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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


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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


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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.


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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.


19

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.


20

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.


21

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.


22

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.


23

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.


25

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.


26

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.


27

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.


28

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.


29

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.


30

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.


31

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.


32

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.


33

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.

xv seminário de engenharia de controle e · pdf filexv seminário de engenharia...

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