RICARDO ALVES DE SIQUEIRA METODOLOGIA PARA MODELAGEM E ANÁLISE DE SISTEMAS PARA CONTROLE DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

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1 RICARDO ALVES DE SIQUEIRA METODOLOGIA PARA MODELAGEM E ANÁLISE DE SISTEMAS PARA CONTROLE DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA São Paulo 2014

2 RICARDO ALVES DE SIQUEIRA METODOLOGIA PARA MODELAGEM E ANÁLISE DE SISTEMAS PARA CONTROLE DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA São Paulo 2014

3 RICARDO ALVES DE SIQUEIRA METODOLOGIA PARA MODELAGEM E ANÁLISE DE SISTEMAS PARA CONTROLE DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA Tese apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Doutor em Ciências no Programa de Engenharia Elétrica Área de Concentração: Sistemas de Potência Orientador: Prof. Doutor José Antônio Jardini São Paulo 2014

4 À minha esposa Bernardete e aos meus filhos Heitor e Ana Beatriz.

5 AGRADECIMENTOS Primeiramente, ao nosso Senhor por ter me proporcionado a oportunidade, saúde e sabedoria para tornar possível a realização deste trabalho. A minha esposa e aos meus filhos pela compreensão, paciência e apoio durante o período que me dediquei a este trabalho. Ao meu orientador Prof. Dr. José Antônio Jardini da Engenharia Elétrica/Sistemas de Potência (PEA) pela orientação, incentivo e por constantemente confiar no meu potencial e em meus esforços para concluir este trabalho. Ao Prof. Dr. Fabrício Junqueira da Engenharia de Controle e Automação Mecânica (PMR) pelas apropriadas observações, orientação e revisão de textos na área de análise de Sistemas a Eventos Discretos e Rede de Petri. Ao Prof. Dr. Paulo Miyagi da Engenharia de Controle e Automação Mecânica (PMR) pelos valiosos questionamentos e avaliação da proposta, quando do Exame de Qualificação. Ao Prof. Dr. Luiz Carlos Magrini pelo apoio e colaboração, principalmente na fase de pesquisa bibliográfica, com a indicação e fornecimento de bibliografias relacionadas ao tema. Aos Professores da Pós Graduação que tive contato quando do cumprimento das matérias, tanto da Engenharia Elétrica/Sistemas de Potência (PEA), da Engenharia de Controle e Automação Mecânica (PMR), quanto da Engenharia de Computação (PCS), pelas excelentes aulas ministras e inestimável aprendizado proporcionado. À VOITH Hydro pela confiança, apoio, incentivo e oportunidade de crescimento acadêmico e profissional. À ANEEL e à FURNAS pela contribuição e apoio por meio das discussões técnicas e fornecimento de dados relacionados a Usinas Hidrelétricas. A todos, mesmo não citados nominalmente que colaboraram, direta ou indiretamente, no desenvolvimento e conclusão deste trabalho.

6 RESUMO A importância da geração de energia elétrica hidráulica, dentro dos requisitos de qualidade e fornecimento com índices de confiabilidade cada vez mais exigentes, tem se tornada acentuada, principalmente em atendimento às necessidades de consumo em todas as áreas de atividades produtivas. Têm-se notado que as tecnologias desenvolvidas aliadas às mudanças socioeconômicas trouxeram uma evolução e reestruturação, tanto no setor industrial produtivo como no setor elétrico (concessionárias de energia elétrica e fornecedores de sistemas e equipamentos para usinas hidrelétricas e subestações), com aumento significativo da especialização e da complexidade da automação dos processos envolvidos, onde falhas são consideradas inaceitáveis. Em consequência, têm-se exigido soluções técnicas eficazes e com investimentos reduzidos. Desta forma, a Automação Elétrica, que faz parte dos sistemas de Comando, Controle, Comunicação e Informação altamente integrados (C 3 I), têm demonstrado uma participação fundamental no atual cenário deste segmento. Então, de maneira a tratar adequadamente esta complexidade, tornar as soluções técnicas cada vez mais seguras e facilitar o estudo e projeto de novos sistemas de controle nesta área, este trabalho apresenta uma metodologia para modelagem e análise de Sistemas de Controle envolvidos na geração hidráulica de energia elétrica. Este trabalho tem como principais desenvolvimentos: uma metodologia que envolve a teoria de controle de SDED juntamente com conceitos e pesquisas na área de Engenharia de Software e um formalismo em Rede de Petri Interpretada por Sinais (RPIS) em conjunto com o paradigma de Orientação a Objetos (OO), representado pela proposta de uma nova RP, a _ (Rede de Petri Interpretada por Sinais Orientada a Objetos). Destarte, espera-se que a metodologia e a nova RP propostas nesta tese contribuam na especificação e construção dos algoritmos de controle dos sistemas que participam na automação da geração de energia elétrica hidráulica, como também, no aprimoramento de novas abordagens para o desenvolvimento de sistemas de automação elétrica, representando atualmente o estado da arte nesta área. Palavras-Chaves: Usina Hidrelétrica. Automação Elétrica. Modelagem e Análise de Sistemas Dinâmicos a Eventos Discretos. Rede de Petri Interpretada por Sinais Orientada a Objetos (_).

7 ABSTRACT The importance of hydroelectric power generation, considering the increasingly demanding supply and quality requirements, has become more pronounced especially seeing the great consumption needs on all productive areas. It's noticeable that technology developed with socioeconomic changes have brought evolution and a restructuring both in the industrial and electrical sector (electric companies and power plant equipment manufacturers), with a notable increase in specialization and complexity of the automation of these activities, where faults are considered unacceptable. A demand for more efficient technical solutions and reduced investments has therefore increased greatly. Electrical automation technology as part of highly integrated command, control, communication and information (C 3 I) systems has demonstrated a crucial involvement in the context of this segment. In order to handle this evolving complexity, creating more secure technical solutions and further research and development of new control systems for this sector, this work introduces a new methodology for modeling and analysis of power plant control systems. A methodology involving the theory of Discrete Event Dynamic Systems (DEDS) and concepts of Software Engineering is presented, as well as a new formalism based on Signal Interpreted Petri Nets (SIPN) together with Object-Oriented Paradigm (OOP) named Object-Oriented Signal Interpreted Petri Nets (OOSIPN). The intention is that methodology proposed in this thesis contributes to the correct specification and construction of control algorithms for power plant control systems, as well as the state of the art in this research area in the form of a new approach to development of such automation systems. Keywords: Hydroelectric Power Plant. Electrical Automation. Modeling and analysis of Discrete Event Dynamic Systems. Object-Oriented Signal Interpreted Petri Nets ().

8 PALAVRAS RESERVADAS E CONVENÇÕES UTILIZADAS Rede de Petri Fonte: Calibri Light, itálico, 12 pontos, cor preta. Matemática Discreta, Teoria de Conjuntos e Definições formais para Rede de Petri Fonte: Cambria Math, itálico, cor preta. Orientação a Objetos e Linguagem de notação UML Fonte: Courier New, cor preta. Matemática Discreta e Definições formais para _ Fonte: Cambria Math, itálico, azul escuro. Palavras de origem estrangeira: Fonte: Times New Roman, itálico, cor preta. O nome_da_classe e o NOME_DO_OBJETO se dão da seguinte forma: o nome da classe em letras minúsculas e nome do objeto em letras maiúsculas e em negrito, ambos na fonte Courier New. O vocábulo atividade é utilizado em quatro situações distintas, diferenciado pela sua formatação e contexto em que está inserido: - No que concerne a uma atividade ou subatividade (Times New Roman itálico em negrito) que pertence a cada etapa do procedimento proposto para modelagem e análise do Sistema de Controle e seu Objeto de Controle, conforme o Capítulo 5. São as Atividades de 0 a 8, ilustradas por meio da Figura Em referência a uma atividade ou interatividade do PFS (Calibri Light Itálico). - Citação de uma atividade do Diagrama de Atividades da UML (Courier New). - Alusivo a uma atividade de forma geral, que não pertence a nenhum dos três contextos citados anteriormente (Times New Roman).

9 ABREVIATURAS CA CASE CFC CLP DBC DCU DIPMCS DTCU ED EFS FB FBD GA IEC IED IEEE IL ISA ISO LD LSH LSL MCU MFG OMG OO OPN P&ID PFS RM-ODP RP Conjunto de alcançabilidade. Computer Aided Software Engineering. Continuous Function Chart. Controlador Lógico Programável. Desenvolvimento Baseado em Componentes. Diagrama de Casos de Uso. Distributed Industrial-Process Measurement and Control Systems. Descrição Textual dos Casos de Uso. Engenharia de Domínio. Elementary Firing Sequence. Function Block. Function Block Diagram. Grafo de Alcançabilidade. International Electrotechnical Commission. Intelligent Electronic Device. Institute of Electric and Electronic Engineers. Instruction List. International Society of Automation International Organization for Standardization Ladder Diagram. Level Switch High. Level Switch Low. Modelagem dos Casos de Uso. Mark Flow Graph Object Management Group. Orientação a Objetos. Object Petri Net. Piping and Instrumentation Diagram. Product Flow Schema. Reference Model Open Distributed Processing. Rede de Petri Ordinária.

10 RPC RP Colorida. RP C/A RP Canal/Agência. RP C/E RP Condição/Evento. RPCH RP Colorida Hierárquica RP L/T RP Lugar/Transição. RP P/T RP Predicado/Transição. RP PTD RP Predicado/Transição Diferencial. RP PTD-OO RP Predicado/Transição Diferencial - Orientada a Objetos. RP(RPIS) RP Subjacente da RPIS. RPI RP Interpretada. RPIC RP Interpretada para Controle. RPICL RP Interpretada para Controle Lógico. RPIS Rede de Petri Interpretada por Sinais - Orientada a Objetos RPO Rede de Petri a Objetos. RPOO Rede de Petri Orientada a Objetos. RPS RP Sincronizada. RUP Rational Unified Process SCADA Supervisory Control and Data Acquisition System. SCDC Sistemas de Controle Distribuídos e Colaborativos. SDED Sistemas Dinâmicos a Eventos Discretos. SDRV Sistema Digital de Regulação de Velocidade. SDVC Sistemas Dinâmicos a Variáveis Contínuas. SFC Sequential Function Chart SIPN-Editor Signal Interpreted Petri Net Editor SHRV Sistema Hidráulico de Regulação de Velocidade. SMA Sistemas de Manufatura Automatizados. SP Sistemas Produtivos. SSOO Sistema de Software Orientado a Objetos. ST Structured Text. TSH Temperature Switch High. UAC Unidade de Aquisição e Controle UG Unidade Geradora. UHE Usina Hidrelétrica.

11 SIMBOLOGIAS Lógica Proposicional Negação de (não ). Valor booleano de uma proposição lógica (Contradição). (,, ) Função Proposicional. = " é definido como outro nome para ". " Disjunção de e " (lógica $). " Conjunção de e " (lógica &). " Equivalência de e ". " & )*&+, de e ". " implica em " (condicional, implicação). Pode ser também ". " Bi-condicional de e ". Pode ser também ". 1 Valor booleano 1$233$+2 de uma proposição lógica (Tautologia). Conjuntos (, 4) Par ordenado. 6,, 6 n-tupla. {,, } ; Lista de elementos de um conjunto. { ()} Conjunto de todos os, para os quais () é verdadeiro. É o mesmo que {: ()}. 6 Cardinalidade ou Dimensão do conjunto 6. : () () é 1$233$+2 para todos os (quantificação universal de ()). : () Existe pelo menos um tal que () é 1$233$+2 (quantificação existencial de ()). ou { } Conjunto Vazio. 6 Igualdade de conjuntos. Produto cartesiano entre os conjuntos 6 Intersecção de 6 (conjunto que contém todos os elementos que 6 têm em comum). União de 6 (conjunto que contém todos os elementos que 6 e também todos os elementos

12 6 é um subconjunto próprio (ou 6 está contido propriamente 6 contém 6 é um subconjunto (ou 6 está contido 6 < I é menor que I. > I é maior que I. 6 é um elemento do conjunto não é um elemento do I é menor ou igual I. I é maior ou igual a I. N Funções Conjunto dos números inteiros não negativos. P() Valor da função P em. P: A função P mapeia o conjunto 6 no RS R Soma de,,. RS R Produto de,,. Matrizes U RV W Elemento RV de uma matriz, onde + é a +-ézima linha e X é a X-ézima coluna da matriz Y. Y + [ Soma das matrizes Y e [. Y[ Produto das matrizes Y e [. Y \ Transposta da matriz Y. Rede de Petri ]^( R ) Conjunto finito e não vazio de arcos que conectam lugares a transições ou transições a lugares de uma RP. Marcação específica _ de um lugar R de uma RP. ] R ` abbbc ]^ Sequência de disparo da marcação ] R à marcação ]^. ] d Marcação inicial de uma RP. ]^ Marcação específica de uma RP. R Conjunto de transições de entrada de R. Pre-set de um lugar.

13 R R Conjunto de transições de saída de R. Pos-set de um lugar. Conjunto finito e não vazio de lugares. Lugar específico de uma RP. 2$ Lugares precedentes de uma transição ou incidência anterior. f Lugares seguintes de uma transição ou incidência posterior. Rede de Petri Ordinária. g Conjunto finito e não vazio de transições. f V Transição específica de uma RP. f V f V h i h j h k RV i Conjunto de lugares de entrada de uma transição. Pre-set de uma transição. Conjunto de lugares de saída de uma transição. Pos-set de uma transição. Matriz de Incidência de Entrada, de uma RP. Matriz de Incidência de Saída, de uma RP. Matriz de Incidência, de uma RP. Elemento da matriz h i o qual indica o peso do arco ligando o lugar de entrada R à transição f V. k RV j Elemento da matriz h j o qual indica o peso do arco ligando o lugar de entrada R à transição f V. Rede de Petri Interpretada por Sinais + R Sinal digital de entrada R l( R ) m(f R ) n Sinal digital de saída Conjunto finito e não vazio dos sinais lógicos de entrada. Conjunto finito e não vazio dos sinais lógicos de saída. Rede de Petri Interpretada por Sinais. Função de saída de um lugar Condições ou Função de disparo de uma transição Função de saída combinando a saída l com todos os lugares marcados. Rede de Petri Interpretada por Sinais - Orientada a Objetos o6(_o `_p) Conjunto de Alcançabilidade do objeto p, da classe de número q, do Sistema de Controle de um sistema modelado em RPIS_OO.

14 o6(_o wx _y) Conjunto de Alcançabilidade do objeto y, da classe de número ], do Objeto de Controle de um sistema modelado em RPIS_OO. ` wx Conjunto finito e não vazio de arcos que conectam lugares a transições ou transições a lugares para a classe q do Sistema de Controle. Conjunto finito e não vazio de arcos que conectam lugares a transições ou transições a lugares para a classe ] do Objeto de Controle. z6(_o `_p) Grafo de Alcançabilidade do objeto p, da classe de número q, do Sistema de Controle de um sistema modelado em RPIS_OO. z6(_o wx _y) Grafo de Alcançabilidade do objeto y, da classe de número ], do Objeto de Controle de um sistema modelado em RPIS_OO. Conjunto finito dos sinais lógicos de entrada. wxix{ `ix Variável de interface da classe ] do Objeto de Controle, onde está armazenado o nome do objeto y que está associado ao método que pode ser chamado por um objeto do Sistema de Controle. Variável de interface da classe q do Sistema de Controle, onde está armazenado o nome do objeto p que está associado ao método que pode ser chamado por um objeto do Sistema de Controle. } d_wx : é a Marcação inicial da classe ] do Objeto de Controle. } d_` Marcação inicial da classe q do Sistema de Controle. } {_wx : é a Marcação y da classe ] do Objeto de Controle. o wx _y Objeto y da classe de número ], do Objeto de Controle de um sistema modelado em _. } _` Marcação p da classe q do Sistema de Controle. } wx É o conjunto de Marcações, significando que cada uma representa o estado de um objeto da sub-rede do Objeto de Controle. } ` É o conjunto de Marcações, significando que cada uma representa o estado de um objeto da sub-rede do Sistema de Controle, sendo: ] {_wx _0: Marcação inicial (_ = 0) do objeto y da classe ] do Objeto de

15 Controle. ] {_wx É a marcação alcançável _ do objeto y da classe ] na _o wx. ] _`_ Marcação alcançável do objeto p da classe q na _o `, de sua classe o `. o wx Classe de número ] do Objeto de Controle constituída pela _o wx. Para reduzir a quantidade de letras, as classes do Objeto de Controle serão identificadas individualmente apenas como o wx (classe de número ] do Objeto de Controle). {_wx _` \ wx ` `_x : R_wx R_wxix{ R_` R_`ix Nome do objeto y, da _o wx, onde seu estado é representado pela marcação ] {_wx. Nome do objeto p, da classe q do Sistema de Controle, onde seu estado é representado pela marcação ] _`_. Conjunto de todos os lugares de uma _. Conjunto finito e não vazio de lugares da classe ] do Objeto de Controle. Conjunto finito e não vazio de lugares da classe q do Sistema de Controle. Conjunto finito e não vazio de lugares R de um objeto p da classe q do Sistema de Controle. Lugar + da classe ] do Objeto de Controle ( indica Objeto de Controle). Lugar + do objeto y, da classe ] do Objeto de Controle. Lugar + da classe q do Sistema de Controle ( indica Sistema de Controle). Lugar + do objeto p, da classe q do Sistema de Controle. w Lugar qualquer pertencente ao conjunto \. f wx Contém todos os lugares que são conectados a f V_wx, f _wx por arcos direcionados, das transições aos lugares, para a classe ] do Objeto de Controle. f ` Contém todos os lugares que são conectados a f V_`, f _`, f _` por arcos direcionados, das transições aos lugares, para a classe q do Sistema de Controle. 2$ wx Contém todos os lugares que são conectados a f V_wx, f _wx por arcos direcionados, dos lugares às transições, para a classe ] do Objeto de Controle.

16 2$ ` Contém todos os lugares que são conectados a f V_`, f _`, f _` por arcos direcionados, dos lugares às transições, para a classe q do Sistema de Controle. _ Rede de Petri Interpretada por Sinais - Orientada a Objetos. _o Conjunto de sub-redes que representa as classes do Objeto de Controle. _o Conjunto de sub-redes que representa as classes do Sistema de Controle. _o wx Sub Rede de Petri Interpretada por Sinais - Orientada a Objetos Marcada, de número ], do Objeto de Controle. _o ` Sub Rede de Petri Interpretada por Sinais - Orientada a Objetos Marcada, de número q, do Sistema de Controle. wx ` RP Ordinária, da classe de número ] do Objeto de Controle. RP Ordinária, da classe de número q do Sistema de Controle. o ` Classe de número q do Sistema de Controle constituída pela _o `. Para reduzir a quantidade de letras, as classes do Objeto de Controle serão identificadas individualmente apenas como o ` (classe de número q do Sistema de Controle). o `_p Objeto p da classe de número q, do Sistema de Controle de um sistema modelado em _. g ƒ_wx g ƒ_` g \ g \wx g \` Conjunto de transições da _o wx que produz um método a outras classes, o qual descreve um serviço implementado por esta classe, ou seja, é o conjunto de operações que a classe _o wx disponibiliza e pode ser chamado por outras classes. Conjunto de transições da _o ` que produz um método a outras classes, o qual descreve um serviço implementado por esta classe, ou seja, é o conjunto de operações que a classe _o ` disponibiliza e pode ser chamado por outras classes do Sistema de Controle. Conjunto de todas as transições de uma _. Conjunto de todos os tipos de transição definidos para a classe ] do Objeto de Controle. Conjunto de todos os tipos de transição definidos para a classe q do Sistema de Controle.

17 g wx g ` Conjunto de transições da _o wx de número ] do Objeto de Controle (inscrição ), que não são produtoras nem são consumidoras. Conjunto de transições da _o ` de número q do Sistema de Controle (inscrição ), que não são produtoras nem são consumidoras. f V_wx Conjunto de lugares de saída (pós-lugares) de uma transição X da classe de número ] do Objeto de Controle. f V_` Conjunto de lugares de saída (pós-lugares) de uma transição X da classe de número q do Sistema de Controle. f _wx Conjunto de lugares de saída (pós-lugares) de uma transição produtora da classe de número ] do Objeto de Controle. f _` Conjunto de lugares de saída (pós-lugares) de uma transição produtora da f _` classe de número q do Sistema de Controle. Conjunto de lugares de entrada (pós-lugares) de uma transição consumidora I da classe de número q do Sistema de Controle. f V_wx Conjunto de lugares de entrada (pré-lugares) de uma transição X da classe de número ] do Objeto de Controle. f V_` Conjunto de lugares de entrada (pré-lugares) de uma transição X da classe de número q do Sistema de Controle. f _wx Conjunto de lugares de entrada (pré-lugares) de uma transição produtora da classe de número ] do Objeto de Controle. f _` f V Conjunto de lugares de entrada (pré-lugares) de uma transição produtora da classe de número q do Sistema de Controle. Transição normal X do objeto y, da classe ] do Objeto de Controle. f _` f _wx_ wxix{ Transição f _` chama o método associado à f _wx, cujo nome está armazenado na variável wxix{ do objeto de f _` f _`_ `ix número y da classe de número ] do Objeto de Controle. Transição f _` chama o método associado à f _`, cujo nome está armazenado na variável `ix do objeto de número p da classe de número q do Sistema de Controle. f _` Conjunto de lugares de entrada (pós-lugares) de uma transição consumidora I da classe de número q do Sistema de Controle.

18 f _`ix f V_wx Transição consumidora I do objeto p, da classe q do Sistema de Controle. Transição de número X da classe de número ] do Objeto de Controle (inscrição ), que não é produtora nem consumidora, denominada como transição normal da classe o wx. f V_` Transição de número X da classe de número q do Sistema de Controle (inscrição ), que não é produtora nem consumidora, denominada como transição normal da classe o `. f V_`ix Transição normal X do objeto p, da classe q do Sistema de Controle. f Transição qualquer pertencente ao conjunto g \. f _wx f _wxix{ f _` f _`ix Transição produtora de número da classe (sub-rede) de número ] do Objeto de Controle (inscrição ), que pode ser consumida por outras classes. A transição produtora tem uma operação que pode ser chamada por outras classes. Transição produtora do objeto y, da classe ] do Objeto de Controle. Transição produtora de número da classe (sub-rede) de número q do Sistema de Controle (inscrição ), que pode ser consumida por outras classes. A transição produtora tem uma operação que pode ser chamada por outras classes do Sistema de Controle. Transição produtora do objeto p, da classe q do Sistema de Controle. 1 {_wx Instância de 1 wx da _o wx, para o objeto y. 1 _` Instância de 1 ` da classe q do Sistema de Controle, para o objeto p. 1 wx Conjunto de variáveis formais que pertence ao conjunto de atributos de uma classe de número ] do Objeto de Controle. 1 ` Conjunto de variáveis formais que pertence ao conjunto de atributos de uma classe de número do Sistema de Controle.,+ R Sinal de entrada interno (virtual input) recebido via rede de outros IEDs., R Sinal de saída interno (virtual output) gerado e utilizado internamente no programa do CLP, para lógicas internas ou sinalização em IHM (Interface Humano Máquina). n _` Possível saída produzida por um objeto p de uma classe q do Sistema de

19 n ` Controle, durante sua evolução. Esta representa a soma ou conjunção das saídas de todas as marcações alcançáveis (diferentes estados) de um objeto desta classe. Função de saída combinando a saída l ` com todos os lugares marcados de um estado alcançável. n ` ] _`_Ž Função de saída combinando a saída l `_x com todos os lugares marcados em sua marcação, do objeto p da classe q do Sistema de Controle (] _`_), ou seja, é o produto binário dos lugares marcados. É o mesmo que n ] _`_Ž. m wx É um mapeamento associando cada transição f V_wx g wx com uma função (ou condição) de disparo m wx f V_wx Ž = P +, +, + Ž e também, associando cada transição f _wx g wx com uma função de disparo m wx f _wx Ž = P +, +, + Ž. m ` Mapeamento que associa cada transição f V_` g ` com uma função (ou condição) de disparo m ` f V_`Ž = P +, +, + Ž, cada transição f _` g _` com uma condição de disparo m ` f _`Ž = P +, +, + Ž e também, associando cada transição f _` g ƒ_` com uma condição de disparo m ` f _`Ž = P +, +, + Ž. l ` Mapeamento associando cada lugar R_` ` com uma saída l ` R_`Ž. m f V Ž Função de disparo da transição normal X do objeto y, da classe ] do Objeto de Controle. m f _`ix Ž Função de disparo da transição consumidora I do objeto p, da classe q do Sistema de Controle. m f V_`ix Ž Função de disparo da transição normal X do objeto p, da classe q do Sistema de Controle. m f _wxix{ Ž Função de disparo da transição produtora do objeto y, da classe ] do Objeto de Controle. m f _`ix Ž Função de disparo da transição produtora do objeto p, da classe q do Sistema de Controle.

20 l R ix Ž Função de saída do lugar + do objeto p, da classe q do Sistema de Controle. É o mesmo que l ` R_`ix Ž. Apêndice A Exemplo de Aplicação Nomenclatura dos Sistemas 1.TK 2.PG 3.TK 4.HASM 5.HAL 6.PA 7.EHV 8.GW 9.TK Reservatório de Óleo. Geração de Pressão Hidráulica. Tanque Acumulador de Pressão Ar-Óleo Acionamento Hidráulico dos Servomotores. Acionamento Hidráulico das Travas de Segurança. Desligamento de Emergência Atuação Mecânica. Desligamento de Emergência Atuação Elétrica. Roda Dentada. Tanque de Drenagem de Óleo de Infiltração. Identificação dos Sinais I Q VI VQ Entrada Digital do CLP (hardware). Saída Digital do CLP (hardware). (Virtual Input) Entrada Digital gerada internamente no CLP por software. (Virtual Output) Saída Digital gerada internamente no CLP por software.

21 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Tema Objetivo Motivações e Justificativas Solução Proposta Metodologia de Pesquisa Adotada Organização e Estrutura da Tese REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Introdução Abstração do Modelo Baseada em Sistemas Dinâmicos a Eventos Discretos (SDED) Automação Elétrica Utilização do Paradigma de Orientação a Objetos e da Linguagem UML Uso dos Conceitos de Componentização Utilização do Conceito de Estruturação Hierárquica-Modificada Utilização da Técnica Product Flow Schema (PFS) Formalismo de Modelagem Baseado em Rede de Petri (RP) Rede de Petri Interpretada por Sinais (RPIS) Rede de Petri e Orientação a Objetos Considerações sobre o Capítulo FORMALISMO Seleção do Formalismo de Apoio Rede de Petri (RP) Rede de Petri Ordinária (RP) Rede de Petri Ordinária Marcada Rede de Petri Condição/Evento (RP C/E) Rede de Petri Lugar/Transição (RP L/T) Conjunto de Alcançabilidade (CA) e Grafo de Alcançabilidade (GA) de uma RP Rede de Petri Interpretada por Sinais (RPIS)...85

22 3.3 Paradigma OO e Rede de Petri Rede de Petri Interpretada por Sinais juntamente com o Paradigma de Orientação a Objetos Estrutura e Dinâmica dos Modelos das Sub-redes (Classes) e Objetos Estrutura de uma _o wx Comportamento e Semântica de uma _o wx Representação Gráfica de uma _o wx Estrutura de uma _o ` Comportamento e Semântica de uma _o ` Representação Gráfica de uma _o ` Interfaces de Comunicação entre as Classes Composição dos Modelos Integrados Procedimento para o Desdobramento das Sub-Redes e Composição dos Modelos Integrados Exemplo de Aplicação Descrição Informal do Sistema de Drenagem do Óleo de Infiltração do SHRV Definição das Classes e Objetos do modelo do Sistema Classes do Objeto de Controle Classes do Sistema de Controle Grafo de Marcação dos Estados Alcançáveis das Classes Construção dos Modelos Integrados Identificação da Fusão das Transições das Classes - Passo Desdobramento das Classes em Objetos e Renomeação para o nível de Objetos - Passo Fusão das Transições dos Objetos do Objeto de Controle - Passo Fusão das transições dos Objetos do Sistema de Controle - Passo Modelo Integrado dos Objetos do Sistema de Controle - Passo

23 3.6 Considerações sobre o Capítulo ANÁLISE DOS MODELOS Introdução Alcançabilidade e Propriedades Básicas da RP Alcançabilidade e Propriedades da _ Alcançabilidade da _ Álgebra de Sinais da _ Propriedades da _ Verificação Formal da _ Propriedades Funcionais Padrões da _ Método de Verificação da _ Considerações sobre o Capítulo METODOLOGIA PROPOSTA Introdução Especificação e Projeto de Sistemas de Automação para Unidades Geradoras Uma Visão Geral Bases Conceituais para a Metodologia Proposta Apresentação da Metodologia Descrição das Fases, Etapas e Atividades Considerações sobre o Capítulo CONCLUSÕES Principais Contribuições Propostas de Trabalhos Futuros REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS APÊNDICE A EXEMPLO DE APLICAÇÃO A.1 Modelagem e Análise do SHRV A.1.1 Atividade 0 Especificação Informal A Objeto de Controle A Sistema de Controle A.1.2 Atividade 1 Modelo em PFS A.1.3 Atividade 2 Modelagem dos Casos de Uso A.1.4 Atividade 3 Diagrama de Atividades...230

24 A.1.5 Atividade 4 Definição das Classes e Objetos A.1.6 Atividade 5 Diagrama de Sequência A.1.7 Atividade 6 Diagrama de Comunicação A.1.8 Atividade 7 Modelagem das Classes e Objetos em _ A Modelagem e Consolidação das Classes e Objetos do Objeto de Controle e do Sistema de Controle A Identificação da fusão das transições das Classes A Desdobramento das Classes em Objetos e sua Renomeação A Fusão das Transições dos Objetos do Objeto de Controle A Fusão das Transições dos Objetos do Sistema de Controle A Modelo Integrado dos Objetos do Sistema de Controle A.1.9 Atividade 8 Verificação Formal A Grafo de Alcançabilidade do Objeto Integrado _` = SUP_PR_B A Verificação para Corretude Formal dos Objetos do Sistema de Controle Propriedades Obrigatórias A Verificação para Corretude Formal dos Objetos do Sistema de Controle Propriedades Eletivas A.2 Considerações sobre o Apêndice APÊNDICE B Product Flow Schema (PFS) APÊNDICE C O Paradigma de Orientação a Objetos APÊNDICE D Unified Model Language (UML)