Sistemas Supervisórios Híbridos podem ser definidos como sistemas de controle cujos estados são representados por variáveis discretas e contínuas, e cuja dinâmica é determinada em função do tempo e da ocorrência de eventos discretos. O desenvolvimento desta classe de Sistemas Supervisórios pode ser dividido em duas fases. A 1ª Fase consiste na elaboração de um modelo protótipo para o Sistema Supervisório, que é descrito usando um formalismo, e que é validado com base nas especificações do problema. Na 2ª Fase, este modelo, já validado, é convertido na linguagem de programação do Sistema Supervisório propriamente dito. Esta tese concentra-se na 1ª Fase, para qual abordam-se três questões principais: (1) a escolha do formalismo de modelagem; (2) como construir o modelo do Sistema Supervisório Híbrido usando este formalismo; e (3) como validar o Sistema Supervisório Híbrido usando o modelo construído. Para questão (1), introduz-se um novo formalismo de modelagem baseado na aplicação dos conceitos de Orientação a Objetos (OO) às redes Predicado Transição Diferenciais (redes PTD). Este novo formalismo é chamado de redes PTD-OO. No que se refere a questão (2), é proposto um procedimento para obtenção do modelo do Sistema Supervisório em redes PTD-OO usando os diagramas da UML (‘Unified Modeling Language’). Finalmente, para a questão (3), o problema de validação é abordado através da definição de um conjunto de propriedades que o modelo em redes PTD-OO deve respeitar afim de que sejam garantidos os requisitos do Sistema Supervisório. Estas propriedades são, então, verificadas através de um procedimento proposto para análise de redes PTD-OO. / Hybrid Supervisory Systems can be described as control systems with states that are represented by both discrete and continuous variables. Their dynamics are function of time and depend also on the occurrence of discrete events. The development of Hybrid Supervisory Systems can be divided in two phases. In the 1st Phase, a prototype-model for the Supervisory System is described using a specific formalism and is validated based on the system requirements. In the 2nd Phase, this validated model is converted to the programming language of the Supervisory System. This thesis is focused on the 1st Phase of Hybrid Supervisory System development. It approaches three main issues: (1) the choice of the modelling formalism; (2) how to build the Hybrid Supervisory System model using this formalism; and (3) how to validate the Hybrid Supervisory System using this model. For issue (1), a new modelling formalism is introduced based on Differential Predicate Transition nets (DPT nets) and object-oriented (OO) paradigm. This new formalism is called DPT-OO net. Then, for the issue (2), a modelling procedure that assists the building of the DPT-OO net model using Unified Modelling Language (UML) diagrams is proposed. Finally, for the issue (3), the validation problem is approached by defining a set of properties of the DPT-OO net model that assures the Supervisory System requirements. These properties are then formally verified using a proposed analysis procedure.

O desempenho dos sistemas de Planejamento e Controle de Produção e dos sistemas de Planejamento e Controle de Chão-de-Fábrica é fortemente dependente da qualidade e confiabilidade dos dados de operação e da rapidez com que estes dados são obtidos para análise e acompanhamento da execução dos planos de produção. O processo de coleta e tratamento destes dados tem sido pouco detalhado nos modelos de referência encontrados na literatura. Este trabalho posicionou a utilização de sistemas supervisórios para a coleta de dados de produção em sistemas de planejamento e controle no ambiente da manufatura discreta, propondo um roteiro de atividades a serem consideradas no desenvolvimento de sistemas de planejamento. / The Production Planning and Control Systems and Shop Floor Control Systems performance are extremely dependent of the quality and reliability of the operational data and readiness in data collection process, in order to provide information to analyse the execution of production plans. The data collection process has been pour detailed in the reference models found in literature. This work locates the supervisory and control data acquisition systems role in the landscape of discrete manufacturing planning systems and proposes a routing of tasks to be considered in developing process of a manufacturing planning system.

Sistemas Supervisórios Híbridos podem ser definidos como sistemas de controle cujos estados são representados por variáveis discretas e contínuas, e cuja dinâmica é determinada em função do tempo e da ocorrência de eventos discretos. O desenvolvimento desta classe de Sistemas Supervisórios pode ser dividido em duas fases. A 1ª Fase consiste na elaboração de um modelo protótipo para o Sistema Supervisório, que é descrito usando um formalismo, e que é validado com base nas especificações do problema. Na 2ª Fase, este modelo, já validado, é convertido na linguagem de programação do Sistema Supervisório propriamente dito. Esta tese concentra-se na 1ª Fase, para qual abordam-se três questões principais: (1) a escolha do formalismo de modelagem; (2) como construir o modelo do Sistema Supervisório Híbrido usando este formalismo; e (3) como validar o Sistema Supervisório Híbrido usando o modelo construído. Para questão (1), introduz-se um novo formalismo de modelagem baseado na aplicação dos conceitos de Orientação a Objetos (OO) às redes Predicado Transição Diferenciais (redes PTD). Este novo formalismo é chamado de redes PTD-OO. No que se refere a questão (2), é proposto um procedimento para obtenção do modelo do Sistema Supervisório em redes PTD-OO usando os diagramas da UML (‘Unified Modeling Language’). Finalmente, para a questão (3), o problema de validação é abordado através da definição de um conjunto de propriedades que o modelo em redes PTD-OO deve respeitar afim de que sejam garantidos os requisitos do Sistema Supervisório. Estas propriedades são, então, verificadas através de um procedimento proposto para análise de redes PTD-OO. / Hybrid Supervisory Systems can be described as control systems with states that are represented by both discrete and continuous variables. Their dynamics are function of time and depend also on the occurrence of discrete events. The development of Hybrid Supervisory Systems can be divided in two phases. In the 1st Phase, a prototype-model for the Supervisory System is described using a specific formalism and is validated based on the system requirements. In the 2nd Phase, this validated model is converted to the programming language of the Supervisory System. This thesis is focused on the 1st Phase of Hybrid Supervisory System development. It approaches three main issues: (1) the choice of the modelling formalism; (2) how to build the Hybrid Supervisory System model using this formalism; and (3) how to validate the Hybrid Supervisory System using this model. For issue (1), a new modelling formalism is introduced based on Differential Predicate Transition nets (DPT nets) and object-oriented (OO) paradigm. This new formalism is called DPT-OO net. Then, for the issue (2), a modelling procedure that assists the building of the DPT-OO net model using Unified Modelling Language (UML) diagrams is proposed. Finally, for the issue (3), the validation problem is approached by defining a set of properties of the DPT-OO net model that assures the Supervisory System requirements. These properties are then formally verified using a proposed analysis procedure.

O desempenho dos sistemas de Planejamento e Controle de Produção e dos sistemas de Planejamento e Controle de Chão-de-Fábrica é fortemente dependente da qualidade e confiabilidade dos dados de operação e da rapidez com que estes dados são obtidos para análise e acompanhamento da execução dos planos de produção. O processo de coleta e tratamento destes dados tem sido pouco detalhado nos modelos de referência encontrados na literatura. Este trabalho posicionou a utilização de sistemas supervisórios para a coleta de dados de produção em sistemas de planejamento e controle no ambiente da manufatura discreta, propondo um roteiro de atividades a serem consideradas no desenvolvimento de sistemas de planejamento. / The Production Planning and Control Systems and Shop Floor Control Systems performance are extremely dependent of the quality and reliability of the operational data and readiness in data collection process, in order to provide information to analyse the execution of production plans. The data collection process has been pour detailed in the reference models found in literature. This work locates the supervisory and control data acquisition systems role in the landscape of discrete manufacturing planning systems and proposes a routing of tasks to be considered in developing process of a manufacturing planning system.

Os Sistemas Supervisórios (SS) executam diversas funções vitais em um processo automatizado e também operam como interface homem-máquina. Os mesmos recebem informações de dispositivos como Controladores Lógicos Programáveis (CLP), inversores de freqüência, etc, e ao mesmo tempo enviam parâmetros de controle fornecidos pelos operadores do processo aos equipamentos de controle. Na operação de SS, a atuação correta e a experiência dos operadores humanos é portanto também vital no controle do processo automatizado. Em recente trabalho(Andrade-2001) de pesquisa na Escola Politécnica da USP foi desenvolvido um Sistema Especialista para operar em tempo real com Sistemas Supervisórios para auxiliar na tomada de decisão dos operadores do sistema. Ao longo do tempo de operação de uma planta automatizada ocorrem novas situações que passam a compor os novos cenários do sistema e também contribuem para o aumento do conhecimento e da experiência dos operadores humanos. Assim sendo, Sistemas Especialistas constantemente devem ser atualizados com novas regras para atender às novas demandas da planta automatizada. Este trabalho de pesquisa apresenta os resultados obtidos com o Sistema Especialista desenvolvido para operar em tempo real com Sistemas Supervisórios, como também o andamento das pesquisas no campo de aprendizado de máquina e mineração de dados com o objetivo de desenvolver e de habilitar Sistemas Especialistas que operam em tempo real com a capacidade de aprender conforme ocorrem eventos durante o funcionamento de uma planta industrial automatizada. / Supervision systems ( SS ) perform diverse vital functions in an automated process and also operate as a man machine interface. The SS receive informations from devices as programmable logical Controllers (PLC), frequency inverters , etc, and at the same time send parameters of control supplied by the process users to the control equipment. In the SS operation, the correct actions and the experience of the human users are therefore vital in the control of the automated process. In a recent research work(Andrade-2001) of the USP Polytechnic School an Expert System was developed to interact in real time with a SS aiming to help in the decision-making process of the system users. During the operation time of an automated plant new situations occur, which come to compose the new system settings and also contribute to the increasing of the human users\' knowledge and experience. Thus, Expert Systems should be constantly brought up to date with these new rules for attend the new demands of the automated plant. This research work shows the results obtained by the expert system, developed to operate in real time with the supervisory systems. It also shows the course of the researches in the fields of machine learning and data mining with the objective of developing and enabling Expert Systems that operate in real time with the capacity to learn events as they happen during the operation of an automated industrial plant.

Os Sistemas Supervisórios (SS) executam diversas funções vitais em um processo automatizado e também operam como interface homem-máquina. Os mesmos recebem informações de dispositivos como Controladores Lógicos Programáveis (CLP), inversores de freqüência, etc, e ao mesmo tempo enviam parâmetros de controle fornecidos pelos operadores do processo aos equipamentos de controle. Na operação de SS, a atuação correta e a experiência dos operadores humanos é portanto também vital no controle do processo automatizado. Em recente trabalho(Andrade-2001) de pesquisa na Escola Politécnica da USP foi desenvolvido um Sistema Especialista para operar em tempo real com Sistemas Supervisórios para auxiliar na tomada de decisão dos operadores do sistema. Ao longo do tempo de operação de uma planta automatizada ocorrem novas situações que passam a compor os novos cenários do sistema e também contribuem para o aumento do conhecimento e da experiência dos operadores humanos. Assim sendo, Sistemas Especialistas constantemente devem ser atualizados com novas regras para atender às novas demandas da planta automatizada. Este trabalho de pesquisa apresenta os resultados obtidos com o Sistema Especialista desenvolvido para operar em tempo real com Sistemas Supervisórios, como também o andamento das pesquisas no campo de aprendizado de máquina e mineração de dados com o objetivo de desenvolver e de habilitar Sistemas Especialistas que operam em tempo real com a capacidade de aprender conforme ocorrem eventos durante o funcionamento de uma planta industrial automatizada. / Supervision systems ( SS ) perform diverse vital functions in an automated process and also operate as a man machine interface. The SS receive informations from devices as programmable logical Controllers (PLC), frequency inverters , etc, and at the same time send parameters of control supplied by the process users to the control equipment. In the SS operation, the correct actions and the experience of the human users are therefore vital in the control of the automated process. In a recent research work(Andrade-2001) of the USP Polytechnic School an Expert System was developed to interact in real time with a SS aiming to help in the decision-making process of the system users. During the operation time of an automated plant new situations occur, which come to compose the new system settings and also contribute to the increasing of the human users\' knowledge and experience. Thus, Expert Systems should be constantly brought up to date with these new rules for attend the new demands of the automated plant. This research work shows the results obtained by the expert system, developed to operate in real time with the supervisory systems. It also shows the course of the researches in the fields of machine learning and data mining with the objective of developing and enabling Expert Systems that operate in real time with the capacity to learn events as they happen during the operation of an automated industrial plant.

Submitted by Lucienne Costa (lucienneferreira@ufcg.edu.br) on 2018-04-20T14:54:29Z No. of bitstreams: 1 SÉRGIO EDOARDO CORREA DIAS – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 7223425 bytes, checksum: 1e47ec642d6afb7c8afce2e856badae9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-20T14:54:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SÉRGIO EDOARDO CORREA DIAS – DISSERTAÇÃO (PPGEE) 2017.pdf: 7223425 bytes, checksum: 1e47ec642d6afb7c8afce2e856badae9 (MD5) Previous issue date: 2017-03-24 / Em sistemas críticos, o erro humano e suas implicações constituem um desafio constan-te para pesquisadores, engenheiros e demais atores envolvidos direta ou indiretamente na execução dos processos. No contexto das subestações de transmissão de energia o erro introduzido durante a execução de manobras é impactante dado que eleva o risco para a integridade de pessoas e do sistema. Este trabalho propõe uma estratégia, apoiada por ferramenta de software, que visa a redução de erros na fase de execução de mano-bras sobre o sistema elétrico, em particular sobre o sistema de automação das subesta-ções de transmissão de energia. A estratégia é fundamentada no estudo do erro e na me-todologia de execução de manobras adotada na Companhia Hidroelétrica do São Fran-cisco – CHESF. A estratégia proposta para prevenção do erro consiste em guiar o passo-a-passo da execução de manobras de rotina e é voltada para as ações executadas através do sistema supervisório. Embora a ferramenta desenvolvida possa executar, sobre o supervisório, uma manobra selecionada pelo operador sem sua intervenção, a estratégia prevê apenas a execução guiada, deixando graus de liberdade para o operador intervir durante eventos imprevistos. Para validação da estratégia foram realizados testes opera-dores de uma subestação de transmissão de energia, os quais simularam a execução de manobras utilizando a ferramenta. Os testes objetivaram avaliar tanto a eficácia da es-tratégia proposta quanto a eficiência da ferramenta quando comparada à realização das manobras sem sua utilização. Os resultados preliminares são promissores. / In critical systems, human error and its implications constitute a constant challenge for researchers, engineers and other actors involved directly or indirectly in the operation of those systems. In the context of power transmission substations the error introduced during causes an impact impacting since it increases the risk levels to the integrity of people and system. This work proposes a strategy, supported by a software tool, which aims to reduce human errors during manoeuvres on the electric system, specially the automation system of the power transmission substations. The strategy is based on the study of the human error and also on the methods employed when performing manoeu-vres at CHESF, a Brazilian Hydroelectric Company at the São Francisco (river). This error prevention strategy consists of guiding the step-by-step performance of routine manoeuvres and is restricted to actions performed through the supervisory system. Alt-hough the developed tool could completely automate a manoeuvre selected by the oper-ator, without intervention, the strategy ensures the degrees of freedom necessary for intervention during unforeseen events. To validate the strategy, tests were performed with the participation of real operators from an energy transmission substation of CHESF. Those tests simulated the execution of manoeuvres adopting the proposed strategy and associated software tool. The tests aimed to evaluate both the effectiveness of the strategy and the efficiency of the tool, when compared to performing manoeuvres without its support. The preliminary results are promising.