6 ECTS; 1º Ano, 1º Semestre, 28,0 T + 28,0 PL + 5,0 OT + 2,0 O , Cód. 30193.
Docente(s)
- Manuel Fernando Martins de Barros (1)(2)
(1) Docente Responsável
(2) Docente que lecciona
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 digital. Conhecer a arquitetura, os modelos de comunicação e as tecnologias de comunicação digital DCS, os principais protocolos de comunicação, os barramentos de campo (FieldBus) e os sistemas SCADA. Introdução ás redes de sensores sem fios e Internet da Coisas (IoT) para ambientes industriais como IEEE 802.15.4, ZigBee, WirelessHart e o ISA100. Introdução aos Sistemas de Controlo em Tempo Real. Estudo e análise dos aspetos específicos dos sistemas de tempo real aplicado aos sistemas embebidos.
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) Sistemas de Controlo Distribuído (DCS) e Sistemas SCADA em ambientes Industriais
- Elementos dum sistema de controlo Industrial;
- Os modernos sistemas de controlo e instrumentação;
- Interfaces Homem-Máquina; Interfaces entre computador e processos;
- Hardware e Software de sistemas de controlo;
- Evolução dos Sistemas de controlo distribuído (DCS);
- Descrição geral de um sistema DCS;
- Características chave de sistema SCADA;
- Requisitos típicos de um sistema RTU;
- Software SCADA;
4) Modelos e Redes de Comunicação para Sistemas DCS & SCADA & FieldBus
- 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; Hart;
- Aplicações Típicas DCS & SCADA
- 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
5) Redes de Sensores sem fios (WSN) e Internet das Coisa (IoT) para ambientes industriais.
- Breve visão de uma rede de sensores sem fios.
- Arquitetura do sistemas WSN
- Sistemas Operativos para WSN: Estudo comparativo
- Internet das Coisa (IoT) para ambientes industriais.
- Exemplos de aplicações.
6) 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
Trabalhos laboratoriais (40%);
Demonstração do projeto final (30%);
Relatório final de projeto (30%)
Bibliografia
- Barros, M. (0). Sebenta e Slides de - Sistemas Distribuídos de Controlo (in PT). Acedido em 24 de setembro de 2015 em http://www.e-learning.ipt.pt/course/view.php?id=1020
- 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
- Technologies, I. (2004). Practical Distributed Control Systems (DCS) for Engineers and Technicians. (Vol. 1). (pp. 1-623). www.idc-online.com: IDC Technologies
Método de Ensino
Aulas teóricas expositivas
Aulas de resolução de problemas
Aulas práticas laboratoriais
Software utilizado nas aulas
Ferramentas gratuitas:
- SCADABR (www.scadabr.com.br/)
- Eagle (www.cadsoftusa.com)
- Arduino IDE
- Atmel Studio (www.atmel.com/microsite/atmel_studio6/)
- Visual Studio (www.visualstudio.com/)
- Times Tool (www.timestool.com/)
Aprovado em Conselho Técnico Cientifico: 09 de abril de 2020
Download da Ficha da Unidade Curricular (FUC)
