O presente trabalho consiste na apresentação da implementação de um software projetado para auxiliar o ensino de redes de Petri de alto nível. A partir da fundamentação sobre o assunto desenvolvida em cursos introdut6rios de modelagem de sistemas com redes de Petri foi especificado um sistema para ser usado em sala de aula. O sistema desenvolvido permite a demonstração das características gráficas e da semântica de alguns modelos tradicionais de redes de Petri, tais como redes condicao/evento, redes predicado-transição e redes coloridas. Redes de baixo nivel tambem podem ser demonstradas. O software foi elaborado de forma a permitir a utilização de redes já definidas em disquete. O usuário pode também definir novas redes utilizando o editor gráfico/compilador ou se valer de uma linguagem textual de baixo nível para descrever as redes. Após a obtenção da rede desejada, é possível a realização de demonstrações, simulando o funcionamento da mesma. O software permite ainda a execução de passos, o funcionamento "para trás" da rede e identifica, a cada estado alcançado, quais alterações estão habilitadas e quais estão em conflito. Um comando permite obter o caminho entre duas marcações da rede. O usuário pode selecionar regiões de interesse sobre a rede, que sera° mostradas com mais detalhe na tela. Usando o editor gráfico/compilador o usuário pode modificar redes durante o decorrer da apresentação. A interface com o usuário, voltada para o use em sala de aula, necessita como hardware um projetor de vídeo apropriado e um computador pessoal equipado com mouse. A utilização do compilador em sala de aula exige, no entanto, mais recursos computacionais que o simulador. Alguns modelos de redes de Petri não são suportados pelo compilador, mas podem ser implementados utilizando a linguagem de baixo nível do sistema. 0 usuário, professor ou aluno, encontrará neste trabalho instruções para o emprego pratico do sistema como instrumento para a realização de demonstrações didáticas. / This work describes the implementation of a software designed as a teaching aid for instructors of high-level Petri nets. A system for class-room use is described that is based on material developed during introductory courses of systems modelling with Petri nets. The class-room system permits the demonstration of the graphic properties and the semantics of some traditional nets, such as condition/event nets, predicate-transition nets and coloured nets, as well as low level nets. The software was designed to permit the use of nets already defined in diskettes. The user can define new nets using either the graphic editor/compiler or a low level textual language. Some models of Petri nets are not supported by the compiler, but can be implemented using the low level language. After obtaining the desired net, it is possible to perform demonstrations, simulating its operation.The software also allows step by step execution of nets, including backwards execution, and identifies, for every state, which alterations may happen and which are in conflict. A command permits the user to obtain the path between two markings of the net. The user may select regions of interest over the net, that will be shown with more detail in the screen. Using the graphic editor/compiler the user may modify the nets during the presentation. The hardware needs are a video projector and a personal computer equiped with a mouse.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-05-19Bitstream added on 2014-06-13T20:29:09Z : No. of bitstreams: 1 dezani_h_me_ilha.pdf: 383103 bytes, checksum: 4d2db649fe811e74784845f2d0b245b4 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho descreve-se um programa de geração automática de código para o microcontrolador 8051 da Intel, a partir de uma rede de Petri, com o objetivo de minimizar o tempo gasto na codificação do programa e automatizar completamente este processo de transformação. Definiu-se o uso da rede de Petri Lugar/Transição como modelo de entrada pois, mesmo tendo um modelo mais compacto, a rede de Petri Colorida, quando transformada em código Assembly é consideravelmente maior que o código Assembly gerado para a rede de Petri Lugar/Transição. Conclui-se que o código gerado pelo programa corresponde, exatamente, ao modelo da rede e pode ser executado pela arquitetura-alvo sem a necessidade de alterações no código. / This dissertation describes a program for the automatic generation of microcontroller code. The program takes a Petri net as input and outputs the corresponding assembly code for the Intel's 8051. The goal of this work is to speed up the coding process as well as to completely automate such a transformation. We use place/transition nets because even colored Petri nets resulting in quite compact models the assembly codes produced from them are much larger than those produced from place/transition nets. Also the code generated by the program described here exactly matches the net model, and can be directly executed on the target architecture without the need for further tuning.

Resumo: Neste trabalho apresentam-se quatro ferramentas de síntese digital, capazes de converter máquinas de estados finitos modeladas em rede de Petri para uma descrição VHDL correspondente à maquina modelada. As máquinas de estados finitos nos modelos de Mealy ou Moore são representadas em rede de Petri Lugar/Transição através de duas metodologias de modelagem desenvolvidas. Uma das metodologias modela apenas máquinas do tipo Mealy, enquanto que a outra modela máquinas de Mealy e Moore. As metodologias e o tipo de tradução da rede de Petri que se deseja obter são fatores essenciais para definir as ferramentas que serão utilizadas. Duas das ferramentas desenvolvidas traduzem o modelo da rede de Petri em uma tabela de transição de estados e as outras duas ferramentas traduzem o modelo da rede de Petri em uma descrição comportamental na linguagem VHDL. Dependendo da ferramenta utilizada é necessário integrar outras ferramentas de síntese, desenvolvidas em trabalhos anteriores, no processo de tradução da rede de Petri para VHDL. A aplicabilidade das ferramentas e metodologias desenvolvidas foi concluída através de simulações dos códigos VHDL obtidos. / Abstract: In this work we present four digital synthesis tools capable of converting finite state machines modeled in Petri nets into a corresponding VHDL description. Mealy or Moore finite state machine models are represented in Place/Transition Petri nets through two possible methodologies, developed during this work. With one of the methodologies only Mealy machines can be modeled, while the with other both Mealy and Moore type machines can be dealt with. The methodologies and the kind of Petri net translation one desires to obtain are essential factors to determine the tools to be used. Two among the tools we developed translate a Petri net description into a state transition table, while the other two translate the Petri net description into a VHDL behavioral one. Depending on which of them is used it is also necessary to use some other synthesis tools developed by members of our research group. The adequacy of the developed methodologies an tools to the synthesis process has been verified through the simulation of the VHDL codes generated by our tools. / Orientador: Alexandre César Rodrigues da Silva / Coorientador: Norian Marranghello / Banca: Aledir Silveira Pereira / Banca: Marius Strum / Mestre

Orientador: Norian Marranghello / Banca: Rogéria Cristiane Gratão de Souza / Banca: Carlos Magnus Carlson Filho / Resumo: Neste trabalho descreve-se um programa de geração automática de código para o microcontrolador 8051 da Intel, a partir de uma rede de Petri, com o objetivo de minimizar o tempo gasto na codificação do programa e automatizar completamente este processo de transformação. Definiu-se o uso da rede de Petri Lugar/Transição como modelo de entrada pois, mesmo tendo um modelo mais compacto, a rede de Petri Colorida, quando transformada em código Assembly é consideravelmente maior que o código Assembly gerado para a rede de Petri Lugar/Transição. Conclui-se que o código gerado pelo programa corresponde, exatamente, ao modelo da rede e pode ser executado pela arquitetura-alvo sem a necessidade de alterações no código. / Abstract: This dissertation describes a program for the automatic generation of microcontroller code. The program takes a Petri net as input and outputs the corresponding assembly code for the Intel's 8051. The goal of this work is to speed up the coding process as well as to completely automate such a transformation. We use place/transition nets because even colored Petri nets resulting in quite compact models the assembly codes produced from them are much larger than those produced from place/transition nets. Also the code generated by the program described here exactly matches the net model, and can be directly executed on the target architecture without the need for further tuning. / Mestre

CAPES / O objetivo deste trabalho é apresentar uma proposta de metodologia para o desenvolvimento de projetos de automação industrial com vistas a agregar as vantagens da utilização dos formalismos para representação dos Sistemas a Eventos Discretos com a necessidade de implementar os algoritmos utilizados em equipamentos de controle industrial. Tal metodologia propõe um conjunto de etapas para a construção do algoritmo de controle, baseando-se na Rede de Petri Interpretada utilizada para representação da planta controlada e da lógica de controle. Através desta metodologia é possível realizar o controle de um sistema de automação industrial garantindo que a lógica de controle não possua erros quando for executada. A utilização da metodologia foi exemplificada aplicado-a ao projeto de automação de dois casos práticos, onde o primeiro caso é utilizado para detalhar as etapas contidas na metodologia, já o segundo projeto prático possui uma especificação de funcionamento mais complexa, corroborando a utilização dos métodos formais para garantir a corretude lógica do processo. Buscando evidenciar a independência da metodologia frente à tecnologia utilizada para controlar tais processos, os algoritmos resultantes da execução da metodologia foram implementados em CLP e FPGA, sendo que a utilização de equipamentos de controle com características paralelas aponta uma tendência dos projetos de automação industrial. / The objective of this work is to present a proposed methodology for the development of industrial automation projects by aggregating the advantages of using formalisms for representing Discrete Event Systems with the need to implement algorithms considered in industrial control equipment. This methodology proposes a set of steps for the construction of the control algorithm, based on Interpreted Petri Net used to represent the plant to be controlled and the control logic. Through this method it is possible to control an industrial automation system ensuring that the control logic contains no errors when executed. The use of the methodology was exemplified by automating two study cases, where the former is used to detail the steps in the methodology, and the second presents a practical function with more complex specification, corroborating the use of formal methods to ensure the correctness of the process logic. In order to demonstrate the independence of the methodology regarding to the technology used to control such processes, algorithms resulting from the application of the methodology were implemented in PLC and FPGA, and the use of control equipment with parallel features shows a trend of industrial automation projects.

O objetivo dessa tese é formalizar a análise das redes de Petri temporais usando a álgebra intervalar como ferramental matemático. A álgebra intervalar é tradicionalmente usada na solução de problemas relacionados com imprecisão. Por sua vez, as redes de Petri temporais se caracterizam, por definição, por possuir um intervalo temporal que delimita os períodos mínimos e máximos de sensibilização das transições. Em consequência, a imprecisão quanto a data de disparo das transições ´e denotada por um intervalo. Assim, neste trabalho, a dinâmica dos intervalos de disparos ao longo da evolução da rede é modelada por uma equação linear intervalar, que possibilita o cálculo de intervalos de tempo de ocorrências de transições sem que seja necessário explorar, completa ou parcialmente, o espaço de estados. Essa mesma equação pode ser usada para tratar do problema inverso: identificar sequências de disparos de transições que permitam alcançar uma determinada marcação respeitando uma janela temporal pré-definida. Este problema foi denominado de alcançabilidade temporal. Ao longo do desenvolvimento dessa abordagem, outros importantes resultados foram obtidos, tais como: método enumerativo usando tempo global para análise via alcançabilidade da rede, métodos de redução baseados em aproximações intervalares, redução do espaço de estados, e uma alternativa para construção do grafo de estados com domínios relativos e intervalos de disparos com tempo absoluto. A abordagem desenvolvida foi aplicada a diferentes problemas a fim de calcular grandezas como: tempos máximo e mínimo entre a ocorrência de duas transições, validação de sequências de disparos, tempos de ciclos, entre outras. / The objective of this thesis is to establish formal conditions for time Petri nets analysis by interval algebra. The interval algebra is traditionally used as a mathematical tool in the solution of problems related to uncertainty. In fact time Petri nets are characterized by presenting an uncertainty at the moment of its transitions firing. This imprecision is denoted by a firing interval. Thus, in this work the dynamics of the firing intervals throughout the evolution of the net is represented by a linear interval equation, which makes possible the calculation of transition firing intervals without generating the whole space of states to be explored, completely or partially. Also, this interval equation is used to solve a kind of inverse problem to the previous one. That is, given a time specification for a time Petri net to evalue from a state to another one any to compute the possibilities of firings between these two states, in case that it exists. Throughout the development of the approach, other important results have been obtained, such as: reduction methods for time Petri nets baseds interval approximation, reduction of the state space, and an alternative for the construction of the state graph with relative and absolute times. The developed approach was applied to different problems to compute metrics such as: maximum and minimum time separation ocurrence of two transition, the scheduling validation of firing sequence, times of cycles, among others.

CAPES / O objetivo deste trabalho é apresentar uma proposta de metodologia para o desenvolvimento de projetos de automação industrial com vistas a agregar as vantagens da utilização dos formalismos para representação dos Sistemas a Eventos Discretos com a necessidade de implementar os algoritmos utilizados em equipamentos de controle industrial. Tal metodologia propõe um conjunto de etapas para a construção do algoritmo de controle, baseando-se na Rede de Petri Interpretada utilizada para representação da planta controlada e da lógica de controle. Através desta metodologia é possível realizar o controle de um sistema de automação industrial garantindo que a lógica de controle não possua erros quando for executada. A utilização da metodologia foi exemplificada aplicado-a ao projeto de automação de dois casos práticos, onde o primeiro caso é utilizado para detalhar as etapas contidas na metodologia, já o segundo projeto prático possui uma especificação de funcionamento mais complexa, corroborando a utilização dos métodos formais para garantir a corretude lógica do processo. Buscando evidenciar a independência da metodologia frente à tecnologia utilizada para controlar tais processos, os algoritmos resultantes da execução da metodologia foram implementados em CLP e FPGA, sendo que a utilização de equipamentos de controle com características paralelas aponta uma tendência dos projetos de automação industrial. / The objective of this work is to present a proposed methodology for the development of industrial automation projects by aggregating the advantages of using formalisms for representing Discrete Event Systems with the need to implement algorithms considered in industrial control equipment. This methodology proposes a set of steps for the construction of the control algorithm, based on Interpreted Petri Net used to represent the plant to be controlled and the control logic. Through this method it is possible to control an industrial automation system ensuring that the control logic contains no errors when executed. The use of the methodology was exemplified by automating two study cases, where the former is used to detail the steps in the methodology, and the second presents a practical function with more complex specification, corroborating the use of formal methods to ensure the correctness of the process logic. In order to demonstrate the independence of the methodology regarding to the technology used to control such processes, algorithms resulting from the application of the methodology were implemented in PLC and FPGA, and the use of control equipment with parallel features shows a trend of industrial automation projects.

O objetivo dessa tese é formalizar a análise das redes de Petri temporais usando a álgebra intervalar como ferramental matemático. A álgebra intervalar é tradicionalmente usada na solução de problemas relacionados com imprecisão. Por sua vez, as redes de Petri temporais se caracterizam, por definição, por possuir um intervalo temporal que delimita os períodos mínimos e máximos de sensibilização das transições. Em consequência, a imprecisão quanto a data de disparo das transições ´e denotada por um intervalo. Assim, neste trabalho, a dinâmica dos intervalos de disparos ao longo da evolução da rede é modelada por uma equação linear intervalar, que possibilita o cálculo de intervalos de tempo de ocorrências de transições sem que seja necessário explorar, completa ou parcialmente, o espaço de estados. Essa mesma equação pode ser usada para tratar do problema inverso: identificar sequências de disparos de transições que permitam alcançar uma determinada marcação respeitando uma janela temporal pré-definida. Este problema foi denominado de alcançabilidade temporal. Ao longo do desenvolvimento dessa abordagem, outros importantes resultados foram obtidos, tais como: método enumerativo usando tempo global para análise via alcançabilidade da rede, métodos de redução baseados em aproximações intervalares, redução do espaço de estados, e uma alternativa para construção do grafo de estados com domínios relativos e intervalos de disparos com tempo absoluto. A abordagem desenvolvida foi aplicada a diferentes problemas a fim de calcular grandezas como: tempos máximo e mínimo entre a ocorrência de duas transições, validação de sequências de disparos, tempos de ciclos, entre outras. / The objective of this thesis is to establish formal conditions for time Petri nets analysis by interval algebra. The interval algebra is traditionally used as a mathematical tool in the solution of problems related to uncertainty. In fact time Petri nets are characterized by presenting an uncertainty at the moment of its transitions firing. This imprecision is denoted by a firing interval. Thus, in this work the dynamics of the firing intervals throughout the evolution of the net is represented by a linear interval equation, which makes possible the calculation of transition firing intervals without generating the whole space of states to be explored, completely or partially. Also, this interval equation is used to solve a kind of inverse problem to the previous one. That is, given a time specification for a time Petri net to evalue from a state to another one any to compute the possibilities of firings between these two states, in case that it exists. Throughout the development of the approach, other important results have been obtained, such as: reduction methods for time Petri nets baseds interval approximation, reduction of the state space, and an alternative for the construction of the state graph with relative and absolute times. The developed approach was applied to different problems to compute metrics such as: maximum and minimum time separation ocurrence of two transition, the scheduling validation of firing sequence, times of cycles, among others.

O presente trabalho consiste na apresentação da implementação de um software projetado para auxiliar o ensino de redes de Petri de alto nível. A partir da fundamentação sobre o assunto desenvolvida em cursos introdut6rios de modelagem de sistemas com redes de Petri foi especificado um sistema para ser usado em sala de aula. O sistema desenvolvido permite a demonstração das características gráficas e da semântica de alguns modelos tradicionais de redes de Petri, tais como redes condicao/evento, redes predicado-transição e redes coloridas. Redes de baixo nivel tambem podem ser demonstradas. O software foi elaborado de forma a permitir a utilização de redes já definidas em disquete. O usuário pode também definir novas redes utilizando o editor gráfico/compilador ou se valer de uma linguagem textual de baixo nível para descrever as redes. Após a obtenção da rede desejada, é possível a realização de demonstrações, simulando o funcionamento da mesma. O software permite ainda a execução de passos, o funcionamento "para trás" da rede e identifica, a cada estado alcançado, quais alterações estão habilitadas e quais estão em conflito. Um comando permite obter o caminho entre duas marcações da rede. O usuário pode selecionar regiões de interesse sobre a rede, que sera° mostradas com mais detalhe na tela. Usando o editor gráfico/compilador o usuário pode modificar redes durante o decorrer da apresentação. A interface com o usuário, voltada para o use em sala de aula, necessita como hardware um projetor de vídeo apropriado e um computador pessoal equipado com mouse. A utilização do compilador em sala de aula exige, no entanto, mais recursos computacionais que o simulador. Alguns modelos de redes de Petri não são suportados pelo compilador, mas podem ser implementados utilizando a linguagem de baixo nível do sistema. 0 usuário, professor ou aluno, encontrará neste trabalho instruções para o emprego pratico do sistema como instrumento para a realização de demonstrações didáticas. / This work describes the implementation of a software designed as a teaching aid for instructors of high-level Petri nets. A system for class-room use is described that is based on material developed during introductory courses of systems modelling with Petri nets. The class-room system permits the demonstration of the graphic properties and the semantics of some traditional nets, such as condition/event nets, predicate-transition nets and coloured nets, as well as low level nets. The software was designed to permit the use of nets already defined in diskettes. The user can define new nets using either the graphic editor/compiler or a low level textual language. Some models of Petri nets are not supported by the compiler, but can be implemented using the low level language. After obtaining the desired net, it is possible to perform demonstrations, simulating its operation.The software also allows step by step execution of nets, including backwards execution, and identifies, for every state, which alterations may happen and which are in conflict. A command permits the user to obtain the path between two markings of the net. The user may select regions of interest over the net, that will be shown with more detail in the screen. Using the graphic editor/compiler the user may modify the nets during the presentation. The hardware needs are a video projector and a personal computer equiped with a mouse.

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).