Os sistemas de automação se tornam cada vez mais abrangentes e complexos, criando a necessidade de uma estruturação básica durante o seu desenvolvimento de forma a permitir melhor visualização, organização e entendimento destes sistemas. Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma metodologia para análise, implementação e verificação da sincronização das bases de tempo dos equipamentos organizados conforme a estruturação hierárquica CIM (Computer Integrated Manufacturing). Esta metodologia é uma ferramenta útil para o desenvolvimento de sistemas de automação integrados e sincronizados. Inicialmente são apresentadas e analisadas as funções, especificações e utilidade da estruturação hierárquica dos sistemas de automação industrial. Os principais componentes de um sistema moderno de automação são apresentados e para cada um dos equipamentos principais é definido o nível a qual este pertence na pirâmide da automação baseada no modelo CIM. Na etapa seguinte é realizado o levantamento e a análise da necessidade de sincronização dos diversos sistemas automatizados e proposta uma metodologia que auxilie na análise e implementação da sincronização das bases de tempos nestes sistemas de automação integrados. No final do trabalho, esta metodologia é aplicada num caso prático para a comprovação da sua validade. / The automation systems are becoming more and more wide-ranging and complex creating the necessity of using some kind of structuring for their development in order to allow better visualization, organization and understanding of these systems. This research proposes the development of a method for analysis, implementation and check of synchronization of the equipments timebases in a hierarchical structuring of CIM (Computer Integrated Manufacturing). This procedure is useful for development of integrated and syncronized automation systems. Initially are presented and analysed the functions, specifications and uses of hierarchical structuring in industrial automation systems. The main components of a modern automation system are presented and for each equipment is defined the level that it belongs in the automation?s piramid based on CIM model. In the next stage are surveyed and analysed the needs of synchronization of automated systems and proposed a helpful method for analysis and implementation of timebases` synchronization in integrated automation systems. At the end of this research, this method is applied in a practical case for its validation.

Este trabalho de pesquisa apresenta a fundamentação teórica da simulação de sistemas, a motivação e os objetivos para o estudo e o desenvolvimento de técnicas para efetuar a simulação em tempo real. Este trabalho apresenta o desenvolvimento da Arquitetura de Software da ferramenta de Engenharia denominada FASTR (Ferramenta de engenharia para Aplicação de Simulação em Tempo Real), que possui o objetivo de alimentar o sistema de simulação com dados da planta industrial em tempo real. Este trabalho também apresenta a arquitetura de Hardware empregada para testar e validar a FASTR. Os testes, resultados e análises obtidos com a FASTR são apresentados neste trabalho para comprovar e convalidar a aplicabilidade da mesma como ferramenta de engenharia para análise de projetos e de análise de desempenhos de plantas industriais automatizadas. / This research work presents the theoretical basis of systems simulation, the motivation and the objectives of study and development of techniques to execute real time simulation. This research work presents the development of Software Arquitecture of the engineering tool named FASTR (engineering tool for application of real time simulation in automated industrial plants), that has the objective of feeding the simulation system with data of the industrial plant in real time. This work also presents the used Hardware Architecture to test and to validate the FASTR. The tests, results and analyses obtained with the FASTR are presented in this work to prove and to validate the applicability of the same one as an engineering tool for analysis of projects and analysis of performances of automated industrial plants.

A decade ago, wireless technology was unimaginable in its application in industrial automation as wireless had poor reliability and security in the form of time delays and frame losses. Also, lack of interoperability and standards has been a barrier for wireless applications in control system. But with recent advancements in wireless technology, and with the underlying advantages of wireless like low infrastructural costs, scalability, mobility, and ability to operate in extreme and remote environments, many are seriously considering wireless for industrial automation solutions. For wireless implementation in industries, it is important to understand its characteristics - security, update rates, data types, protocols, and latency time. Protocol being an important characteristic of any communication, is to be chosen intelligently for maximum efficiency. Because of the complexity of creating a communication protocol, existing information technology (IT) protocols such as Wi-Fi, Bluetooth, and ZigBee were used in industries. But as applications widened, and interoperability became an important factor to be considered, it was required to standardize the protocols used. ISA SP100 and WirelessHART are results of this standardizing process. For the last few years, there has been a huge discussion on which of these protocols are robust and work better, and none has emerged as clear winners. The aim of this thesis is to explore the capabilities and limitations of each of these protocols for various industrial applications. This thesis considers all these protocols and helps choose the best fit for industrial applications and includes study of security, reliability, and efficiency of these protocols. / text

Quando se dispõe de um sistema de controle distribuído em tempo real, o atendimento aos requisitos temporais constitui-se num fator crucial para a aplicação. Assim, para garantir que tais requisitos sejam atendidos, é fundamental que o tráfego de mensagens no barramento seja gerenciado e controlado apropriadamente, evitando-se atrasos na comunicação para não prejudicar a performance do sistema e do produto final. Este trabalho apresenta um mestre PROFIBUS desenvolvido em PC, cujas finalidades foram analisar por meio de dados experimentais, a influência do parâmetro TTR no tempo de atualização das variáveis de processo no sistema e o tempo de reintegração da estação-mestre no anel lógico após perda de mensagem de token. / Using a real-time distributed control system, it is crucial to fullfill the time requirements for an application. Therefore, to guarantee that these requirements are fulfilled, it is essential to manage and control the message traffic in the bus properly, avoiding delays in the communication that could compromise the final product and the system performance. This study presents a PROFIBUS master based on PC. The main purpose of the PROFIBUS master is to analyze, using empirical data, the influence of the TTR parameter in the updating time of the process variables and the time interval to reintegrate a master device to the logical ring after a token message is lost.

Este trabalho descreve a utilização da Rede de Petri como ferramenta de análise e desenvolvimento da automação de uma Micro-usina de cogeração piloto de 130 kW. O projeto foi implantado no centro laboratorial de qualidade de energia da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. O objetivo principal desta Micro-usina é estudar as principais variáveis inerentes à qualidade de energia e funcionalidades destes tipos de sistemas automatizados. A utilização da Rede de Petri (RP) permitiu prever a alcançabilidade, vivacidade, segurança e reversibilidade do programa aplicativo desenvolvido e implantado em um controlador programável (CLP) de última geração. Através de uma rede de comunicação de protocolo aberto foi possível a troca de informações entre o CLP e os módulos de controle.dos geradores (G1 e G2). Entradas e saídas digitais foram utilizadas para monitorar e comandar as chaves de transferência automática (Close e Open Transition) e também os disjuntores motorizados. As operações realizadas são sinalizadas no painel local de controle e transferência (PCT) assim como, via rede Ethernet, na interface remota de supervisão e controle (SCADA).No estudo de caso da Micro-usina de cogeração foram identificadas um total de 24 posições (Position) distintas, considerando as quatro fontes de geração atuais e os dois centros de consumo de energia. Através de uma IHM local ou um supervisório remoto (SCADA) é possível a mudança entre as posições (topologia) permitindo realizar as principais manobras de paralelismo momentâneo e transitório dos grupos geradores com a concessionária. No programa aplicativo do CLP foi implementado o intertravamento de segurança para todos os equipamentos comandados, assumindo sempre o desconhecimento, por parte do operador, dos critérios e seqüências de segurança exigidos para execução das transições entre topologias (pior caso). / This study is about the usage of the Petri Net as an analysis and development tool of the automation of a pilot micro plant of 130 kW. The project was carried out in the energy quality laboratory center at the Escola Politécnica de São Paulo. Its main goal was to study the most important variables related to the quality of energy and the functionalities of the automatized system types. By using the Petri Net, it was possible to foresee the attainment, vivacity, reliability and reversibility of the software, developed and installed in a state-of-the-art programmable logical controller (PLC). Through an open protocol communication network, information was exchanged between the PLC and the generators (G1 and G2) control modules. Digital inputs and outputs were used to monitor and switch the automatic transfer keys (Close and Open Transition) and the motor switches. The procedures done were shown on a local panel of control and transfer, as well as on the Ethernet, at a remote supervision and control interface (SCADA). In this case study, 24 different positions were identified, taking into account the four sources of generation at the moment and the two centers of energy consumption. Through local IHM or remote supervision (SCADA), it was possible to switch positions (topology) and perform the main maneuvres of momentary and transitional parallelism from generator groups to concessionary. As to the PLC application program, a security block was set to all commanded devices, assuming that the operator was unaware of the criteria and security steps needed to proceed with transitions in topology (worst case).

Orientador: Flávio Vasconcelos da Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-22T22:32:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coghi_MarcoAntonio_D.pdf: 5060817 bytes, checksum: d137220a40c940b3e3dec91efe64bde7 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Organizações industriais químicas investem grandes cifras para conectarem informações coletadas em tempo real de seus processos fabris a partir de instrumentos inteligentes, redes de comunicação, controladores de processo, sistemas de controle distribuído, bancos de dados temporais, aplicativos para gestão e acompanhamento da produção e qualidade, ERP, etc. Esse esforço tem sido feito para implantar soluções a problemas pontuais de departamentos. Uma vez pensados de forma isolada das demais necessidades da empresa, tornam-se ilhas de informação. Em plena era do conhecimento, informações pontuais e ilhadas trazem inúmeros malefícios como falta de colaboração de informações interdepartamentais, falta de veracidade para tomada de decisões gerenciais, acompanhamento histórico gerencial para melhoria contínua dos processos de negócio, democratização das informações, conexão com fornecedores e clientes em tempo real. O Plano Diretor de Automação e Informática, objeto desse trabalho, utiliza-se de modelos e metodologias como forma de integração dessas informações rumo à gestão do conhecimento em tempo real e os organiza em 3 domínios: Negócios, Ciclo de Vida dos Ativos e Cadeia de Valor. Propõe colaboração certificada entre fornecedores de matéria prima, processadores (área industrial) e clientes que compram seus produtos finais. Propõe o gerenciamento da performance da organização rumo a seus objetivos e por fim, propõe que a carteira de investimentos seja orientada à melhoria contínua, chegando a Excelência Operacional (OpX). Todas essas propostas partem da utilização de tecnologias tanto de automação como de tecnologias de informática para serem integradas e governadas por um único ponto de vista oriundo do gerenciamento de portfólio da organização industrial. Devido às altas cifras desses investimentos, as soluções tanto de hardware como de software não são adquiridas todas de uma única vez, mas sim dentro de projetos e programas escalonados no tempo de vida da organização industrial. Ao conjunto desses programas e projetos, chamamos de portfólio de investimentos. E para que possam ser pensados de forma integrada em nível de sua automação e informática, o Plano Diretor deve ser trabalhado dentro da gestão do portfólio. Como resultados da aplicação desses modelos e metodologias, conseguiu-se que organizações industriais chegassem mais fácil e rápido a tomada de decisões gerenciais em benefício do Negócio, Cadeia de Valor e Ciclo de Vida de seus ativos de forma colaborativa e promovendo a melhoria contínua de sua operação e gestão através de sistemas integrados em todos os domínios da informação. Como conclusão, aspectos positivos, avanços e progressos para a ciência, ficam aqui registrados um conjunto de conhecimentos e boas práticas que poderão ser aplicados, melhorados e evoluídos pelos profissionais do setor / Abstract: Chemical Industry Companies invest large amounts of funds in order to gather and send real-time information regarding their industrial processes to their Corporative Systems developed by Information Technology departments. This procedure requires smart instruments, communication network, process controllers, distributed control systems, historical data bases, manufacturing execution systems and enterprise resource planning solutions. These efforts are made in order to implement solutions to well-localized departmental issues. Once these are thought as specific needs of the enterprise, they become isolated patches of information. In the Knowledge Era, isolated information may cause several problems, such as bad syncing of interdepartmental information, lack of veracity for the management decisions, low democratization of the information and connection between the suppliers and the clients, and lack of continuous improvement for the inefficient historical database usage. The Automation and Information Master Plan, subject of this work, uses models and methodologies to integrate and manage information in real time. It rearranges information in 3 domains: business, value chain and asset's lifecycle. It proposes certified collaboration between raw-material suppliers, product processors and clients, which consume the final product. It also proposes performance and organization management in order to achieve continuous quality improvement, i.e. establish Operational Excellence (OpX). All these proposals arise from the application of Automation and Information Technologies and are oriented by the Industrial Organization Portfolio's Management only. Due to the investments' expensiveness, the solutions regarding either software or hardware are not accomplished at once, but rather inside projects and gradual processes along the industrial organization's lifetime. This set of projects and gradual processes is named investment's portfolio. In order to accomplish the integration between automation and information, the master plan must be developed inside the portfolio's management. As a result of the application of these models and methodologies, it was possible for the industrial organizations to make faster and easier decisions regarding the wellness of their assets, value chains and assets' lifecycles. In addition, these decisions also provided continuous operational quality improvement by means of management of systems integrated with all domains of information. As a conclusion, positive aspects as well as scientific progresses are here recorded as a set of procedures that should be applied, improved and further developed by professionals of the area / Doutorado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Doutor em Engenharia Química

[pt] Buscando oferecer à indústria, uma opção barata e eficiente, é desenvolvido o projeto de um equipamento que busca automatizar prensas convencionais. Com esse objetivo, é selecionada, entre várias alternativas, uma configuração de montagem das partes mecânicas, são especificados seus componentes, assim como os acionadores que produzirão os movimentos. Como última etapa, é implementado um programa interativo, BRAIN MACHINE, que, após dialogar com o operador, controla automaticamente o posicionamento da chapa e aciona a ferramenta no devido momento. / [en] In order to offer to industry an inexpensive and efficient option, it is designed an equipment that seeks to automate conventional presses. With this aim, among some alternatives, a buiding configuration of the mechanical parts is selected, its components are specified, as well as the actuators that will produce the movements. The last step involves the implementation of a interactive program, BRAIN MACHINE, that, after keeping a dialog with the user, controls automatically the positioning of the plate and puts the tool into action In the right moment.

[pt] A área de reconhecimento de imagens é essencial em Sistemas de Automáticos Industriais para a manipulação de peças sem a interferência humana. São apresentadas, neste trabalho, diversas características para reconhecimento de perfis bidimensionais, e selecionadas aquelas que são variantes com a posição. Esta seleção evita o alto custo computacional devido à variação do posicionamento das peças numa esteira rolante. As características selecionadas das imagens digitais de objetos são os monumentos invariantes. A partir destes momentos usa-se uma árvore binária de decisão para classificar os objetos, permitindo, deste modo, a identificação dos mesmos. / [en] Image recognition is essential in Industrial Automatic Systems for manipulation of parts without human interference. In this work several features for 2D profile recognition are presented and those independent of position are selected. The selection avoid the high computational cost related to the variable position of the objects on a conveyor belt. The selected characteristics from the digital images of the objects are the invariant moments. On the basis of the extracted features, a binary decision tree is used to classify the objects, allowing the identification of the profiles.

Esta tese de doutorado apresenta uma metodologia para planejamento de projetos de automação industrial, considerando o alinhamento do Planejamento Estratégico, Plano Diretor da Automação Industrial e Desenvolvimento Sustentável. Intitulada MAPEAS, esta metodologia visa contribuir para o aprimoramento do processo de tomada de decisões em relação ao planejamento de projetos de automação industrial de forma que, além dos ganhos de eficiência e econômicos, também sejam atingidos bons níveis de sustentabilidade. A literatura apresenta alguns trabalhos relativos a Planejamento Estratégico e Sustentabilidade, porém a relação com automação industrial ainda não é abordada de forma sistemática e científica nas publicações acadêmicas ou mesmo técnicas. Para desenvolvimento da metodologia MAPEAS, o modelo de relatório da Global Reporting Initiative (GRI) foi utilizado devido à adoção do mesmo por 80% das 250 maiores empresas, segundo relatório da empresa KPMG International (2011). A avaliação da metodologia foi realizada a partir da análise de projetos de automação industrial de uma indústria química, sua aplicação e identificação dos benefícios alcançados. / This thesis presents a methodology for industrial automation projects planning, considering the alignment of Strategic Planning, Master Plan of Industrial Automation and Sustainable Development. Entitled MAPEAS, this methodology aims to contribute to the improvement of the decision making process regarding industrial automation project planning so that, in addition to efficiency and economic gains, good levels of sustainability are also achieved. The literature presents some papers on the Strategic Planning and Sustainable Development, but the relationship with industrial automation is not yet addressed in a systematic and scientific way in academic or technical publications. In order to develop the methodology MAPEAS, the sustainability report model of the Global Reporting Initiative (GRI) was used due to its adoption by 80% of the 250 largest companies, according to a report from KPMG International (2011). The evaluation of the methodology is performed through the analysis of industrial automation projects in a chemical industry, its application and identification of the benefits achieved.

Esta tese de doutorado apresenta uma metodologia para planejamento de projetos de automação industrial, considerando o alinhamento do Planejamento Estratégico, Plano Diretor da Automação Industrial e Desenvolvimento Sustentável. Intitulada MAPEAS, esta metodologia visa contribuir para o aprimoramento do processo de tomada de decisões em relação ao planejamento de projetos de automação industrial de forma que, além dos ganhos de eficiência e econômicos, também sejam atingidos bons níveis de sustentabilidade. A literatura apresenta alguns trabalhos relativos a Planejamento Estratégico e Sustentabilidade, porém a relação com automação industrial ainda não é abordada de forma sistemática e científica nas publicações acadêmicas ou mesmo técnicas. Para desenvolvimento da metodologia MAPEAS, o modelo de relatório da Global Reporting Initiative (GRI) foi utilizado devido à adoção do mesmo por 80% das 250 maiores empresas, segundo relatório da empresa KPMG International (2011). A avaliação da metodologia foi realizada a partir da análise de projetos de automação industrial de uma indústria química, sua aplicação e identificação dos benefícios alcançados. / This thesis presents a methodology for industrial automation projects planning, considering the alignment of Strategic Planning, Master Plan of Industrial Automation and Sustainable Development. Entitled MAPEAS, this methodology aims to contribute to the improvement of the decision making process regarding industrial automation project planning so that, in addition to efficiency and economic gains, good levels of sustainability are also achieved. The literature presents some papers on the Strategic Planning and Sustainable Development, but the relationship with industrial automation is not yet addressed in a systematic and scientific way in academic or technical publications. In order to develop the methodology MAPEAS, the sustainability report model of the Global Reporting Initiative (GRI) was used due to its adoption by 80% of the 250 largest companies, according to a report from KPMG International (2011). The evaluation of the methodology is performed through the analysis of industrial automation projects in a chemical industry, its application and identification of the benefits achieved.