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).

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).

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.

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.

[pt] Na etapa de testes de software, as falhas podem ser reveladas e em seguida diagnosticadas a fim de identificar os defeitos que a causaram. Os testes devem idealmente ser aplicados desde o nível da unidade até o nível mais elevado do software, como o teste de sistema. Em um destes níveis está o teste da interface gráfica, ou Graphical User Interface (GUI). Garantir o correto funcionamento da GUI quanto ao estado de seus elementos após diversos eventos de usuário, é tão importante quanto o teste de outras camadas, pois a GUI é um meio direto de interação com a aplicação, sendo o recurso que mais influencia em como será qualificada a experiência pelo usuário final. Este trabalho propõe uma abordagem de teste baseado em modelo, ou Model-Based Testing (MBT), utilizando Redes de Petri (RP) de alto nível para representar a interface gráfica. A Rede de Petri é uma ferramenta de modelagem e uma linguagem de especificação de base matemática que define graficamente a estrutura de sistemas especialmente concorrentes. Uma característica importante das RPs é que elas podem ser simuladas, permitindo que se observe o comportamento do sistema e que se obtenha a geração de casos de teste a partir dos caminhos executados na simulação. Foi investigada a geração de suítes de teste para interface gráfica a partir do modelo Rede de Petri. Para isso, considerou-se a relação entre as ações do usuário e os estados resultantes na GUI, percebendo como uma RP pode modelá-los. Uma ferramenta de apoio foi desenvolvida para que, a partir das simulações realizadas na Rede de Petri, suítes de teste fossem geradas na linguagem C mais mais, tornando possível a execução automática em um software de estudo. Por fim, o critério de teste Análise de Mutantes, que mede a eficácia da suíte gerada a partir da RP, foi empregado como um dos meios de validação deste trabalho. / [en] In software testing stage, faults can be revealed and then diagnosed to identify defects that caused it. Tests should ideally be applied from the unit level to the higher level of software, such as system testing. In one of these levels resides GUI (Graphical User Interface) testing. Ensuring the correct operation of the GUI on the state of its elements after various user events is as important as the other layers tests, since GUI is a direct way to interact with the application, being the feature that most influences how the experience will be qualified by the end user. This paper proposes a Model-Based Testing (MBT) approach using high-level Petri Nets (RP) to represent graphical user interface. Petri Net is a modeling tool and a mathematical specification language that graphically defines the structure of systems, specially the concurrent ones. An important feature of RPs is that they can be simulated, allowing one to observe the behavior of the system and to obtain the generation of test cases from the paths executed in the simulation. The generation of test suites for GUI from the Petri Net model was investigated. For this, we considered the relationship between user actions and resulting states in the GUI, realizing how an RP can model them. A support tool was developed so that, from the simulations of Petri Net, test suites were generated in C plus plus language, making it possible to auto-run them on a study software. Finally, the Mutation Analysis test criterion, which measures the effectiveness of the suite generated from RP, was employed as a means of validation of this work.

Empresas e instituições de pesquisa nacionais e internacionais tem concentrado esforços no sentido de desenvolver e promover a implementação do padrão internacional ISO 11783, baseado no protocolo de comunicação digital CAN (Contoller Network Area), para integração de dispositivos em máquinas e implementos agrícolas. Nesse contexto, é apresentado o desenvolvimento e a aplicação de um modelo baseado no formalismo das redes de Petri como uma ferramenta de suporte para a análise e implantação de uma rede CAN em aplicações com tempos-críticos. O modelo foi elaborado no ambiente para edição e simulação DesignCPN, sendo que a simulação é utilizada para a análise do desempenho e do comportamento de uma rede CAN com diferentes configurações que será embarcada em um veículo autônomo agrícola (VAA). / Intemational and national research institutions and companies have focused efforts to develop and promote the implementation of the international standard ISO 11783, based upon the digital communication protocol CAN (Controller Area Network), in order to integrate devices in machines and agricultural implements. Therefore, it is presented the development and the application of a model based on Petri nets\' formalism as a tool for the support, analysis and accomplishment of a CAN bus in time-critical applications. The model was constructed in an environrnent for edition and sirnulation of colored Petri nets, the software DesignCPN. The sirnulation was used for the analysis of the behavior and the performance the CAN bus for several configurations, which will be embedded in an Autonomous Agricultural Vehicle (VAA).

Os simuladores de treinamento têm se tornado cada vez mais populares, apresentando aplicações em diversas áreas, como na condução de veículos terrestres, aeronaves, procedimentos médicos, operações militares, entre outras. Estes simuladores podem ser classificados em diferentes grupos, de acordo com a finalidade do seu treinamento. Os simuladores que envolvem o treinamento de procedimentos têm a finalidade de capacitar o usuário na execução de atividades bem definidas, dando ênfase às ações que o usuário precisa efetuar e às relações de dependência existentes entre estas ações. As aplicações deste grupo de simuladores são o objeto deste trabalho e podem ser usadas em diversas situações, como na montagem, desmontagem, operação e manutenção de máquinas complexas, na execução de atividades que ofereçam risco ao usuário ou, possam causar dano ao equipamento utilizado. As vantagens associadas com o treinamento em Realidade Virtual têm aumentado a procura por este tipo de aplicação. Apesar disto, no cenário nacional, poucos trabalhos acadêmicos foram publicados nesta área de pesquisa. Com a finalidade de auxiliar o desenvolvimento de simuladores de procedimentos, este trabalho apresenta a proposta de um arcabouço de treinamento, que foi elaborado com base nos elementos obtidos na revisão da literatura e na investigação de outras arquiteturas e ferramentas. A revisão da literatura considerou diversas técnicas usadas na descrição dos cenários de treinamento, entre elas, podemos citar a Máquina de estados, Sistema baseado em regras, STORM, Grafos, Diagrama LORA e rede de Petri. O arcabouço proposto _e composto por uma arquitetura, que define os componentes e os conceitos envolvidos no treinamento de procedimentos, e uma biblioteca de software, planejada com base nesta arquitetura e elaborada com o propósito de facilitar o desenvolvimento de aplicações de treinamento. As características deste arcabouço foram verificadas e validadas através da implementação de dois casos de uso. O primeiro caso consiste em uma aplicação de simulação de troca de cruzeta em linha viva, onde o usuário realiza um procedimento de risco na manutenção de redes de distribuição, e o segundo caso, envolve a prática da montagem e desmontagem de uma Unidade Geradora Hidrelétrica. Em ambas as aplicações, o modelo de Máquina de estados foi utilizado de forma simplificada na representação dos objetos interativos, e o modelo de rede de Petri foi usado para representar os procedimentos de treinamento. / The simulators for training have become increasingly popular, with applications in several areas, such as in land vehicles, aircraft, medical procedures, military operations, among others. These simulators can be classified into different groups according to the purpose of their training. The simulators that involve the training of procedures are intended to empower the user to perform well defined activities, with an emphasis on the actions that the user needs to perform and on the existing dependencies between these actions. The applications of this group of simulators are the subject of this work, and can be used in various situations, such as in assembly, disassembly, operation and maintenance of complex machinery, in performing activities that poses any danger to the user, or may cause damage to the equipment. The advantages associated with virtual reality training have increased the demand for this type of application. Despite this, in Brazil, few papers have been published in this area of research. In order to assist the development of procedure simulators, this work proposes a framework for virtual training, which was based on evidences obtained in the literature review and while investigating other architectures and tools. The literature review found several techniques used in the description of the training scenarios, among them, we may mention the state machine, rule-based system, STORM, Graphs, LORA Diagram and Petri net. The proposed framework consists of an architecture, that defines the components and concepts involved in training procedures, and a software library, which was planned based on this architecture and elaborated with the purpose of facilitating the development of applications for training. The characteristics of this framework has been verified and validated through the implementation of two use cases. The first case is a application for simulating the exchange of a crosshead, where the user performs a risky procedure in the maintenance of distribution networks, and the second case, which involves assembling and disassembling of a Hydroelectric Generating Unit. In both applications, the model of simple state machine was used to represent the behavior of interactive objects, and the Petri net model was used to represent the training procedures.

Empresas e instituições de pesquisa nacionais e internacionais tem concentrado esforços no sentido de desenvolver e promover a implementação do padrão internacional ISO 11783, baseado no protocolo de comunicação digital CAN (Contoller Network Area), para integração de dispositivos em máquinas e implementos agrícolas. Nesse contexto, é apresentado o desenvolvimento e a aplicação de um modelo baseado no formalismo das redes de Petri como uma ferramenta de suporte para a análise e implantação de uma rede CAN em aplicações com tempos-críticos. O modelo foi elaborado no ambiente para edição e simulação DesignCPN, sendo que a simulação é utilizada para a análise do desempenho e do comportamento de uma rede CAN com diferentes configurações que será embarcada em um veículo autônomo agrícola (VAA). / Intemational and national research institutions and companies have focused efforts to develop and promote the implementation of the international standard ISO 11783, based upon the digital communication protocol CAN (Controller Area Network), in order to integrate devices in machines and agricultural implements. Therefore, it is presented the development and the application of a model based on Petri nets\' formalism as a tool for the support, analysis and accomplishment of a CAN bus in time-critical applications. The model was constructed in an environrnent for edition and sirnulation of colored Petri nets, the software DesignCPN. The sirnulation was used for the analysis of the behavior and the performance the CAN bus for several configurations, which will be embedded in an Autonomous Agricultural Vehicle (VAA).

Os simuladores de treinamento têm se tornado cada vez mais populares, apresentando aplicações em diversas áreas, como na condução de veículos terrestres, aeronaves, procedimentos médicos, operações militares, entre outras. Estes simuladores podem ser classificados em diferentes grupos, de acordo com a finalidade do seu treinamento. Os simuladores que envolvem o treinamento de procedimentos têm a finalidade de capacitar o usuário na execução de atividades bem definidas, dando ênfase às ações que o usuário precisa efetuar e às relações de dependência existentes entre estas ações. As aplicações deste grupo de simuladores são o objeto deste trabalho e podem ser usadas em diversas situações, como na montagem, desmontagem, operação e manutenção de máquinas complexas, na execução de atividades que ofereçam risco ao usuário ou, possam causar dano ao equipamento utilizado. As vantagens associadas com o treinamento em Realidade Virtual têm aumentado a procura por este tipo de aplicação. Apesar disto, no cenário nacional, poucos trabalhos acadêmicos foram publicados nesta área de pesquisa. Com a finalidade de auxiliar o desenvolvimento de simuladores de procedimentos, este trabalho apresenta a proposta de um arcabouço de treinamento, que foi elaborado com base nos elementos obtidos na revisão da literatura e na investigação de outras arquiteturas e ferramentas. A revisão da literatura considerou diversas técnicas usadas na descrição dos cenários de treinamento, entre elas, podemos citar a Máquina de estados, Sistema baseado em regras, STORM, Grafos, Diagrama LORA e rede de Petri. O arcabouço proposto _e composto por uma arquitetura, que define os componentes e os conceitos envolvidos no treinamento de procedimentos, e uma biblioteca de software, planejada com base nesta arquitetura e elaborada com o propósito de facilitar o desenvolvimento de aplicações de treinamento. As características deste arcabouço foram verificadas e validadas através da implementação de dois casos de uso. O primeiro caso consiste em uma aplicação de simulação de troca de cruzeta em linha viva, onde o usuário realiza um procedimento de risco na manutenção de redes de distribuição, e o segundo caso, envolve a prática da montagem e desmontagem de uma Unidade Geradora Hidrelétrica. Em ambas as aplicações, o modelo de Máquina de estados foi utilizado de forma simplificada na representação dos objetos interativos, e o modelo de rede de Petri foi usado para representar os procedimentos de treinamento. / The simulators for training have become increasingly popular, with applications in several areas, such as in land vehicles, aircraft, medical procedures, military operations, among others. These simulators can be classified into different groups according to the purpose of their training. The simulators that involve the training of procedures are intended to empower the user to perform well defined activities, with an emphasis on the actions that the user needs to perform and on the existing dependencies between these actions. The applications of this group of simulators are the subject of this work, and can be used in various situations, such as in assembly, disassembly, operation and maintenance of complex machinery, in performing activities that poses any danger to the user, or may cause damage to the equipment. The advantages associated with virtual reality training have increased the demand for this type of application. Despite this, in Brazil, few papers have been published in this area of research. In order to assist the development of procedure simulators, this work proposes a framework for virtual training, which was based on evidences obtained in the literature review and while investigating other architectures and tools. The literature review found several techniques used in the description of the training scenarios, among them, we may mention the state machine, rule-based system, STORM, Graphs, LORA Diagram and Petri net. The proposed framework consists of an architecture, that defines the components and concepts involved in training procedures, and a software library, which was planned based on this architecture and elaborated with the purpose of facilitating the development of applications for training. The characteristics of this framework has been verified and validated through the implementation of two use cases. The first case is a application for simulating the exchange of a crosshead, where the user performs a risky procedure in the maintenance of distribution networks, and the second case, which involves assembling and disassembling of a Hydroelectric Generating Unit. In both applications, the model of simple state machine was used to represent the behavior of interactive objects, and the Petri net model was used to represent the training procedures.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:52:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Análise de requisitos é uma tarefa crítica em qualquer projeto de Sistema Embarcado de Tempo-Real (ERTS). Normalmente, esses sistemas possuem restrições severas de tempo que precisam ser satisfeitas para o correto funcionamento, visto que violações podem ser catastróficas, tais como perdas de vidas ou grande quantias de recursos financeiros. Além disso, existem sistemas onde energia é outra restri»c~ao que também precisa ser satisfeita. Assim, a descoberta precoce dos potenciais problemas podem reduzir os riscos da propagação dos erros da especificação para o código final. É importante ressaltar que o custo da detecção de um erro após a entrega do sistema é, no mínimo, 10-100 vezes maior do que ele tivesse sido detectado em tempo de especificação do sistema. Atualmente, a forma mais amplamente usada para modelar requisitos de sistemas críticos é através das linguagens semiformais, tais como SysML (System Modelling Lan- guage) ou UML (Unified Modeling Language), devido principalmente a sua notação amigável e intuitiva. No entanto, os modelos semiformais gerados por essas linguagens, por si só não fornecem suporte para avaliação de desempenho das especificações dos sis- temas, assim, faz-se necessário o mapeamento destes modelos semiformais para modelos formais. Pois, modelos formais são apoiados por fundamentos matemáticos sólidos, que suportam sua semântica precisa, estimulam a avaliação de desempenho e fornecem su- porte para verificações das propriedades qualitativas e análises. Esses modelos formais, no entanto, não são intuitivos e requerem um considerável esforço por parte dos proje- tistas para entenderem a notação usada. Assim, é sensato adotar o uso colaborativo dos modelos semiformais e formais. Portanto, afím de obter a integração dos modelos formais e semiformais, este trabalho propõe o mapeamento dos diagramas comportamentais da SysML em uma Rede de Petri Temporizada. As restrições de tempo e anotações energia são representadas pelo novo profile da UML MARTE (Modeling and Analysis of Real-time and Embedded systems). Além disso, uma metodologia de avaliação de desempenho das especifícas de sistemas críticos é proposta, com o intuito de auxiliar o processo de modelagem e avaliação. Por fim, estudos de caso são apresentados mostrando a aplicabilidade deste trabalho