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XV SEMINÁRIO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO DA UFMG
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
XV SEMINÁRIO DE
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Resumos das Monografias
de Projeto de Final de Curso
23 de Novembro a 08 de Dezembro de 2010
Belo Horizonte – Minas Gerais
XV SEMINÁRIO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO DA UFMG
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Apresentação
Estes Anais (eletrônicos) do XV Seminário de Engenharia de Controle e Automação da UFMG
– Universidade Federal de Minas Gerais apresentam os resumos dos Projetos de Final de
Curso (PFC) dos alunos de graduação, realizados como um dos requisitos para a obtenção
do grau de Engenheiro(a) de Controle e Automação da UFMG. As defesas desses projetos se
darão durante o Seminário, na presença de bancas examinadoras compostas, cada uma, pelo
professor orientador, pelo supervisor e por um membro externo ao projeto.
Cada PFC é executado durante dois semestres letivos e representa a elaboração de um
projeto completo de engenharia: o estudo de um problema de controle / automação, a sua
concepção, simulação, implantação de uma solução e a documentação sob a forma de uma
Monografia.
Esta Comissão deseja agradecer aos professores orientadores da Escola de Engenharia, pelo
acompanhamento acadêmico dos alunos, e aos supervisores das empresas e dos
departamentos (da Escola) que os acolheram, viabilizando a realização de seus Projetos de
Final de Curso, ajudando a mantê-los em alto nível e completando a formação desses futuros
engenheiros para o nosso país.
Belo Horizonte,novembro de 2010
Comissão Organizadora do XIV Seminário
de Engenharia de Controle e Automação
Prof. Walmir Matos Caminhas, DELT-UFMG - Coordenador
Prof. Bruno Otávio Teixeira Soares, DELT-UFMG – Sub-Coordenador
XV SEMINÁRIO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO DA UFMG
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RELAÇÃO DOS TRABALHOS
SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE, SUPERVISÃO E PROTEÇÃO DE SUBESTAÇÃO DE
ENERGIA USANDO A NORMA IEC 61850
Aluno: Christian Martins Braga Daldegan Orientador: Prof. Wallace do Couto Boaventura (DEE/UFMG) Supervisor: Roberto Miranda Assis Pereira
DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA PARA AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE
SISTEMAS DE ALARMES
Aluno: Christiano Gouveia de Oliveira Orientador: Prof. Renato Cardoso Mesquita (DEE/UFMG) Supervisor: Leandro Pfleger de Aguiar (Chemtech)
MODELAGEM E CONTROLE DE TEMPERATURA DO FORNO NASSHEUER 4000-2 DA
V&M DO BRASIL
Aluno: Daniel Brognaro Penido Orientador: Profa. Carmela Maria Polito Braga, Dra. (DELT-UFMG) Supervisor: Eng. Marcelo Versiani Carneiro (V&M DO BRASIL)
PREDIÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO DE GASES E COMBUSTÍVEIS NA USIMINAS
Aluno: Daniel Faria Almada Orientador: Prof. Walmir Matos Caminhas (DELT/UFMG) Supervisor:
Engº. Hiroshi Jorge Takahashi (Usiminas)
AVALIAÇÃO DE TÉCNICAS DE CONTROLE AVANÇADO APLICADAS EM UM FORNO
DE ENDURECIMENTO DE PELOTAS DE MINÉRIO DE FERRO
Aluno: Daniel Quintão Borim Orientador: Prof. Fábio Gonçalves Jota (DELT/UFMG) Supervisor: Eng. Alessandro Marques Monteiro
MODELAGEM DO PROCESSO DE ANÁLISE DE AMOSTRAS DE MINÉRIO EM UM
PORTO UTILIZANDO SIMULAÇÃO
Aluno: Daniel Xavier Wolbert Orientador: Prof. Martín Gómez Ravetti Supervisor: Eng. Paulo Maurício Laurentys de Almeida
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PREVISÃO DE PERDA TÉRMICA DO AÇO LÍQUIDO EM ACIARIA UTILIZANDO
TÉCNICAS DE INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL
Aluno: Diego Romaf Soares Francisco Orientador: Prof. Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes (DELT/UFMG) Supervisor: Eng. Breno Totti Maia (Gerdau Aços Longos S.A.)
IDENTIFICAÇÃO DE SISTEMAS PARA UMA AERONAVE LEVE
Aluno: Dimas Abreu Dutra Orientador: Prof. Luis Antônio Aguirre (DELT/UFMG) Supervisor: Prof. Paulo Iscold (DEMEC/UFMG)
AUTOMAÇÃO DE UMA MÁQUINA PARA FABRICAÇÃO DE BORDÕES PARA PIANOS
Aluno: Felipe Nascimento Vianna Orientador: Prof. Eduardo Mazoni Marçal Mendes (DELT/UFMG) Supervisor:
Osvaldo Silva Vianna
AUTOMATIZAÇÃO DE ENSAIOS DE MODELO EM RELÉS DE PROTEÇÃO UTILIZANDO
SIMULADOR DIGITAL EM TEMPO REAL
Aluno: Fernanda Vieira de Paula Orientador: Prof. Clever S. Pereira Filho (DEE/UFMG) Supervisor: Eng. Weber Melo de Sousa
DESENVOLVIMENTO DE UMA INTERFACE PARA DETERMINAÇÃO DE ALTERAÇÕES
HEMODINÂMICAS EM AMBIENTES DE MICROGRAVIDADE VIA ANÁLISE DE SINAIS EM
ELETROCARDIOGRAMAS
Aluno: Flávio Henrique de Vasconcelos Alves Orientador: Prof. Eduardo Mazoni Marçal Mendes (DELT/UFMG) Supervisor: Michel Bernanos
SISTEMA DE ESTACIONAMENTO AUTOMÁTICO PARA UM VEÍCULO AUTÔNOMO
Aluno: Frederico Saraiva Vória Orientador: Prof. Guilherme Augusto Silva Pereira (DEE/UFMG) Supervisor: Prof. Leonardo Antônio Borges Tôrres (DELT/UFMG)
DESENVOLVIMENTO DE UM SIMULADOR PARA UM VEÍCULO AUTÔNOMO
Aluno: Guilherme Lage Becker Orientador: Prof. Luciano Cunha de Araújo Pimenta (DELT/UFMG) Supervisor: Prof. Guilherme Augusto Silva Pereira (DEE/UFMG)
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PROJETO DE UM SISTEMA DE MEDIÇÃO PARA UM MANIPULADOR ROBÓTICO
VISANDO A MANUTENÇÃO PREDITIVA
Aluno: Gustavo Mendes d’Angelis Orientador: Prof. Luciano Cunha de Araújo Pimenta (DELT/UFMG) Supervisor: Renato Márcio Lemos de Oliveira
CONTROLE DE CONVERSORES ESTÁTICOS PARA TURBINA EÓLICA
Aluno: Igor Freitas Barros Orientador: Prof. Selênio Rocha Silva (DEE/UFMG) Supervisor: Clodualdo Venício de Sousa
UM ESTUDO SOBRE COMPACTAÇÃO DE DADOS EM UM SISTEMA PIMS
Aluno: João Henrique Aguiar de Abreu Orientador: Prof. Hani Camille Yehia (DELT/UFMG) Supervisor: Alessandro Giovani de Melo (APTA Sistemas de Automação)
DESENVOLVIMENTO DE UM FRAMEWORK PARA A UTILIZAÇÃO NA IMPLEMENTAÇÃO
DE SISTEMAS SUPERVISÓRIOS UTILIZANDO A PLATAFORMA .NET
Aluno: João Paulo Arruda Amaral Orientador: Prof. Renato Cardoso Mesquita (DEE/UFMG) Supervisor: Bruno Otavio Soares Teixeira (DELT/UFMG)
VIABILIDADE ECONÔMICA DE PROJETOS DE AUTOMAÇÃO UTILIZANDO O MÉTODO
DO TCO
Aluno: Juliana de Brito Campos Orientador: Prof. Leonardo Pereira Santiago (DEP/UFMG) Supervisor:
Engenheiro Geraldo Roque (Accenture Plant and Automation Solutions)
MODELAGEM DA MEDIÇÃO DE TEMPERATURA DE TUBOS NO PROCESSO DE
LAMINAÇÃO CONTÍNUA DA V & M DO BRASIL
Aluno: Marconi de Assis Silva Orientador: Prof. Flávio Henrique Vasconcelos (DEE/UFMG) Supervisor: Romildo Rofino de Castro (V&M do Brasil)
PROJETO DO SISTEMA DE SUPERVISÃO E CONTROLE DO PADRÃO PRIMÁRIO PARA
MEDIÇÃO DE MICROVAZÕES MICROGAS/BRASIL
Aluno: Mateus Corrêa Jóia Orientador: Prof. Eduardo José Lima II (DEMEC/UFMG) Supervisor: Eng. Maria Luiza Moraes dos Santos
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SISTEMA DE RELATÓRIOS PARA OPERAÇÃO/MANUTENÇÃO - BENEFÍCIOS
TRAZIDOS PELA TECNOLOGIA OPC
Aluno: Oliveiros César de Paula Arantes Soares Orientador: Prof. Luiz Themystokliz Sanctos Mendes (DELT/UFMG) Supervisor: Eng. Henrique Venturini Maia (DALTEC Consultoria em Engenharia e
Projetos)
ADAPTAÇÕES EM UM FRAMEWORK DE MES PARA O PROCESSO DE MINERAÇÃO DE
METAIS FERROSOS
Aluno: Paulo Tadeu Gonçalves Pinto Orientador: Prof. Roberto Galery, Dr. (DEMIN/UFMG) Supervisor: Engo Jardel Queiroz (Accenture)
ARQUITETURA CLIENTE/SERVIDOR PARA COMANDO REMOTO DE UM AUTOMÓVEL
Aluno: Pedro Sampaio Cotta Orientador: Prof. Luciano Cunha de Araújo Pimenta (DELT/UFMG) Supervisor: Danilo Alves de Lima
INTEGRAÇÃO DIRETA DE DADOS ENTRE CLPS E NÍVEL DE GESTÃO ATRAVÉS DE
DISPOSITIVO DO TIPO MES INTERFACE PARA PLANTA DE LINGOTAMENTO
CONTÍNUO DA GERDAU
Aluno: Rafael Augusto Oliveira Reis Orientador: Prof. Luiz Themystokliz Sanctos Mendes (DELT/UFMG) Supervisor: André de Melo Franco Costa Reis
PROJETO E REGULAÇÃO DE CONTROLADORES FUZZY TAKAGI-SUGENO EM
SISTEMAS DE CONTROLE LABORATORIAIS: UMA ABORDAGEM ALTERNATIVA PARA
O CONTROLE NÃO-LINEAR
Aluno: Rafael Ferreira dos Santos Orientador: Prof. Reinaldo Martinez Palhares (DELT/UFMG) Supervisor: Prof. Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes (DELT/UFMG)
PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMA DE AUTOMAÇÃO UTILIZANDO REDE
PROFIBUS PA
Aluno: Richardson Ramos Pacó Orientador: Profa. Maria Auxiliadora Muanis Persechini (DELT/UFMG) Supervisor: Nely Lúcio de Carvalho (Usiminas)
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UNIDADE TERMINAL REMOTA DE CONTROLE DE ACESSO FÍSICO
Aluno: Rodrigo Freire Fonseca Orientador: Prof. Julio Cezar David de Melo (DELT/UFMG) Supervisor: Marcos José Carneiro Santos
MODELAGEM E CONTROLE DAS VAZÕES DOS REAGENTES DE UM REATOR DE
TRANSESTERIFICAÇÃO
Aluno: Saulo Henrique Ribeiro Figueiredo Orientador: Prof. José Carlos Rodrigues de Oliveira (DELT/UFMG) Supervisor: Eng° Vinícius Geraldo Rodrigues Gomes
DESENVOLVIMENTO DE UM SERVIDOR OPC UNIFIED ARCHITECTURE PARA
COMUNICAÇÃO COM UMA PLACA DE AQUISIÇÃO DE DADOS NI-DAQMX
Aluno: Túlio de Castro Macedo Orientador: Profa. Maria Auxiliadora Muanis Persechini (DELT/UFMG) Supervisor: Carlos Filipe Paula Lima
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SISTEMA DIGITAL DE CONTROLE, SUPERVISÃO E PROTEÇÃO DE
SUBESTAÇÃO DE ENERGIA USANDO A NORMA IEC 61850
Aluno: Christian Martins Braga Daldegan Orientador: Prof. Wallace do Couto Boaventura (DEE/UFMG) Supervisor: Roberto Miranda Assis Pereira
No setor elétrico, onde detecção de falhas e tomadas de decisão devem ocorrer em
milissegundos ou até mesmo em microssegundos, torna-se essencial um sistema de
automação que garanta a proteção, confiabilidade, seletividade e velocidade em sua
operação. Justamente por existir essas particularidades, a tecnologia nesse setor avançou de
forma especialista, tornando-o uma ramificação a parte na área de automação. Enquanto nos
diversos processos industriais o equipamento de automação predominante é o CLP –
Controlador Lógico Programável, em subestações de energia prevalecem os chamados IED –
Intelligent Electronic Device, equipamentos com grande capacidade para resolver os
problemas intrínsecos aos sistemas elétricos de potência, seja do ponto de vista das funções
de proteção ou nas funcionalidades de medição, controle, supervisão, comunicação e análise
de eventos (registros seqüenciais e oscilografias). Tamanha é a especialização do setor que,
em busca de uma padronização com aplicabilidade específica para subestações de energia,
foi formulada a norma IEC 61850. Nesse padrão, as soluções vão além de especificações de
protocolos de comunicação, pois modifica-se significativamente o circuito funcional de uma
subestação, reduzindo o número de conexões elétricas envolvidas, uma vez que sua principal
característica é a interoperabilidade entre equipamentos de diversos fabricantes. O presente
trabalho se insere nesse contexto e aborda a solução de automação implantada nas
subestações da Mineradora Vale, situadas no Terminal Marítimo de Ponta da Madeira em
São Luís/MA. Essas serão as primeiras subestações da Mineradora a serem operadas em
conformidade com a norma IEC 61850. Diante dessa inovação, é apresentado um estudo
comparativo das vantagens e desvantagens de utilização desse padrão e as conclusões
obtidas com a consolidação do projeto. Enfatiza-se também o estudo das estratégias
adotadas para a arquitetura de rede do sistema, redundância e comunicação. De acordo com
as especificações de funcionamento, detalham-se as soluções encontradas durante o
desenvolvimento do software de supervisão SCADA – System Control and Data Acquisition, e
durante a implementação das lógicas de programação desenvolvidas nos Relés Inteligentes
da linha Siprotec 4 da Siemens. Aborda-se também a filosofia de testes adotada para
validação do projeto e os resultados obtidos após o desenvolvimento de toda solução de
engenharia, até então inédita em subestações da Mineradora Vale de todo Brasil.
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DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA PARA AVALIAÇÃO DE
DESEMPENHO DE SISTEMAS DE ALARMES
Aluno: Christiano Gouveia de Oliveira Orientador: Prof. Renato Cardoso Mesquita (DEE/UFMG) Supervisor: Leandro Pfleger de Aguiar (Chemtech)
Até a década de 1980, os sistemas de alarmes eram formados por conjuntos de lâmpadas,
sirenes e um botão de reconhecimento que alertavam o operador quando algum evento crítico
ocorria na planta. Nesta época, o número de alarmes era limitado pelo espaço nos painéis
das salas de controle e pelo custo de instalação, por isso a inclusão de um novo alarme ao
sistema deveria ser devidamente justificada. Esta situação mudou com a adoção de sistemas
de controle digitais, por meio dos quais a configuração de um novo alarme tornou-se uma
tarefa simples e barata. Neste novo cenário observou-se um aumento significativo do número
de alarmes nos sistemas de supervisão, que passaram a exibir mensagens de alarme numa
velocidade maior que a capacidade dos operadores de tratá-los. Devido à necessidade de
tornar o sistema de alarmes mais objetivo, surgiram práticas de gerenciamento dos mesmos,
com o objetivo de otimizar a geração de alarmes em uma planta industrial. Neste trabalho é
apresentado o desenvolvimento de uma ferramenta de auxílio à atividade de identificação de
alarmes mal configurados e de diagnóstico de sistemas de alarmes a partir de seus arquivos
de log. No software desenvolvido, a identificação de alarmes ocorre de duas maneiras: por
meio de análises estatísticas recomendadas pela EEMUA 191, norma que apresenta as
principais práticas para projeto de sistemas de alarmes, ou por meio de técnicas de
mineração de dados, que identificam regras de associação entre alarmes. Destaca-se que o
resultado da mineração de dados é apresentado na forma de uma rede complexa com qual é
possível identificar de maneira intuitiva relações de redundância entre alarmes.
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MODELAGEM E CONTROLE DE TEMPERATURA DO FORNO
NASSHEUER 4000-2 DA V&M DO BRASIL
Aluno: Daniel Brognaro Penido Orientador: Profa. Carmela Maria Polito Braga, Dra. (DELT-UFMG) Supervisor: Eng. Marcelo Versiani Carneiro (V&M DO BRASIL)
Atualmente, na indústria siderúrgica, produtos manufaturados por processos de
conformação a frio como trefilação, normalmente perdem propriedades mecânicas
importantes para suas aplicações. Dessa forma, os fornos de tratamento térmico de aço são
muito importantes no processo produtivo, pois garantem, através do controle de temperatura
das zonas térmicas e da taxa de resfriamento, a mudança das microestruturas do aço e,
consequentemente, a recuperação das propriedades. Objeto de estudo da Engenharia de
Controle e Automação, o controle de temperatura das zonas térmicas do Forno só é
alcançado através da manipulação das vazões de combustíveis que devem ser devidamente
controladas. Neste contexto, este projeto discute, brevemente, a instalação de válvulas de
controle, necessárias para a operação em modo automático do Forno Nassheur 4000-2, já
que este Forno operava de forma manual. Em um segundo momento, o trabalho propõe uma
modelagem para as malhas de vazão e temperatura e uma sintonia de controladores PI para
as malhas-escravo de vazão de ar de combustão e gás misto e controladores PID para as
malhas-mestre de temperatura do Forno em questão. A metodologia abordada utiliza os
métodos da resposta complementar e de ajuste de curvas como técnicas de modelagem de
sistemas dinâmicos e o método da síntese direta para a sintonia de controladores. Ao final do
trabalho são evidenciados os resultados da sintonia e as melhorias que o controle automático
de temperatura trouxe para o processo.
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PREDIÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO DE GASES E COMBUSTÍVEIS NA
USIMINAS
Aluno: Daniel Faria Almada Orientador: Prof. Walmir Matos Caminhas (DELT/UFMG) Supervisor: Engº. Hiroshi Jorge Takahashi (Usiminas)
Durante alguns processos da fabricação do aço em uma usina siderúrgica, são gerados diversos gases e outros tantos são utilizados para o enriquecimento do metal ou outras operações na usina. Os gases são armazenados em gasômetros ou esferas em caso de sobra e, esgotada a capacidade de armazenamento, o restante é liberado para atmosfera ou queimado. A queima ou liberação desses gases traz prejuízos econômicos e ambientais, já que alguns gases podem ser reaproveitados como combustíveis. Assim, a predição dos níveis armazenados podem ajudar a evitar o desperdício dos gases . Para as predições, são utilizadas técnicas de identificação de sistemas e inteligência computacional. São propostos modelos ARX, NARX e neuro-fuzzy e os resultados obtidos são comparados. No fim, são escolhidos para implementação os modelos neuro-fuzzy, que apresentam resultados muito bons e um baixo custo computacional. A implementação é feita na usina e os ganhos de aproveitamento e a economia de combustível complementar são bastante satisfatórios. Além disso, a predição torna mais segura as manobras dos operadores.
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AVALIAÇÃO DE TÉCNICAS DE CONTROLE AVANÇADO APLICADAS
EM UM FORNO DE ENDURECIMENTO DE PELOTAS DE MINÉRIO DE
FERRO
Aluno: Daniel Quintão Borim Orientador: Prof. Fábio Gonçalves Jota (DELT/UFMG) Supervisor: Eng. Alessandro Marques Monteiro
O forno de endurecimento de pelotas de minério de ferro é a última etapa do processo
pelotização. Neste, as pelotas sofrem várias transformações químicas e físicas em um
ambiente altamente oxidante para adquirirem as propriedades necessárias para seu
transporte e utilização nas indústrias metalúrgicas. Esta grande máquina de queima possui
diversas malhas de controle de temperatura, de pressão e de velocidade da grelha que
conduz as pelotas ao longo de todo o processo de endurecimento. Objetiva-se, neste projeto
final de curso, avaliar técnicas de controle clássicas e avançadas visando melhorar a
regulação de temperatura na zona de queima do forno.
O presente trabalho realiza todas as etapas fundamentais para se desenvolver e aplicar um
projeto de controle - aborda a descrição do processo investigado, a sistematização do
problema, a modelagem matemática das malhas, a sintonia dos controladores PIDs, o projeto
de desacopladores e controladores feedforward, a implementação prática das estratégias
desenvolvidas e, finalmente, a avaliação dos resultados obtidos.
A modelagem matemática do processo é feita através de ensaios de degrau em malha aberta,
aplicados às variáveis de interesse da planta. Para tanto, desenvolveu-se uma identificação
dos parâmetros dos modelos de primeira ordem mais tempo morto e também de segunda
ordem, através do "Método da Resposta Complementar".
A sintonia dos controladores PIDs foi feita utilizando-se os modelos de segunda ordem do
processo. Os parâmetros dos controladores foram obtidos através do método da Síntese
Direta para uma resposta ao degrau de malha fechada desejada de primeira ordem.
As técnicas de controle avançado desenvolvidas foram os desacopladores e os
compensadores antecipatórios, (feedforward). Seus parâmetros foram obtidos de maneira
algébrica e foram aplicados visando reduzir o efeito de acoplamento entre as malhas de
controle e da perturbação da taxa de alimentação de pelotas nas temperaturas dos grupos de
queima. O grau de interação existente entre as malhas de controle antes e depois do
desacoplamento foi determinado através da matriz de ganhos relativos, MGR.
Todos os procedimentos utilizados no desenvolvimento dos controladores e compensadores e
os resultados obtidos com a implementação prática, são descritos e avaliados neste projeto
final de curso.
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MODELAGEM DO PROCESSO DE ANÁLISE DE AMOSTRAS DE
MINÉRIO EM UM PORTO UTILIZANDO SIMULAÇÃO
Aluno: Daniel Xavier Wolbert Orientador: Prof. Martín Gómez Ravetti (DEP/UFMG) Supervisor: Eng. Paulo Maurício Laurentys de Almeida
A presente monografia apresenta a modelagem dos ensaios metalúrgicos do laboratório de
análise de amostras de minério do porto de São Luís, de uma grande mineradora,visando
avaliar a sua capacidade para futuras expansões. A ferramenta utilizada foi simulação a
eventos discretos. O trabalho aborda desde a concepção inicial do problema, passando pela
definição dos elementos da análise, coleta de dados,construção,verificação e validação dos
modelos conceituais e computacionais e análise de cenários. Para o último caso, foi avaliado
qual seria o impacto do tempo de análises dado um possível aumento da demanda de minério
exportado.
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PREVISÃO DE PERDA TÉRMICA DO AÇO LÍQUIDO EM ACIARIA
UTILIZANDO TÉCNICAS DE INTELIGÊNCIA COMPUTACIONAL
Aluno: Diego Romaf Soares Francisco Orientador: Prof. Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes (DELT/UFMG) Supervisor: Eng. Breno Totti Maia (Gerdau Aços Longos S.A.)
O processo de produção de aço pode ser dividido em quatro etapas principais: redução,
refino, solidificação e conformação. Na etapa de refino, o refino secundário é a parte do
processo de produção responsável por ajustar a composição química e principalmente por
acertar a temperatura do aço, para posterior solidificação deste último. O controle da
temperatura do aço líquido ao longo do processo de produção é de fundamental importância
para se atingir os requisitos de qualidade e produtividade exigidos. Este trabalho tem por
finalidade estabelecer uma metodologia de modelagem da perda térmica do aço líquido em
uma aciaria utilizando Redes Neurais Artificiais, permitindo assim a realização deste controle
de temperatura do aço líquido. A interação entre os aspectos que causam a variação de
temperatura do aço é complexa, pois envolve um grande número de variáveis e é de natureza
não linear. A ausência do emprego de uma solução eficiente para predizer a perda térmica do
aço líquido no processo acarreta muitas vezes em uma perda energética por super
aquecimento do banho no refino secundário, incorrendo em prejuízos para a empresa. A
utilização de Redes Neurais Artificiais para a modelagem do sistema é motivada
principalmente pela habilidade das mesmas em capturar o comportamento do sistema a partir
de dados históricos, em situações onde não se conhece explicitamente a influência e a
relação entre as variáveis no processo. O desempenho da modelagem foi avaliado e se
mostrou superior aos resultados obtidos com a solução atual encontrada na empresa, que
utiliza uma regressão estática de curvas como abordagem para o problema.
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IDENTIFICAÇÃO DE SISTEMAS PARA UMA AERONAVE LEVE
Aluno: Dimas Abreu Dutra Orientador: Prof. Luis Antônio Aguirre (DELT/UFMG) Supervisor: Prof. Paulo Iscold (DEMEC/UFMG)
Modelos dinâmicos de aeronaves são de grande utilidade. Eles oferecem informação para
análise da aeronave e avaliação de seu desempenho. São essenciais para o projeto de
sistemas de controle automático e podem ser utilizados para a programação de simuladores
para o treinamento de pilotos. A simulação e análise utilizando modelos matemáticos pode
ser utilizada também para a reconstrução de condições de voo para investigação de
acidentes ou a verificação do cumprimento de requisitos cujo teste em voo oferece perigo
para tripulação e aeronave. Este trabalho descreve a identificação de sistemas para obtenção
de modelos de mecânica de voo e seus parâmetros associados para uma aeronave leve, o
ACS-100 Sora, a partir de dados coletados em ensaios em voo. São abordados quatro temas
principais: manobras, o planejamento dos experimentos para a coleta de dados; medidas, os
instrumentos e sistema de aquisição de dados; os modelos matemáticos utilizados para
explicar os dados e sua parametrização; e por fim os métodos utilizados para a estimação dos
parâmetros desconhecidos. Esses aspectos formam os requisitos Quad-M que devem ser
cuidadosamente escolhidos para a obtenção de modelos mais representativos da dinâmica
real da aeronave. São desenvolvidos neste trabalho os modelos matemáticos para o
movimento completo da aeronave a partir dos princípios físicos da mecânica de voo e são
apresentadas simplificações para a separação das dinâmicas longitudinais e latero-direcionais
e a separação de modos dinâmicos como o período curto e a fugóide. Foram planejadas
manobras para excitação dos modos do período curto, dutch roll e rolamento puro e são
mostrados os procedimentos para a execução de cada experimento. Para a estimação dos
parâmetros foram utilizados métodos de máxima verossimilhança. As estimativas iniciais são
obtidas com o método do erro de equação e são em sequência refinadas com o método do
erro de saída ou método do erro de predição com o filtro de Kalman estendido (EKF). Os
resultados obitidos são, por fim, validados com massas de dados diferentes das utilizadas
para a estimação utilizando como critério as tolerâncias para certif icação de simuladores da
agência certificadora dos Estados Unidos, a FAA. A qualidade dos ajustes e faixas estimadas
de incerteza nos leva a crer que os modelos e parâmetros obtidos podem ser utilizados para a
programação do simulador de voo e sintonia do controle automático para auxílio a pilotagem,
dois projetos relacionados do Centro de Estudos Aeronáuticos (CEA) para implementação no
Sora.
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AUTOMAÇÃO DE UMA MÁQUINA PARA FABRICAÇÃO DE
BORDÕES PARA PIANOS
Aluno: Felipe Nascimento Vianna Orientador: Prof. José Carlos Rodrigues de Oliveira (DELT/UFMG) Supervisor: Osvaldo Silva Vianna
O piano, um instrumento musical com origem no século XVIII, tem seu som gerado pela
colisão do martelo com a corda. A qualidade sonora deste instrumento é diretamente ligada à
qualidade das cordas, tornando o processo de fabricação destas, principalmente as graves,
uma etapa muito importante para se obter uma sonoridade adequada.
A manutenção dos pianos, ou mesmo a fabricação em muitas indústrias, é feita ainda de
maneira “artesanal”. Além de restaurações no acionamento mecânico e outros componentes,
as cordas devem ser substituídas quando estão oxidadas ou quando se rompem. Para tanto,
faz-se uso de uma máquina para a fabricação de bordões (cordas graves). O objeto de estudo
do projeto é essa máquina, de tal forma a trazer melhorias tanto no produto quanto no
processo.
O processo de fabricação de bordões consiste em enrolar-se um fio de cobre em um fio de
aço. Foram levantados ou estimados as variáveis e os parâmetros envolvidos neste processo
e, a partir desses dados, elaborou-se um projeto de melhoria do modo manual, criando-se um
modo semi-automático de operação. Além disso, foi projetado um modo automático, cujas
viabilidades econômica e técnica foram analisadas posteriormente.
De acordo com o estudo do processo realizado, foram sugeridas malhas de controle para
garantir o comportamento adequado das variáveis de interesse. Alguns métodos para projeto
e sintonia de controladores são mostrados como, por exemplo, alocação de pólos e o método
do Lugar das Raízes. Eles foram empregados para controle de velocidade (deslocamento de
uma mesa distribuidora de cobre) e controle de posição (ângulo de entrada do fio de cobre no
fio de aço). Simulações de todo o sistema de controle são mostradas, bem como a
implementação prática do modo semi-automático.
Por fim, o trabalho apresenta os resultados das melhorias e as justificativas para a não-
implementação do modo automático completo. Gráficos de Pareto são utilizados para esta
análise de viabilidade. Além disso, recomendações de melhorias em outros aspectos do
processo de fabricação como, por exemplo, o abastecimento dos arames de cobre e aço, são
deixadas para que se prossiga em um processo de melhoria contínua.
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AUTOMATIZAÇÃO DE ENSAIOS DE MODELO EM RELÉS DE
PROTEÇÃO UTILIZANDO SIMULADOR DIGITAL EM TEMPO REAL
Aluno: Fernanda Vieira de Paula Orientador: Prof. Clever S. Pereira Filho (DEE/UFMG) Supervisor: Eng. Weber Melo de Sousa
O objetivo principal deste trabalho de fim de curso é a concepção, desenvolvimento e
implementação de um software de análise automática da operabilidade de relés de proteção a
serem inseridos em linhas de transmissão. Tal análise foi possível através de definições de
critérios que, quando avaliados corretamente, indicam se um relé operou de maneira devida
ou não ao ser submetido a uma falta, que consiste da falha total ou parcial do fornecimento de
energia elétrica para um sistema de potência.
Os dados provenientes dos testes com os relés foram disponibilizados a partir de um
Simulador Digital em Tempo Real, que é um simulador de sistemas de potência que realiza
simulações de transitórios eletromagnéticos em tempo real. Tais dados são utilizados como
entrada para o software desenvolvido, que automatiza a análise das informações e gera um
resultado indicando em quais testes houve má operação do relé. Com isso, temos a
diminuição do tempo de dedicação de um especialista de proteção na análise desse grande
volume de dados.
O projeto foi desenvolvido na UFMG (Universidade Federal de Minas Gerais) em parceria
com a CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais), de forma que as atividades foram
realizadas parte no laboratório PROTLab/LRC - UFMG (Laboratório de Proteção Digital de
Sistemas Elétricos - Lightning Research Center - UFMG) e parte na Cemig. O PROTLab é um
dos laboratórios localizados no LRC cujos estudos se baseam em proteção digital e
desenvolvimento de softwares aplicados. A Cemig é uma empresa que atua nas áreas de
geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, sendo uma empresa de economia
mista e capital aberto. O setor da empresa no qual o projeto foi desenvolvido é o setor de
Gerência de Planejamento PO/PL cuja atividade principal basea-se em testes de proteção em
linhas de transmissão.
Assim, temos que este trabalho resultou em um software que, quando aplicado, valida
modelos de relés quanto à sua operabilidade, de acordo com os critérios já estabelecidos, o
que minimiza a ocorrência de falhas futuras. Este projeto será continuado posteriormente, de
forma que novos critérios serão determinados e a usabilidade do software será aperfeiçoada.
XV SEMINÁRIO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO DA UFMG
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DESENVOLVIMENTO DE UMA INTERFACE PARA DETERMINAÇÃO
DE ALTERAÇÕES HEMODINÂMICAS EM AMBIENTES DE
MICROGRAVIDADE VIA ANÁLISE DE SINAIS EM
ELETROCARDIOGRAMAS
Aluno: Flávio Henrique de Vasconcelos Alves Orientador: Prof. Eduardo Mazoni Marçal Mendes (DELT/UFMG) Supervisor: Michel Bernanos
O projeto descreve as etapas do desenvolvimento de uma interface computacional para
análise automática de eletrocardiograma e dados de pressão cardíaca. Considerando-se as
significantes alterações cardiológicas em ambientes de microgravidade, o trabalho foca a
comparação dos dados cardíacos antes e depois de vôos espaciais. O aplicativo, sustentado
em técnicas de interpretação e processamento de sinais biológicos, automatiza o processo
que explora a assinatura da gravidade como uma das possíveis causas das alterações no
controle ortostático dos astronautas. Além disto, a metodologia contempla a análise espectral
para construção de filtros para evitar ruídos indesejáveis durante a análise. Em seguida,
desenvolve-se uma interface gráfica em que os dados podem ser visualizados e interpretados
com maior propriedade. Tendo em vista a validação dos métodos empregados, os
procedimentos foram realizados em um menor tempo e de maneira mais apurada.
Finalmente, uma vez testado e validado, implantou-se o sistema no laboratório do Institute for
Exercise and Environmental Medicine. O resultado alcançado pela automação do processo,
além da reduzir o tempo de comparação de dados cardíacos e sugerir métodos de
diagnóstico, servirá também para dimensionamento de missões espaciais dentro de limites
mais seguros para o corpo humano.
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SISTEMA DE ESTACIONAMENTO AUTOMÁTICO PARA UM VEÍCULO
AUTÔNOMO
Aluno: Frederico Saraiva Vória Orientador: Prof. Guilherme Augusto Silva Pereira (DEE/UFMG) Supervisor: Prof. Leonardo Antônio Borges Tôrres (DELT/UFMG)
Na Universidade Federal de Minas Gerais, o Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento de
Veículos Autônomos desenvolve a automatização de um veículo de passeio. O objetivo do
projeto é que o veículo adquira a capacidade de executar determinadas tarefas
autonomamente, ou seja, sem a presença de um condutor. O presente projeto de fim de curso
aborda o desenvolvimento de um sistema capaz de perceber o espaço correspondente a uma
vaga, calcular a trajetória necessária e acionar os atuadores para estacionar o automóvel
paralelamente à calçada. A solução gerada foi pensada para poder ser adaptada a veículos
com condução humana, facilitando assim a manobra de estacionamento. Foram utilizados
sensores de ultra-som para identificar a vaga e observar o ambiente enquanto o carro se
movimenta, evitando assim a colisão com obstáculos. Um programa executado no
computador de bordo, a partir da estimativa do tamanho da vaga, calcula a trajetória
necessária para estacionar o carro. Esse caminho é, então, transformado em valores de
comando para os atuadores do ângulo da direção, da aceleração e do freio do veículo. Em
alguns testes, os comandos foram seguidos corretamente e foi possível estacionar o carro
dentro da vaga sem haver colisão com nenhum obstáculo.
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DESENVOLVIMENTO DE UM SIMULADOR PARA UM VEÍCULO
AUTÔNOMO
Aluno: Guilherme Lage Becker Orientador: Prof. Luciano Cunha de Araújo Pimenta (DELT/UFMG) Supervisor: Prof. Guilherme Augusto Silva Pereira (DEE/UFMG)
O desafio de desenvolver um veículo autônomo envolve uma infinidade de etapas, sendo que
em cada uma delas um módulo diferente é desenvolvido, envolvendo a realização de diversos
testes. O Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento de Veículos Autonômos da Universidade
Federal de Minas Gerais tem trabalhado no desenvolvimento de um veículo deste tipo e a
construção de um simulador computacional dentro de um ambiente realístico tornaria a
realização de testes muito mais segura e barata. Este trabalho descreve todo o projeto e
implementação de um simulador para este veículo em questão. A construção de um
simulador realístico deve levar em consideração diversos aspectos como a modelagem
dinâmica e cinemática do veículo, a interação deste com um ambiente real e a possibilidade
de interação com o usuário. O ambiente de simulação 3D Gazebo possui código aberto e
possibilita a simulação de vários robôs em um ambiente externo, com suporte a
desenvolvimento de sensores e objetos e interação plausível entre os diversos elementos.
Utilizando todas estas funcionalidades e os diversos dados já coletados sobre este veículo, é
implementado um algoritmo que represente o modelo cinemático do carro juntamente com
seus sensores. Feito isto, é criado um ambiente realístico no Gazebo e desenvolvida uma
interface para que o usuário possa comandar o veículo. Obtendo um resultado satisfatório,
testes passam a ser realizados com mais segurança e eficiência. Ao longo desta monografia,
será detalhada a maneira de se desenvolver robôs personalizados, neste caso o veículo, para
o ambiente Gazebo e como integrar a este robô, novos módulos à medida que estes são
desenvolvidos. Todo o trabalho deve ser desenvolvido com cuidado para que a simulação
fique o mais próximo da realidade. Além disso, serão explicadas as etapas de
desenvolvimento de um driver para o veículo e como fazer o uso de uma famosa ferramenta
na área de robótica para comandá-lo.
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PROJETO DE UM SISTEMA DE MEDIÇÃO PARA UM MANIPULADOR
ROBÓTICO VISANDO A MANUTENÇÃO PREDITIVA
Aluno: Gustavo Mendes d’Angelis Orientador: Prof. Luciano Cunha de Araújo Pimenta (DELT/UFMG) Supervisor: Renato Márcio Lemos de Oliveira
Robôs são caros e normalmente importados, logo, seus defeitos são pontos críticos e uma das principais fontes de riscos. O objetivo desse trabalho é implementar um sistema de controle de alarmes e sensoriamento dos manipuladores robóticos da família Smart da Comau, com o intuito de caracterizar o robô e diagnosticar principais falhas, além de verificar algumas variáveis que são diretamente relacionadas aos maiores empecilhos apresentados por estes. Tal projeto foi desenvolvido junto ao Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento de Veículos Autônomos (PDVA) da UFMG, grupo relacionado ao Laboratório CORO e a Comau do Brasil Indústria e Comércio, empresa do grupo Fiat que utiliza tais robôs, principalmente, em seus projetos de linhas de pintura, de montagem de carroceria e de motores. Esse projeto identificou quais os sensores instalados no robô são acessíveis e os que seriam úteis no diagnóstico de algumas falhas. Dessa forma, elaborou-se um software para coleta e apresentação desses dados de duas formas distintas: utilizando a biblioteca em tempo real C4GOpen e a linguagem PDL2 que não trabalha em tempo real, mas é inerente de qualquer robô Comau. Tal software, denominado Izimov, ilustra os dados coletados em tabelas e gráficos, além de centralizar todas as informações em arquivos. Ademais, ilustra os alarmes mais frequentes e os mais críticos para determinado manipulador, auxiliando no diagnóstico do mesmo.
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CONTROLE DE CONVERSORES ESTÁTICOS PARA TURBINA
EÓLICA
Aluno: Igor Freitas Barros Orientador: Prof. Selênio Rocha Silva (DEE/UFMG) Supervisor: Clodualdo Venício de Sousa
A busca da humanidade pelo desenvolvimento de fontes alternativas de geração de energia
que possam complementar ou até substituir as fontes tradicionais, que não façam uso de
recursos não renováveis possibilitou o desenvolvimento dos sistemas de geração de energia
eólica.
Dentro deste contexto esta monografia tem como foco o projeto dos controladores do
conversor estático de potência, do lado da rede elétrica, para aplicação em turbina eólica.
A estratégia de controle vetorial desenvolvida baseia-se no projeto de um controlador PI em
um referencial síncrono. O controle tem como objetivos maximizar a potência entregue a rede
e atender aos requisitos dessa.
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UM ESTUDO SOBRE COMPACTAÇÃO DE DADOS EM UM SISTEMA
PIMS
Aluno: João Henrique Aguiar de Abreu Orientador: Prof. Hani Camille Yehia (DELT/UFMG) Supervisor: Alessandro Giovani de Melo (APTA Sistemas de Automação)
Os sistemas PIMS (plant information management systems) responsáveis por disponibilizar e
gerenciar informações de processos industriais armazenam dados de processos de 10, 15 ou
até mesmo 20 anos para análise. Neste cenário, a quantidade de dados gravados se torna
um entrave, pois exige investimento em mídia de armazenamento ou uma alternativa para
reduzir o espaço ocupado em disco. A concepção desses sistemas inclui um módulo de
compressão de dados que em suma, é responsável por transformar a informação, reduzindo
a quantidade de bytes utilizados para representá-la. O APTA Reports é um sistema que
permite a criação de relatórios personalizáveis com todas as informações de processo
disponíveis. O sistema está em desenvolvimento para se tornar um PIMS e o objetivo deste
trabalho é a implementação da camada de compressão de dados desse sistema. Seis
algoritmos de diferentes características foram selecionados e suas eficiências comparadas
utilizando uma série de sinais simulados de processos industriais como entrada, procurando
abranger diversos cenários estáticos e dinâmicos. O objetivo foi melhorar a taxa de
compressão global, velocidade de compressão e recuperação da informação e minimizar o
erro de reconstrução. A partir da análise de densidade de potência espectral, redundância e
variância da cadeia procurou-se encontrar um padrão ou agrupamento dos sinais, de forma
que, ao aplicá-los em algum algoritmo (que se beneficie com as características comuns do
grupo) apresente um resultado melhor. O resultado desse procedimento foi comparado com
os algoritmos de compressão geralmente utilizados nos sistemas PIMS: Swinging doors e
Boxcar Backslope. A metodologia de compressão foi implementada juntamente com a base
de dados utilizada para gravar as informações comprimidas e a camada de integração de
dados utilizando serviços WCF (Windows Communication Foundation). A eficiência,
resultados e análises foram apresentados nesse trabalho.
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DESENVOLVIMENTO DE UM FRAMEWORK PARA A UTILIZAÇÃO NA
IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMAS SUPERVISÓRIOS UTILIZANDO A
PLATAFORMA .NET
Aluno: João Paulo Arruda Amaral
Orientador: Prof. Renato Cardoso Mesquita (DEE/UFMG) Supervisor: Prof. Bruno Otavio Soares Teixeira (DELT/UFMG)
Os sistemas supervisórios são softwares utilizados para monitorar e supervisionar
processos industriais, desempenhando um papel de uma IHM (Interface homem máquina), e
facilitando o entendimento do operador sobre o que está ocorrendo com o processo em
tempo real. No supervisório, as informações dos processos devem ser dispostas de maneira
clara e de fácil entendimento para que auxiliem ao máximo as tomadas de decisões que
podem ser cruciais para um processo. Com o advento de novas tecnologias, a modernização
dos sistemas supervisórios se tornou inevitável, e como essas aplicações são muito
semelhantes independente do processo, foi analisada a oportunidade da criação de um
framework utilizando as mais modernas tecnologias. Através do framework desenvolvido,
além da reusabilidade que ele proporciona, evitando o retrabalho para diferentes processos,
também possibilita a integração de sistemas supervisórios com algumas das ferramentas
mais modernas. Esse trabalho demonstra uma forma de desenvolver um supervisório sem a
necessidade de um ambiente de desenvolvimento, não limitando o controle do desenvolvedor
sobre a sua aplicação, e permitindo expandir a possibilidade de inovações, personalização e
integração dos sistemas. Ao final do desenvolvimento, o framework foi utilizado para a criação
de um sistema supervisório na planta piloto do STEC (Sistema de Tanques para Estudos de
Controle de Nível, Vazão e Temperatura, presente no Laboratório de Controle do
Departamento de Engenharia Eletrônica da UFMG), conseguindo demonstrar eficiência e
simplicidade no desenvolvimento de novas aplicações.
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VIABILIDADE ECONÔMICA DE PROJETOS DE AUTOMAÇÃO
UTILIZANDO O MÉTODO DO TCO
Aluno: Juliana de Brito Campos Orientador: Prof. Leonardo Pereira Santiago (DEP/UFMG) Supervisor: Engenheiro Geraldo Roque (Accenture Plant and Automation Solutions)
Este projeto tem como foco o aspecto financeiro de projetos de automação, através do
método TCO (Total Cost of Ownership ou custo total de posse). Os objetivos deste projeto
são: estudo e descrição dos custos envolvidos num projeto de automação; montagem de uma
metodologia de estimativa de TCO; desenvolvimento de uma ferramenta que faça esta
estimativa; utilização e validação desta ferramenta. A automação é importante parte da
estratégia de uma empresa, influenciando diretamente três dos pilares mais valorizados:
aumento da produção, redução de custos e aumento de qualidade. A justificativa para
automatização de uma planta é usualmente financeira, visando o aumento do lucro que pode
ser proporcionado por esta mudança. Por isso uma análise dos custos de tais projetos se
torna importante. Atualmente tal análise em projetos de automação é feita levando-se em
consideração apenas os custos de aquisição e instalação. Neste trabalho procuramos mostrar
a importância de outros vários custos existentes durante o ciclo de vida de um projeto de
automação. Finalmente, para aplicação da metodologia e da ferramenta desenvolvidas foi
feito um estudo de um projeto de automação de uma planta mineradora de níquel e cobre.
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MODELAGEM DA MEDIÇÃO DE TEMPERATURA DE TUBOS NO
PROCESSO DE LAMINAÇÃO CONTÍNUA DA V & M DO BRASIL
Aluno: Marconi de Assis Silva Orientador: Prof. Flávio Henrique Vasconcelos (DEE/UFMG) Supervisor: Romildo Rofino de Castro (V&M do Brasil)
As plantas industriais estão se tornando cada vez mais automatizadas visando aumento da
produtividade e melhoria da qualidade. Por esta razão é essencial aumentar a exatidão das
medições das grandezas envolvidas nos processos de fabricação. Dentre estas grandezas,
pode-se destacar a temperatura, tanto pela sua importância quanto pela sua presença nos
mais diversos tipos de processos. Aumentar a exatidão da medição da temperatura,
principalmente em plantas do setor siderúrgico, é de fundamental importância para a
qualidade dos produtos fornecidos no processo de fabricação. Este trabalho analisa o sistema
de medição de temperatura na saída do forno de reaquecimento da planta de laminação
contínua da Vallourec & Mannesmann do Brasil. São discutidos os possíveis fatores que
podem influenciar na medição de temperatura por radiação ocasionados pela formação de
óxidos na superfície de metais e pela presença de vapor d´água entre o sensor e o
mensurando. Baseando-se em dados obtidos de diversas fontes, são elaborados modelos
matemáticos para se medir a temperatura dos tubos após o forno de reaquecimento em duas
situações: uma antes e outra depois do processo de descarepação.
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PROJETO DO SISTEMA DE SUPERVISÃO E CONTROLE DO
PADRÃO PRIMÁRIO PARA MEDIÇÃO DE MICROVAZÕES
MICROGAS/BRASIL
Aluno: Mateus Corrêa Jóia Orientador: Prof. Eduardo José Lima II (DEMEC/UFMG) Supervisor: Enga. Maria Luiza Moraes dos Santos
A necessidade de se medir baixíssimas vazões de gases é recente. Para a construção de um
padrão primário para essas vazões são necessárias técnicas avançadas de controle e
medição. Esse trabalho descreve uma solução encontrada a fim de prover ao padrão primário
de microvazões um controle e monitoração precisa das variáveis do processo. O processo
consiste na medição da vazão a partir do volume de gás deslocado por um pistão e do
intervalo de tempo correspondente. Um programa, desenvolvido em plataforma LabView, é
responsável por se comunicar com os sensores e atuadores informando ao usuário os valores
das variáveis do processo. O pistão se move por meio de um servo motor controlado. O
sistema de controle do motor é feito via hardware, usando um inversor integrado a um
controlador programável.
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SISTEMA DE RELATÓRIOS PARA OPERAÇÃO/MANUTENÇÃO -
BENEFÍCIOS TRAZIDOS PELA TECNOLOGIA OPC
Aluno: Oliveiros César de Paula Arantes Soares Orientador: Prof. Luiz Themystokliz Sanctos Mendes (DELT/UFMG) Supervisor: Eng. Henrique Venturini Maia (DALTEC Consultoria em Engenharia e
Projetos)
Com o intuito de solucionar dificuldades encontradas por indústrias de beneficiamento mineral
em visualizar problemas de operação nas suas linhas de produção, este trabalho optou pelo
desenvolvimento de um software aplicativo que, ao utilizar os benefícios proporcionados pela
tecnologia OPC (OLE for Process Control), traz dados dos processos em tempo real e com
eles uma série de funcionalidades que visam auxiliar operadores e funcionários de
manutenção de plantas industriais no exercício de suas tarefas. A disponibilização desses
dados coletados na indústria em um banco de dados e também organizados em planilhas
eletrônicas customizadas traz rapidez na tomada de decisões feitas por esses operadores.
Um teste de plataforma realizado dentro da empresa financiadora desse projeto, rodando em
paralelo com um supervisório desenvolvido para um processo de desempoeiramento de
gases de fornos, mostrou um desempenho considerável desse software aplicativo.
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ADAPTAÇÕES EM UM FRAMEWORK DE MES PARA O PROCESSO
DE MINERAÇÃO DE METAIS FERROSOS
Aluno: Paulo Tadeu Gonçalves Pinto Orientador: Prof. Roberto Galery (DEMIN/UFMG) Supervisor: Engo Jardel Queiroz (Accenture)
O problema de desenvolvimento de sistemas de software pode ter sua complexidade
consideravelmente reduzida a partir do uso de Frameworks, bases de código e modelos de
dados reaproveitáveis. No caso de sistemas MES (Manufacturing Execution Systems),
soluções de TI de grande porte para gestão de cadeias produtivas, a regra não é diferente. O
fato de ter poderosos padrões técnicos para desenho de solução vigorando dentre os mais
variados setores da indústria faz de sistemas MES clientes ainda mais ávidos por modelos e
regras padronizadas, de modo a garantir alinhamento com as normativas. Accenture,
instituição patrocinadora deste projeto, detém um Framework genérico de MES, não
completamente desenvolvido, o qual ignora especificidades da indústria mineradora. Dado
um crescente volume de projetos de MES para esse setor - mais especificamente em metais
ferrosos - é parte da estratégia da empresa completar o desenvolvimento eventualmente
comum a diversos campos, bem como eliminar gaps existentes entre o Framework genérico e
um Framework idealmente voltado para mineração. Neste trabalho são levantados requisitos
de sistemas MES para mineração, i.e. as principais demandas do setor por auxílio
computacional na gestão da produção. A cobertura de tais requisitos pelo Framework é,
então, analisada e os gaps, priorizados, gerando um escopo de desenvolvimento. O resultado
é a implementação de funcionalidades do macroprocesso de 'Gestão de Paradas' em
alinhamento com as diretrizes definidas para o domínio de 'Produção' da normativa ANSI/ISA-
95.
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ARQUITETURA CLIENTE/SERVIDOR PARA COMANDO REMOTO DE
UM AUTOMÓVEL
Aluno: Pedro Sampaio Cotta Orientador: Prof. Luciano Cunha de Araújo Pimenta (DELT/UFMG) Supervisor: Danilo Alves de Lima
O desenvolvimento de sistemas de operação remota surgiu a partir da necessidade de
trabalhar-se em condições insalubres ou perigosas. A Engenharia de Controle e Automação
tem papel importante nesta área, pois está ligada ao desenvolvimento de sistemas robóticos
capazes de atuar nas mais variadas condições. Um exemplo típico de tecnologia
desenvolvida neste campo são as sondas de exploração enviadas a Marte.
O Grupo de Pesquisa e Desenvolvimento de Veículos Autônomos (PDVA) da
universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) vem desenvolvendo sistemas de controle e
automação para um veículo de passeio, Chevrolet Astra, de forma a torná-lo autônomo. No
presente projeto foi proposta uma alternativa para a operação remota deste veículo,
utilizando-se comunicação wireless, o que possibilita o acesso a informações sobre o veículo
e o envio de comandos através de um computador externo.
Através do desenvolvimento de programas em linguagem C e C# foi criada uma
estrutura do tipo cliente-servidor utilizando sockets, sendo que ao operador está
disponibilizada uma aplicação com interface grá_ca para opera ção e visualização de dados
medidos enquanto que o servidor, instalado no veículo, oferece funções de comando para o
veículo e leitura de dados medidos e vídeo em tempo real.
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INTEGRAÇÃO DIRETA DE DADOS ENTRE CLPS E NÍVEL DE
GESTÃO ATRAVÉS DE DISPOSITIVO DO TIPO MES INTERFACE
PARA PLANTA DE LINGOTAMENTO CONTÍNUO DA GERDAU
Aluno: Rafael Augusto Oliveira Reis Orientador: Prof. Luiz Themystokliz Sanctos Mendes (DELT/UFMG) Supervisor: André de Melo Franco Costa Reis
Este trabalho promove a melhoria da disponibilidade de dados nos sistemas de gestão da
planta de lingotamento contínuo da Gerdau Açominas, através da adoção de um novo produto
da Mitsubishi Electric Automation capaz de ligar diretamente os dispositivos do chão de
fábrica aos sistemas de supervisão e gestão, sem a necessidade de protocolos intermediários
e camadas de software. O projeto consiste da implantação desde equipamento no chão de
fábrica, sua conexão com CLPs anteriormente presentes na planta, e a programação de uma
regra de negócios no equipamento para a transmissão de dados dos CLPs para um banco de
dados de TI. O objetivo é estabelecer um conceito de integração mais simples, direto,
eficiente e barata, adequada para as mais diversas indústrias, e que evita os problemas e
custos típicos do modelo em camadas que domina o mercado atualmente, como o OPC.
Primeiramente é feita uma introdução geral ao escopo do projeto, às empresas envolvidas e
aos objetivos propostos. A seguir, faz-se uma revisão bibliográfica a respeito dos conceitos
principais utilizados durante o projeto. Depois são descritos os requisitos levantados na
análise de viabilidade do projeto, e se consolida o escopo das atividades realizadas.
Posteriormente trata-se da execução em si do projeto, detalhando as etapas de
desenvolvimento, os problemas encontrados, as metodologias adotadas e todas as
informações referentes à implementação da solução. Finalmente traz-se os resultados obtidos
com o comissionamento dos sistemas, demonstra-se os testes realizados apresenta-se as
Conclusões.
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PROJETO E REGULAÇÃO DE CONTROLADORES FUZZY TAKAGI-
SUGENO EM SISTEMAS DE CONTROLE LABORATORIAIS: UMA
ABORDAGEM ALTERNATIVA PARA O CONTROLE NÃO-LINEAR
Aluno: Rafael Ferreira dos Santos Orientador: Prof. Reinaldo Martinez Palhares (DELT/UFMG) Supervisor: Eduardo Mazoni Andrade Marçal Mendes (DELT/UFMG)
A utilização de técnicas clássicas para o controle de sistemas não-lineares é uma
escolha que eventualmente pode introduzir dificuldades no projeto. Por esse motivo,
novas técnicas de controle têm surgido para tornar o projeto mais simplificado e
sistemático. Uma metodologia recentemente estudada é a modelagem fuzzy Takagi-
Sugeno, a qual pode representar o sistema não-linear por meio de um conjunto de
modelos lineares locais, e a cada modelo, este recebe um grau de pertinência que
corresponde à sua influência no modelo final.
Este projeto de final de curso tem como objetivo apresentar uma técnica para a
modelagem fuzzy Takagi-Sugeno de dois sistemas presentes no Laboratório de
Controle de Processos da Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas
Gerais, o Levitador Magnético e o Pêndulo Invertido. Além disso, é apresentada a
metodologia de controle baseada em Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs),
funções de Lyapunov fuzzy e Compensação Paralela Distribuída (CPD) para o
controle do pêndulo invertido através de realimentação de estados.
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PROJETO E IMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMA DE AUTOMAÇÃO
UTILIZANDO REDE PROFIBUS PA
Aluno: Richardson Ramos Pacó Orientador: Profa. Maria Auxiliadora Muanis Persechini (DELT/UFMG) Supervisor: Nely Lúcio de Carvalho (Usiminas)
A utilização de redes digitais para interligação entre instrumentos de campo, como alternativa
ao cabeamento analógico 4-20 mA, tem se tornado uma tendência em automação industrial.
Entre os benefícios da tecnologia de redes, são citados normalmente na literatura a redução
nos custos de instalação e manutenção e o aumento da quantidade de informações coletadas
em campo, possibilitando a utilização de sistemas de gestão de ativos de instrumentação.
Entretanto, essa tecnologia exige do corpo técnico das empresas um conhecimento mais
sofisticado, em relação à instalação, configuração e operação, que aquele necessário para
instalações com 4-20 mA. Além disso, as preocupações em relação ao desempenho de
malhas de controle com instrumentos transmitindo sinais digitais se tornam maiores. Este
trabalho descreve o projeto e a implementação da automação de uma planta-piloto para
permitir a sua operação com 2 tipos de transmissão de sinais: transmissão analógica, com 4-
20 mA, e transmissão digital, com rede Profibus PA. Dessa forma, viabiliza-se a comparação
das 2 tecnologias do ponto de vista de: desempenho do sistema de controle; sincronismo
entre controlador e instrumentos de medição; e aspectos práticos de instalação e
configuração dos instrumentos. Para realizar a comparação, são realizadas as etapas de
modelagem do sistema dinâmico compreendido por um tanque de nível e o projeto de um
controlador PI. A implementação do controlador é realizada nos 2 tipos de transmissão,
analógica e digital. Em cada uma delas, são calculados índices de desempenho do sistema
de controle e avaliados o sincronismo entre o sensor e o controlador. Os resultados
encontrados sugerem a existência de assincronismo entre o sensor com transmissão digital e
o controlador, indicando a necessidade de maiores cuidados durante a fase de projeto de
controladores. Por fim, são relatadas as principais diferenças entre os tipos de transmissão de
sinais encontradas durante a instalação e configuração do sistema de automação utilizado.
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UNIDADE TERMINAL REMOTA DE CONTROLE DE ACESSO FÍSICO
Aluno: Rodrigo Freire Fonseca Orientador: Prof. Julio Cezar David de Melo (DELT/UFMG) Supervisor: Marcos José Carneiro Santos
O problema de controle de acesso é enfrentado por toda organização que necessita
gerenciar pessoas em um espaço físico de uso restrito. O problema possui soluções já
consagradas, porém a maioria delas apresenta baixa praticidade, já que remontam a tempos
onde não se possuía a tecnologia presente hoje. Mais que facilitar o acesso, a solução para o
controle do acesso deve facilitar tanto o gerenciamento dos usuários e permissões, quanto
permitir a geração e gerenciamento dos eventos que ocorram nos acessos dos espaços
físicos.
O projeto aqui apresentado propõe uma solução utilizando unidades terminais remotas micro-
controladas, que possuem capacidade para armazenar os usuários e eventos e fazer a
supervisão de todas as portas e chaves eletrônicas, como iButton e cartão RFId, que tornam
o acesso mais rápido e dinâmico.
Para que o projeto fosse implementado foi necessário decidir uma estratégia para definição
das permissões de cada usuário. A decisão foi por utilizar perfis de acesso, que consiste na
estratégia mais utilizada atualmente, já que assim era possível economizar espaço em
memória e tornar o funcionamento do sistema mais rápido, assim cada usuário referencia um
perfil de acesso, sendo que cada perfil pode ser referenciado por vários usuários.
A solução implementada utilizou uma interface de acesso a arquivos para acesso a memória
flash, onde eram guardadas as informações de usuários, perfis e eventos, que aumentou a
simplicidade do acesso a memória e facilitou os testes realizados.
Dessa forma foi possível realizar um projeto para uma unidade remota de controle de acesso
físico compacta, de custo moderado e baixo gasto energético.
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MODELAGEM E CONTROLE DAS VAZÕES DOS REAGENTES DE UM
REATOR DE TRANSESTERIFICAÇÃO
Aluno: Saulo Henrique Ribeiro Figueiredo Orientador: Prof. José Carlos Rodrigues de Oliveira (DELT/UFMG) Supervisor: Eng° Vinícius Geraldo Rodrigues Gomes
O consumo de biodiesel vem tendo um crescente aumento nos dias de hoje substituindo, em
grande escala, o óleo diesel como alternativa de fonte energética. Sendo um combustível
derivado de fontes renováveis, pode ser obtido por diferentes processos tais como
craqueamento, esterificação e transesterificação. Atualmente o último processo é o mais
empregado, e é utilizado na planta da BSBIOS, situada em Marialva – PR.
A transesterificação ocorre a partir da mistura de óleo vegetal tratado, Metanol e Metilato de
Sódio em quantidades e condições adequadas. Como resultado, são obtidos o biodiesel e a
glicerina. Essa é o subproduto da reação, e passa por um processo de tratamento para,
posteriormente, ser vendida. Os limites da especificação de um biodiesel de qualidade são
muito estreitos, sendo determinados, principalmente, pelas quantidades nas quais os
reagentes são misturados.
Utilizou-se o Método da Resposta Complementar como forma de identificação dos modelos
das vazões dos reagentes, a qual foi possível por meio de testes ao degrau em malha aberta.
Para permitir o desenvolvimento da modelagem, foi definida uma arquitetura de aquisição de
dados, composta por um servidor OPC conectado a um CLP, via rede Ethernet TCP/IP. Os
dados fornecidos pelo servidor OPC são, então, repassados a um cliente OPC que os
armazena e os disponibiliza para a obtenção dos modelos.
A estratégia de controle para compensar atrasos puros de tempo, conhecida como Preditor de
Smith, foi desenvolvida e simulações foram feitas verificando-se, assim, os seus benefícios e
a sua robustez. A mesma foi implementada na linguagem de programação de CLP chamada
de Lista de Instruções, para permitir sua inserção na lógica existente. Além disso, foi feito o
controle de razão com Blend Station para se determinarem as vazões requeridas de Metanol
e de Metilato de Sódio.
Os métodos da Síntese Direta e de minimização dos índices de desempenho ITAE e ITSE
foram utilizados (e comparados) na determinação dos parâmetros dos controladores. Em
seguida, simulações foram feitas, para avaliarem-se as respostas e definirem-se os melhores
controladores.
Finalmente, com os controladores implantados, foram realizados testes comparativos entre as
diferentes estratégias de controle utilizadas. A partir da análise dos resultados, verificou-se
um grande aumento nas velocidades das respostas, quando utilizados os controladores
projetados. Isso permitiu diminuir sensivelmente o desvio de massa de Metanol e de Metilato
de Sódio, face a mudanças nos valores de referência das vazões.
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DESENVOLVIMENTO DE UM SERVIDOR OPC UNIFIED
ARCHITECTURE PARA COMUNICAÇÃO COM UMA PLACA DE
AQUISIÇÃO DE DADOS NI-DAQMX
Aluno: Túlio de Castro Macedo Orientador: Profa. Maria Auxiliadora Muanis Persechini (DELT/UFMG) Supervisor: Carlos Filipe Paula Lima
Este trabalho consiste no desenvolvimento de um servidor OPC Unified Architecture (OPC
UA) e é destinado a todos que queiram conhecer melhor a esta nova especificação lançada
pela OPC Foundation. Trata-se de um novo conceito que define um conjunto de padrões para
fornecer: regras de comunicação durante a troca de dados entre equipamentos ou sistemas,
maior confiabilidade e eficiência nas transações e maior interoperabilidade na automação
industrial. São utilizados apenas softwares livres para implementar o servidor OPC UA aqui
proposto e, além disso, realizados testes de comunicação com a placa de aquisição de dados
da National Instruments (NI) DAQmx e com clientes OPC UA disponíveis na literatura para
comprovar o funcionamento adequado do software desenvolvido. Este ficará à disposição na
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), com o intuito de auxiliar e dar suporte à
algumas disciplinas do curso de Engenharia de Controle e Automação.
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