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- Patente Nacional nº 107499 - Sistema que tem como função otimizar o funcionamento de sistemas solares térmicosPublication . Lima, José; Carvalho, José AugustoA invenção refere-se a um sistema que tem como função otimizar o funcionamento de sistemas solares térmicos (SST) para águas quentes sanitárias (aqs). Maximiza a eficiência do sst reduzindo significativamente a utilização da fonte de energia secundária para o aquecimento da água. O sistema faz uma gestão inteligente da utilização da fonte de energia secundária de forma a suprimir a sua utilização quando se prevê que a energia primária (sol) é capaz de suprir as necessidades, ou utilizá-la por tempo estritamente necessário para colmatar as necessidades de água quente em situações nas quais a energia primária não é suficiente. Quando utilizada, o arranque da fonte de energia secundária é resultado de um escalonamento que considera situações em que a fonte de energia tem tarifários diferenciados de forma que a utilização do apoio apresente o menor custo de utilização. Para poder introduzir inteligência na gestão da fonte de energia secundária o sistema recorre a e gera um conjunto de info rmação para apoio à tomada de decisão designadamente: (i) recurso a previsão meteorológica para o local; (ii) identificação das necessidades de água quente; (iii) identificação do perfil de impulsão dos painéis solares térmicos de acordo com as condições meteorológicas previstas e em função da posição da terra em relação ao sol (estação do ano).
- Avaliação do desempenho de redes PROFIBUS-DP suportada em técnicas de injecção de faltasPublication . Carvalho, José AugustoLimitações de natureza tecnológica condicionaram o desenvolvimento dos sistemas de controlo a uma abordagem que conduziu à centralização da sua estrutura. Com a evolução da tecnologia esta abordagem alterou-se e actualmente muitas das estruturas de controlo assentam sobre o paradigma da distribuição de tarefas. Neste contexto, as redes de comunicação desempenham um papel fundamental na estrutura e na operação do sistema de controlo. Nos níveis inferiores de controlo a comunicação é estabelecida através de redes de campo que fazem a interligação entre pequenos controladores sensores e actuadores, num processo tipicamente caracterizado pela troca de pequenas mensagens muitas das vezes de natureza cíclica, e usualmente com restrições temporais críticas. Dado o papel das redes de campo nos sistemas controlo, e fruto do aumento de complexidade, custos de desenvolvimento dos sistemas e sua exploração, e também do tipo de tarefas que desempenham, tornaram importante a consideração de aspectos relacionados com o efeito da operação da rede na disponibilidade do sistema, na segurança de pessoas, ou mesmo de impactos no ambiente em que se inserem. Assim, de uma forma genérica importa avaliar modos de operação das redes que potencialmente contribuam para uma diminuição da confiança no funcionamento dos sistemas que suportam. Neste contexto, a avaliação do funcionamento das redes de campo na presença de faltas, assume relevância na identificação das principais fontes de degradação de desempenho, que no limite possam levar o sistema a falhar a função para que foi especificado. No domínio da avaliação e da validação de sistemas os métodos experimentais são ferramentas poderosas, que podem ser utilizadas para alterar as normais condições de operação de um sistema e avaliar como desempenha nestas condições A técnica de injecção de faltas inclui-se nesta classe de métodos e permite introduzir de forma intencional e controlada erros no sistema. Assim, constitui uma solução eficaz na avaliação de sistemas complexos, para os quais a aplicação de outras técnicas é difícil, ou por vezes falha. Nesta dissertação pretende-se contribuir para a caracterização do funcionamento de uma das redes de campo mais difundidas em aplicações de automação industrial — o PROFIBUS-DP. A caracterização é centrada no seu funcionamento em modo degradado, designadamente quando a operação é perturbada por interferências de natureza electromagnética Este padrão de perturbação é susceptível de conduzir a rede para modos de operação que têm potenciais impactos na disponibilidade da rede e na sua capacidade de garantir o cumprimento de restrições temporais em aplicação de tempo-real. A área da avaliação do funcionamento na presença de faltas é uma área onde existe pouco trabalho publicado relativo ao comportamento do PROFIBUS~DP, e o que existe é manifestamente insuficiente para fornecer uma caracterização sólida do seu desempenho nestas condições de operação. Para suportar a avaliação da rede foi desenvolvido um ambiente de injecção constituído por uma infra-estrutura de injecção de faltas na qual se inclui uma rede PROFIBUSDP. A infra-estrutura de injecção implementa a técnica de injecção física de faltas, capaz de injectar faltas num ambiente distribuído de acordo com um processo estocástico. O hardware do módulo de injecção foi desenvolvido de forma a apresentar uma elevada controlabilidade do processo de injecção, assim como, de uma elevada resolução das faltas injectadas, permitindo injectar com precisão, faltas de um só bit e mais que um bit no barramento de comunicação. Os nós de comunicação foram desenvolvidos de acordo com a norma do PROFIBUS-DP. A estrutura do software e do hardware dos nós de comunicação permitem o acesso à camada de ligação de dados, e assim obter informação relevante relativa aos estados de operação do protocolo. A avaliação foi efectuada de forma a identificar eventos que afectem a organização das estações no anel lógico da rede PROFIBUSDP tendo sido identificados seis eventos com impactos importantes ao nível do desempenho da rede. Três destes relacionados com perdas de token, e os restantes associados a saídas não intencionais de estações do anel. A sua probabilidade foi inferida para diferentes cenários de faltas, assim como, foi avaliada a forma como os mecanismos de recuperação dos eventos identificados desempenham em condições de faltas. As experiências incidiram igualmente sobre a questão da resposta da rede nestas condições de operação. Neste contexto, quando a rede opera na configuração multi-mestre foram observados impactos significativos quer resposta temporal da rede, quer no tempo de recuperação dos mecanismos de tolerância a faltas. Este comportamento deixa antever uma má resposta da configuração multi-master em cenários de faltas.
- A modular cell controller architecture for a flexible manufacturing systemPublication . Carvalho, José Augusto; Carvalho, AdrianoThe need to optimize manufacturing systems operation has originated continuous effort in the developmeut of control system architectures. These have been freed from original rigid centralized structures evolving in such a way that attribute more autonomy to each control subsystem. The subsystems have then become specialized in the different tasks needed to control each manufacturing process. In the present work, an architecture for a cdl controller, composed of modules with a significant degree of autonomy, is presented.
- Factory automation using OSI technologies: process automation in a transformers manufacturing plantPublication . Tovar, Eduardo; Oliveira, José Luís; Alves, Mário; Azevedo, Rui; Carvalho, Adriano; Sousa, Mário; Portugal, Paulo; Carvalho, José AugustoThis paper presents the work carried out in order to improve one of the areas of a factory plant, integrating it within the factory using different communication standards. The implementation described satisfies a set of data flow requirements and claims to be an example of different vendors and technologies integration. Distribution transformers have always been dried within ovens heated for the effect. This drying process has several drawbacks: a low efficiency dependence on the transformer volume and requiring a long time to complete. The new approach, presented in this paper, eliminates all those constraints.
- Performability evaluation of PROFIBUS-DP multi-master networks in relevant industrial scenariosPublication . Carvalho, José Augusto; Carvalho, Adriano; Portugal, PauloNetwork control systems operation strongly depends on the performance of the communication network. Therefore, their analysis becomes an important aspect to be considered, particularly in situations where network traffic has real-time constrains and the network operates in faulty environments. In this paper, a set of fault injection experi-ments were performed on a Profibus-DP network in order to assess the impact of faults in the network operation. The experiments reproduce typical industrial configurations with different network load conditions and fault scenarios. Based on the results of experiments the Profibus-DP bus cycle time, the message response time and the message worst case response time are assessed
- Dependability validation techniques for electronic systemsPublication . Portugal, Paulo; Carvalho, José Augusto; Carvalho, AdrianoDependability has become an essential parameter on system design. The fulfillment of the system function, either in mission oriented or in continuous operation, requires knowledge about all possible failure modes. If a fault occurrence causes a mis-operation it should be approached a design for a dependable system. Some issues should be performed both at system design and development stages, in order to build a robust system, by evaluating correctly failure conditions and guaranteeing the fulfillment of the system function. The main one is the validation process as well as it conditions the modelling methods associated to and the techniques to be adopted. This paper presents an approach for analysis of validation techniques for electronic systems. The analysis points out two directions, verification techniques needed to support the design at different phases and fault forecasting techniques to assess systems behavior for modelling faults activation and occurrence.
- A framework for dependability evaluation of PROFIBUS networksPublication . Carvalho, José Augusto; Carvalho, Adriano; Portugal, PauloFieldbus networks have been assuming a high acceptance in the industrial environment, replacing the old centralized control architectures. Due to time critical nature of the tasks involved in these environments, the fulfillment of dependability attributes is usually required. Therefore the dependability is an important parameter on system design, which should be evaluated. Several factors can affect system dependability. The environmental ones are the most common and due to the particularity of the industrial environment this susceptibility is increased. In this paper it is proposed a framework based on fault injection techniques, supported by a hardware platform which emulates a fault set, representative of industrial environment scenarios, intending to disturb data communications on a PROFIBUS network. From these fault injection experiments, relevant data is gathered and a further analysis is carried out to evaluate dependability attributes.
- Experimental analysis of outage times for PROFIBUS networksPublication . Carvalho, José Augusto; Carvalho, Adriano; Portugal, PauloDistributed control systems operation strongly depends on the communication system performance. Therefore, their analysis becomes an important aspect to be considered, particularly in situations where communications have real-time constrains and the network operates on faulty environments. In this paper the behavior of PROFIBUS network in the pres-ence of faults is analyzed. This analysis is performed in an expe-rimental base supported by a real network. The network opera-tion is disturbed through a set of fault injection experiments from which performance metrics related with PROFIBUS out-age times are evaluated.
- Assessment of PROFIBUS networks using a fault injection frameworkPublication . Carvalho, José Augusto; Carvalho, Adriano; Portugal, PauloIndustrial control systems architectures have been evolving to the decentralization of control tasks. This evolution associated with the time-critical nature of these tasks, increases the dependability requirements for one of their most critical components: the communica¬tion system. Therefore, this is an important aspect on the control system design which must be properly evaluated. In this paper the dependability of a PROFIBUS net-work is assessed. By using of a fault injection framework the network operation is disturbed with fault scenarios which are representative of industrial environments. From these experiments, the stability of the PROFIBUS logical ring is analyzed, the main outages causes are identified and their probabilities are obtained.
- Towards distance teaching: a remote laboratory approach for modbus and IoT experiencingPublication . Carvalho, José Augusto; Mendes, Andre C.; Brito, Thadeu; Lima, JoséRemote laboratories are of extraordinary importance for students that cannot attend classroom lessons. Once Automation and industrial networks are topics of electrical engineering that should be studied and experimented with by students in a practical way, this paper presents a developed tool that students can use to access the laboratory equipment from outside. It has as an advantage the capacity of handling several students simultaneously, and it is accessible 24 h per day and 7 days per week. The proposed tool also allows students in the classroom to interact with the system. With this proposed tool, connections between Programmable Logic Controllers (PLC) with supervision and control of high-level systems such as LabVIEW IDE are possible to program and test. The hardware implementation in the laboratory can be accessed by students to control illumination, heating and window shutter, and sensors to acquire wind speed, temperature, humidity, and CO2, as examples.