Sistemas Distribuídos de Controlo

Mestrado em Engenharia Eletrotécnica - Especialização em Controlo e Eletrónica Industrial
6 ECTS; 1º Ano, 1º Semestre, 28,0 T + 28,0 PL + 5,0 OT + 2,0 O

Docente(s)
- Manuel Fernando Martins de Barros

Pré-requisitos
Não aplicável.

Objetivos
Estudar e compreender os conceitos fundamentais dos Sistemas Distribuídos (DCS), dando uma especial ênfase à sua aplicação aos sistemas de controlo. Conhecer a arquitetura e os modelos de comunicação DCS, protocolos de comunicação, os principais barramentos de campo e os sistemas SCADA.

Programa
1) Introdução.
- Apresentação do Programa, Avaliação e Organização da disciplina;
- Breve introdução aos Sistemas Embebidos (SE);
- Elementos de um Sistema Distribuído de Controlo Industrial (DCS);
- Breve visão dos sistemas de controlo em tempo real (RTS);
- Apresentação de projetos SDC de anos anteriores


2) Arquitetura dos sistemas embebidos
- Plataformas de hardware (AVR, PICs);
- Microprocessador de um ou vários núcleos, organização, mecanismo de interrupções, unidade E/S, memórias e registos.
- Desenvolvimento de sistema de controlo por microcontrolador;
- Executivos multitarefa de tempo-real em sistemas embebidos.

3) Fundamentos do Controlo Industrial
- Elementos dum sistema de controlo Industrial;
- Sistemas de controlo baseados em Computador;
- Os modernos sistemas de controlo e instrumentação;
- Interfaces Homem-Máquina; Interfaces entre computador e processos;
- Hardware e Software de sistemas de controlo;

4) Sistemas de Controlo Distribuído (DCS)
- Evolução dos Sistemas de controlo distribuído;
- Arquiteturas;
- Tendências do mercado
- Especificações básicas;
- Descrição geral de um sistema DCS;
- Critérios de selecção.

5) Sistemas SCADA
- Características chave de sistema SCADA;
- Unidades Terminais Remotas (RTU);
- Requisitos típicos de um sistema RTU;
- PLCs usados como RTU;
- Software SCADA;

6) Redes de Comunicação para Sistemas DCS & SCADA
- Conceitos Básicos sobre comunicações, redes dedicadas e Barramentos de Campo;
- Arquitecturas de redes;
- Barramentos de campo à luz do modelo OSI;
- Classificação dos Métodos de Acesso;
- Rede Ethernet. Breve descrição
- O protocolo Modbus;
- O protocolo Hart;
- Aplicações Típicas DCS & SCADA
- Sistema Honeywell PlantScape
- Sistema de controlo distribuído da série Foxboro I/A
- Sistema Delta V - Sistema Citect

7) Principais Tecnologias FieldBus.
- Funções de um sistema Fieldbus;
- Arquitetura e componentes principais;
- Caso de estudo: CAN-Controller Area Network, soluções de implementação, camada física e soluções mais divulgadas para a camada aplicação.
- Classificação do Fieldbus:
A- Soluções Não-Baseadas no protocolo Ethernet:
- Modbus, HART, FOUNDATION Fieldbus (FF) H1, PROFIBUS DP and PA, DeviceNet, AS-i;
B- Soluções Baseadas no protocolo Ethernet:
- Ethernet, TCP/IP, and industrial Ethernet, PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP, FF HSE

8) Rede de Sensores sem fios (WSN)
- Breve visão de uma rede de sensores sem fios.
- Arquitetura do sistemas WSN
- Sistemas Operativos para WSN ? Estudo comparativo
- Exemplos de aplicações.

9) Sistemas de tempo-real (STR)
- Definição, classificação e características dum STR
- Políticas de escalonamento;
- Análise de Escalonabilidade - com prioridades fixas e com prioridades dinâmicas;
- Controlo de Tarefas, secção críticas, interrupções, Filas de mensagens, Semáforos;
- Comunicação em tempo-real; Comunicação Event-Trigger Vs Time-Trigger;
- Linguagens de programação de tempo real;

Metodologia de avaliação
Desempenho nos laboratoriais (30%); Demonstração do projecto final (40%);
Relatório final de projecto (20%) e
Submissão de artigo (10%).

Bibliografia
- Technologies, I. (2004). Practical Distributed Control Systems (DCS) for Engineers and Technicians. (Vol. 1). (pp. 1-623). www.idc-online.com: IDC Technologies
- Mahalik, N. (2003). Fieldbus Technology, Industrial network Standards for realtime distributed control. (Vol. 1). Springer online: Springer
- Margolis, M. (2011). Arduino Cookbook. (Vol. 1). OReilly Media online: OReilly Media
- Barros, M. (0). Sebenta e Slides de - Sistemas Distribuídos de Controlo (in PT).Acedido em24 de setembro de 2015 em http://www.e-learning.ipt.pt/course/view.php?id=1020

Método de interação
Aulas teóricas expositivas, Aulas de resolução de problemas; Aulas práticas laboratoriais.

Software utilizado nas aulas
Free Tools:
SCADABR (http://www.scadabr.com.br/)
Eagle (http://www.cadsoftusa.com)
Arduino IDE
Atmel Studio (http://www.atmel.com/microsite/atmel_studio6/)
Visual Studio (https://www.visualstudio.com/)

Ferramentas Comerciais:
Proteus (http://www.labcenter.com/)