Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE)
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Browsing Departamento de Engenharia Electrotécnica (DEE) by advisor "Lima, Miguel Francisco Martins de"
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- Algoritmo de posicionamento e backtracking para seguidor solarPublication . Nascimento, Bruno André Marques; Albuquerque, Daniel Filipe; Lima, Miguel Francisco Martins deNesta dissertação foi implementado um algoritmo de posicionamento solar e desenvolvido um algoritmo de backtracking num autómato programável (PLC) para o controlo de seguidores solares de um eixo da empresa Martifer Solar. Optou-se por implementar o algoritmo de posicionamento solar SPA devido à elevada precisão nos resultados apresentados. Para além disso foi desenvolvido um algoritmo de backtracking com o objetivo de evitar as sombras resultantes da posição dos painéis vizinhos. Este fenómeno acontece devido à evolução diária do Sol, sendo que o ângulo de incidência solar é baixo para o nascer e pôr do Sol. O algoritmo de backtracking permite maximizar o ângulo de incidência solar sem produzir sombra nos painéis vizinhos, bem como a funcionalidade de adaptar os seguidores solares a terrenos inclinados. Em relação aos resultados obtidos, o algoritmo SPA foi comparado com um outro algoritmo de posicionamento solar com o objetivo de analisar as diferenças entre ambos os algoritmos e realçar que o algoritmo SPA é mais preciso. No entanto para o ângulo de inclinação dos painéis obteve-se um erro absoluto máximo de 1º e no algoritmo de backtracking obteve-se um erro absoluto máximo de 4º. De notar que o erro é elevado na transição do algoritmo SPA para o algoritmo de backtracking, devido à inversão do sentido de rotação dos motores dos seguidores solares nessa transição.
- Automatização de um processo industrial. Aplicação a um caso: Colocação de escorredor em embalagem de esfregões saponificadosPublication . Rodrigues, Egon Santos; Lima, Miguel Francisco Martins deA automação é responsável pela automatização de processos maioritariamente manuais. Estes processos são predominantemente repetitivos, com cadência, por vezes, elevada, levando à exaustão de qualquer ser humano. O presente trabalho teve por objetivo criar uma solução industrial automatizada capaz de executar a aplicação de escorredor em estojo de esfregões saponificados. Esta tarefa era, anteriormente, executada de forma manual. Trata-se de uma solução desenvolvida à medida, completamente de raiz, única no mercado, integrada na máquina existente, com automação própria. Como resultado final, obteve-se um só equipamento integrado, responsável pela tarefa de abrir o estojo, colar as abas, tampas e inserir o escorredor de forma automática; de forma manual, são inseridos apenas os esfregões. Para além da explicação do processo de desenvolvimento até chegar à solução, a dissertação apresenta as fases da construção mecânica e implementação de atuadores e respetivo comando para se atingir os objetivos pretendidos. Assim, a presente dissertação aborda as etapas necessárias na integração de dois equipamentos industriais, provenientes de diferentes fornecedores, em que o existente está em laboração continua. Por fim, o estudo descreve o processo de arranque e otimização em ambiente industrial, bem como a formação e interação das equipas de operação e manutenção com o novo equipamento.
- Automatização de uma máquina de corte de pedra de 3 eixosPublication . Tomás, Marco José Pereira; Lima, Miguel Francisco Martins deA indústria é o grande motor da economia e só com a automatização industrial se consegue competir nos mercados internacionais. A indústria transformadora de rochas continua em crescimento e, num contexto regional, existem dezenas de instalações industriais em funcionamento há algumas décadas. Destas unidades, algumas têm vindo a investir em novos equipamentos e na remodelação de equipamentos mais antigos. Neste trabalho desenvolveu-se um sistema de automação que permite modernizar máquinas de corte de pedra de três eixos, acrescentando a possibilidade de corte através do desenho de um perfil de corte e controlo de custos. Este sistema controla a máquina e interage com o operador. O interface homem máquina é simples, de modo a permitir uma fácil adaptação dos operadores sem necessidade de mão-de-obra especializada. Em termos práticos, esta modernização consiste em refazer o quadro elétrico, substituindo os sistemas de controlo a relé ou autómatos antigos, por um novo autómato associado a variadores de velocidade e a um computador. O computador executa uma aplicação de interface homem máquina amigável que permite dar ordens de controlo à máquina, bem como definir parâmetros, introduzir medidas e desenhar as retas ou arcos que constituem os perfis de corte.
- Comando à distância de sistema domóticoPublication . Oliveira, Marisa de Matos; Lima, Miguel Francisco Martins deO ritmo de evolução que a sociedade atual atravessa, tanto a nível científico como tecnológico, conduz o homem a aumentar, cada vez mais, as suas exigências no seio do seu ambiente doméstico, possibilitando que as tarefas mais rotineiras e maçadoras sejam realizadas automaticamente. A domótica surge assim como uma aliada do homem, não só porque lhe proporciona o bem-estar tão desejado como também lhe proporciona uma maior segurança, gestão e consciencialização sustentável em termos de despesas com a sua habitação. São já vários os parâmetros de controlo possíveis numa habitação. O melhor é que a localização já não é limite. Com o acesso à internet, o controlo da habitação e de todas as suas componentes, passa a poder ser realizado em qualquer parte do mundo. Neste trabalho desenvolveu-se um sistema capaz de comandar à distância um sistema domótico. Implementou-se num PLC S7-1200 um conjunto de funcionalidades domóticas, podendo estas serem avaliadas através de registos históricos e geridas à distância (web, wifi, gsm) recorrendo a tecnologias como página web, sms, app e e-mail.
- Monitoring platform for photovoltaic plantsPublication . Ribeiro, Hugo Zeferino Pereira; Lima, Miguel Francisco Martins de; Marques, Bruno Filipe Lopes GarciaA apresentação desta dissertação conclui o curso de Mestrado em Energia e Automação Industrial - Engenharia Electrotécnica, da Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Viseu. É o resultado de um trabalho de desenvolvimento, de estudo e pesquisa realizado no âmbito do desenvolvimento de sistemas SCADA (Supervision Control And Data Acquisition) e a sua utilização/implementação em parques fotovoltaicos. O desenvolvimento do trabalho realizou-se na Área de Automação e Controlo do Departamento Técnico da Martifer Solar. Os sistemas de geração de energia elétrica solar fotovoltaica necessitam de ferramentas de análise e tratamento de dados. A generalidade das entidades desenvolvedoras de sistemas SCADA estão habituadas a criar aplicações de cariz industrial. Um sistema desta natureza implica, além do conhecimento de desenvolvimento de aplicações industriais, um conhecimento específico da produção de energia elétrica proveniente da energia solar. Desta forma, é possível averiguar eficazmente quais as variáveis de campo e temporizações associadas à sua monitorização e registo. ´E ainda possível aferir, por exemplo, o tratamento estatístico a dar às variáveis, o seu correto processamento, gestão e severidade de alarmes, entre outros. Como referido, esta dissertação foi desenvolvida em parceria com a empresa Martifer Solar. Uma das suas áreas de negócio consiste em desenvolver soluções EPC (Engineering, Procurement and Construction) no ramo da energia solar. Sob um contrato EPC, o contratante projeta a instalação, adquire os materiais necessários e constrói o projeto, diretamente ou através da subcontratação de parte do trabalho ou do seu todo. Um dos subsistemas incluídos no EPC é o sistema de monitorização que permite operar de forma eficiente os equipamentos associados á instalação fotovoltaica. A necessidade deste tipo de sistemas e a sua especificidade implica que, frequentemente, se tenha de recorrer a empresas externas para o desenvolvimento de software de monitorização o que, por sua vez, aumenta o custo total do projeto. Acresce ainda o facto de tal implicar a transmissão de know-how a empresas que posteriormente poder˜ao vender software baseado neste know-how a outras empresas concorrentes no ramo de desenvolvimento de soluções de sistemas de monitorização. A adicionar aos riscos anteriormente expostos, existe ainda o facto de que, sempre que é necessária uma alteracção aos sistemas previamente instalados, os custos cobrados pelas empresas que desenvolveram a solução são exorbitantes. Por todas as razões apresentadas, tornou-se evidente a importância do desenvolvimento de um sistema de monitorização na Martifer Solar. Com o intuito de desenvolver um sistema de monitorização o mais otimizado e eficiente poss´ıvel, ´e necess´ario definir, à priori, a arquitectura da rede de campo a instalar nos parques fotovoltaicos. Tal an´alise engloba, por exemplo, definir em que situações será necessária a utilização de autómatos programáveis, dataloggers, gateways ou conversores da camada física de protocolos para comunicação com os equipamentos a monitorizar. Consequentemente, através deste estudo, também é feita uma primeira definição da organização que o sistema de monitorização apresentará. Tal organização deverá reflectir da forma mais fiel possível o layout do parque fotovoltaico a monitorizar. Ainda mais importante, a análise cuidada do projeto permite definir qual o meio f´ısico a utilizar e seguidamente permite identificar quais os protocolos de comunicação a considerar. No desenvolvimento do sistema de monitorização, a análise dos equipamentos e do meio físico, permitem uma quantificação prévia das variáveis referentes a cada um dos equipamentos que se pretendem monitorizar. Esta primeira análise é fulcral para definir os pré-requisitos que o software de desenvolvimento utilizará, para a criação do sistema de monitorização. A escolha da ferramenta de desenvolvimento para a execução dum projeto deste tipo é fulcral. Estabeleceu-se um conjunto de características de forma a avaliar diferentes softwares e frameworks de desenvolvimento. A escolha desse software recaiu naquele que cumpria a maior quantidade de requisitos pré-estabelecidos. O software SCADA, além de programável graficamente, deverá ter a possibilidade de ser programado através de excertos de código em linguagem de programação comumente utilizadas no mercado, tais como a linguagem VBA, C++, JAVA, etc. Tendo em conta a localização das instalações fotovoltaicas, isto é, localizados em zonas remotas e sem operadores locais a tempo inteiro, é importante que o software SCADA possua características que permitam um acesso remoto ao sistema de monitorização para sua análise e, em caso de existirem alarmes, melhor depurar a razão dos mesmos. A existência de uma política de utilizadores com diferentes privilégios deverá estar presente para que cada um dos perfis de utilizadores tenham capacidades de interação diferentes. A capacidade de armazenamento de informação é outro dos requisitos de extrema importância quando o objetivo passa pela concentração de dados através do software SCADA. A ligação a motores de bases de dados é um requisito imprescindível, tanto pela forma como a informação poderá ser organizada nestes motores, como pelo facto de existirem requisitos de compatibilidade com um sistema já existente na Martifer Solar que concentra os dados de todas as plantas fotovoltaicas numa só ferramenta denomidada de Martifer Solar OMS (Operation Management System). Como requisito prioritário temos o custo de uma aplicação deste tipo. No que se refere à aplicação, podemos distinguir entre o custo do software de desenvolvimento e o custo do desenvolvimento (horas/homem). O custo do software de desenvolvimento é um factor que pode muito facilmente inviabilizar um projeto. Assim, o custo de aquisição deverá ser o mais baixo possível, de acordo com as suas potencialidades. Por outro lado temos o custo de desenvolvimento para atingir o objetivo de criar uma aplicação SCADA no mais curto espaço de tempo e tendo sempre em mente a reutilização do desenvolvimento inicial da aplicação em novos projetos com o mínimo de alterações. Após escolhido o software de desenvolvimento, foi iniciado o processo de criação da ferramenta de acordo com as características necessárias à correta operação do sistema fotovoltaico. Foram desenvolvidos vários ecrãs que permitem ao utilizador visualizar de forma intuitiva os dados provenientes do parque fotovoltaico, nomeadamente os ecrãs: • Inicial - possui informação generalizada referente ao parque fotovoltaico. Entre essa informação encontra-se, por exemplo, a localização geográfica do parque, dados de produção do dia em questão e alarmes mais recentes; • Equipamento - nesta interface é possível visualizar, em tempo real, o valor das variáveis por equipamento monitorizado; • Performance - neste são expostos os indicadores de desempenho inerentes ao parque fotovoltaico; • Alarmes - permite visualisar, em tempo real, sinais de alarme, avisos ou estados dos equipamentos monitorizados; • Histórico alarmes - permite a consulta de alarmes, avisos ou estados dos equipamentos monitorizados em histórico; • Histórico de dados - permite a consulta em tabela dos dados provenientes dos equipamentos monitorizados. Estes dados estão armazenados numa base de dados. É possível fazer a consulta dos dados numa base temporal de minutos, horas, dias, meses ou anos. De forma a apresentar os dados mencionados, o software de monitorização foi programado de modo a executar os cálculos estatísticos necessários e adequados para cada uma das variáveis; • Gráficos - permite visualizar graficamente os dados armazenados em histórico; • Produção - permite visualizar dados de produção de energia desde o tipo de equipamento mais “próximo” do gerador fotovoltaico at´e ao contador de energia colocado no ponto de injeção; • Dashboard - neste ecrã visualizam-se as variáveis mais representativas de cada um dos equipamentos. De forma a tornar a plataforma de monitorização uma ferramenta mais poderosa, para além dos ecrãs mencionados, foram desenvolvidas uma panóplia de funcionalidades, tais como: • Envio de dados de histórico por correio eletrónico em formato .csv; • Envio de notificações de alarme por correio eletrónico. O operador define os alarmes a receber; • Cálculos estatísticos para tratamento da informação proveniente dos equipamentos monitorizados; • Processamento inteligente de informac¸ ˜ao dos equipamentos; • Funções de gestão e manutenção da base de dados; • Backups periódicos e automáticos à base de dados; • Gestão de ficheiros em disco; • Monitorização do servidor onde a plataforma está instalada (processos, serviços, espaço em disco, aplicações de arranque, entre outros); • Envio de dados para um servidor FTP; • Envio de notificações por correio eletrónico de erros inerentes ao código dos programas que gerem a plataforma. A plataforma de monitorização, para além da interface gráfico e as funcionalidades mencionadas, possui também uma base de dados onde toda a informação proveniente dos equipamentos é armazenada. Utilizou-se para este projeto uma base de dados SQL. Para a criação da base de dados do sistema, uma série de pontos foram tidos em conta: • Gestão de utilizadores; • Indexação apropriada de colunas de forma a melhorar o desempenho da base de dados; • Otimização de queries de forma a tornar as consultas e operações mais rápidas; • Gestão de espaço em disco; • Gestão do crescimento dos ficheiros que compõem a base de dados. De acordo com as características necessárias a este sistema e considerando as soluções comerciais conhecidas, foi possível desenvolver uma das melhores e mais completas aplicações para a monitorização de parques fotovoltaicos existentes no mercado, completamente orientada para este sector. Esta aplicac¸ ˜ao permite apresentar dados ao operador com frequˆencias de amostragem na ordem do segundo e armazenamento de histórico de dados com capacidade para mais de 20 anos a trabalhar ininterruptamente. Os objetivos propostos foram concluídos com sucesso.
- Sistema de aquisição e monitorização de dados para indústria alimentar e laboratorialPublication . Araújo, João Carlos Dias Abrunhosa; Lima, Miguel Francisco Martins de; Marques, Bruno Filipe Lopes GarciaA garantia das boas condições de armazenamento e conservação dos produtos é uma preocupação cada vez mais rigorosa, nomeadamente com a conservação de produtos alimentares. Os requisitos exigentes da conservação alimentar, a necessidade de criar maior confiança na conservação de produtos e, consequentemente, na melhoria da qualidade de vida das populações em geral, levaram a que se criassem normas específicas para o efeito. A série ISO 9000 define explicitamente a relação entre garantia da qualidade e a metrologia, incluindo diretrizes para se manter um controlo sobre os instrumentos e equipamentos, tornando assim necessária a implementação de um processo metrológico que permita obter ou manter uma certificação da empresa. Tem-se vindo a verificar, por parte das empresas e técnicos responsáveis, uma maior consciencialização para este tema. Nas empresas surgem as equipas de controlo de qualidade e os instrumentos que lhes permitem efetuar continuamente as medições e registos requeridos pelas normas aplicáveis. Com o objetivo de ir ao encontro destas necessidades, foi desenvolvida ao longo deste projeto uma ferramenta de trabalho que permite facilitar a atividade das equipas de controlo de qualidade, podendo mesmo ser transferido algum controlo a entidades externas que se responsabilizam por monitorizar várias instalações em simultâneo. Nesse âmbito, revelou-se uma mais valia o desenvolvimento de uma aplicação Web, que permite remotamente ou localmente ter acesso a temperaturas de equipamentos de acondicionamento, temperaturas e humidades relativas dos locais, assim como das condições de luminosidade. O fundamento deste projeto consiste na monitorização das condições de armazenamento de produtos, sobretudo nas áreas laboratoriais de análises clínicas e restauração. Para tal, idealizou-se um sistema com base num microcontrolador e sensores que permitem medir três tipos de variáveis físicas (temperatura, humidade e luminosidade), através de comunicação sem fios. O sistema desenvolvido, que se descreve e fundamenta ao longo deste documento, pode facilmente ser expandido futuramente com a introdução de outros sensores. ABSTRACT: The guarantee of good storage conditions and product conservation is an increasingly stringent concern, particularly with the conservation of food. The demanding food conservation requirements, the need to sustain the general public trust on it, with the goal to improve life quality, has let to the creation of specific standards for this purpose. The ISO 9000 series defines explicitly the relationship between quality assurance and metrology, including guidelines to keep a check on the instruments and equipment, thus making it necessary to implement a metrological process that allows a company to obtain or maintain their certification. A greater awareness for this issue by companies and responsible technicians has been observed. Quality control teams are created and there is a selection of tools that allow them to continuously measure and maintain the records required by the rules. Aiming to meet these needs, we developed throughout this project a tool that facilitates the activity of the quality control teams and can even transfer control to external entities, that are responsible for simultaneously monitoring multiple facilities. The development of a web application that allows locally or remotely to measure temperatures of conservation equipment, temperatures and relative humidities of storage areas and the lighting conditions, proved to be a real asset in this framework. The aim of this project lays on the monitoring of storage conditions of products, particularly in the areas of laboratorial clinical analysis and food industry. This system has been designed based on a microcontroller and sensors that can measure three types of physical variables (temperature, humidity and light), through wireless communication. The system that was developed and is described throughout this document, may readily be expanded in the future with the introduction of other sensors
- Ventilador para Respiração InvasivaPublication . Paula, João Carlos Pereira Rodrigues; Lima, Miguel Francisco Martins deOs ventiladores mecânicos desempenham um papel fundamental para a manutenção da respiração de pacientes que apresentam alguma deficiência respiratória, seja esta transitória ou permanente. O aparecimento da pandemia Covid-19, provou a enorme importância e agilidade destes equipamentos, uma vez que estes são capazes de salvar vidas ao garantirem a ação primordial, que é a respiração para o ser humano. A escassez de ventiladores, durante a pandemia, conduziu ao aparecimento deste projeto, que vai permitir a exploração das funcionalidades do PLC S7-1200, aplicando-as a um ventilador invasivo acionado eletricamente. Demonstra-se assim que a automação pode desempenhar um papel importante mesmo em áreas para além da indústria. Foi desenvolvido o controlo do ventilador invasivo, com controlo por tempo, e uma válvula PEEP elétrica, com controlo em malha fechada, recorrendo-se a um controlador PID. O ventilador elétrico e a válvula PEEP poderão ser comandados localmente, através da HMI KTP700 da Siemens, ou à distância através de uma página web. Sendo que só se poderá enviar comandos, através da página web, quando o ventilador não estiver a ser comandado localmente, garantindo assim segurança na ventilação mecânica. A monitorização dos ventiladores é bastante importante, uma vez que, permite aos profissionais de saúde uma análise da ventilação minuciosa, minimizando assim riscos de lesões pulmonares induzidos pelo uso inadequado dos ventiladores. Dado à enorme importância da monitorização foram desenvolvidas várias interfaces para este efeito permitindo aos profissionais de saúde monitorizarem o ventilador localmente e à distância. Portanto o profissional de saúde poderá monitorizar o ventilador localmente através da HMI KTP700 ou à distância através da página web. Utilizou-se o OPC UA para se poder aceder graficamente aos dados no Matlab/Simulink. Elaborou-se um registo de dados com a data/hora, fluxo e pressão, onde de seguida este registo será enviado em anexo por e-mail. Também serão enviados alarmes/erros por e-mail. Por último, foi criada uma base de dados que permite uma análise futura às grandezas pressão e fluxo, que poderão ser filtradas por paciente.