions are the capabilities of report generation including TEDS, a dynamic graphical interface, user identification and the ability to send and receive data through a RS232 port. This IEEE 1451 platform was tested in the automation of different applications, demonstrating its flexibility and rapid prototyping suited for the development of control systems. Other advantages are the use of an object oriented language in the development of the NCAP software, which facilitates the code reuse, and the use of reconfigurable hardware for the TIM implementation. The results from this work showed that the technology applied... (Complete abstract click electronic access below)