Conteúdos Programáticos das Unidades Curriculares. da Pós-Graduação em Engenharia de Instrumentação e Sistemas de Automação

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1 Conteúdos Programáticos das Unidades Curriculares da Pós-Graduação em Engenharia de Instrumentação e Sistemas de Automação Proponente: Professor Doutor Dias Pereira Agosto, 2012

2 Conteúdos programáticos das unidades curriculares DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 1- Processos industriais, regulação manual e automática, terminologia aplicada. Sensores, transdutores e transmissores. Sinais normalizados. 2 - Medida de Pressão 3 - Medida de Caudal 4 - Medida de Temperatura 5 - Medida de Nível 6 - Medida de ph e Analisadores 7 - Elementos Finais de Controlo 8 Simbologia (Simbologia ISA usada nos P&I. Interpretação de P&I) 1. Introdução aos Sistemas de Controlo 2. Modelização de Sistemas Físicos 3. Resposta Dinâmica de Sistemas no Domínio do Tempo; 4. Resposta em Frequência 5. Estabilidade 6. Controlo P.I.D. 2

3 DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: METROLOGIA APLICADA 1. Fundamentos de Metrologia: áreas de actuação, unidades e padrões de medida, rastreabilidade; terminologia utilizada em metrologia. 2. Estatística para metrologia: estudo das principais distribuições estatísticas aplicadas em metrologia; modelação do erro, métodos de regressão e de correlação, estimativa de parâmetros e análise de variância. 3. Instrumentos de Medição: características e especificações dos instrumentos de medição; incerteza do padrão e certificado de calibração; influência de factores ambientais. 4. Calibração e incerteza: estudo do Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (ISO/GUM); identificação de componentes de incerteza, factor de abrangência, cálculo de incerteza expandida em calibração; aplicação a instrumentos de medição de grandezas eléctricas, pressão e temperatura. 5. Aspectos metrológicos em sistemas da qualidade: a metrologia nos sistemas da qualidade; certificação; a função do laboratório de metrologia na indústria; creditação de laboratórios de ensaio/calibração; considerações sobre NP ISO/IEC e ISO Realização de procedimentos de calibração de instrumentos de medição. 6. Automatização da medição em calibração e do respectivo cálculo da incerteza. 3

4 DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: ACTUADORES E VARIADORES DE VELOCIDADE 1. Introdução 2.Caracterização das partes constituintes de um accionamento: - a carga mecânica - descrição de vários tipos de cargas - elementos de transmissão e adaptação de movimentos - determinação de parâmetros mecânicos - exigências de serviço - diagramas de carga - a máquina eléctrica - a máquina eléctrica a funcionar em regime variável - a electrónica de potência e a fonte de energia eléctrica - principais montagens utilizadas para comandar máquinas de corrente contínua e alternada - quadrantes de funcionamento 3. Accionamentos com máquinas de corrente contínua - modelo (ensaio para determinação de parâmetros) - comportamento em regime dinâmico - controlo de velocidade e corrente de máquinas de C.C. projecto de controladores. 4. Accionamentos com máquinas assíncronas - processos de arranque e travagem. - controlo de velocidade em máquinas de C.A. - comando de variadores de velocidade através de autómatos programáveis 4

5 DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: OPERAÇÃO E EXPLORAÇÃO DE SISTEMAS INDUSTRIAIS 1. Fundamentos de aceitação (comissionamento), entrada em exploração e operação de sistemas de medida e instrumentação. 2. Calibração de instrumentos. 2. Equipamentos de instrumentação de processo. projecto, manutenção e operação de equipamento de processo. 3. Operação e segurança de processos industriais. 4. Sistemas de instrumentação com segurança intrínseca. 5. Instalações em atmosferas explosivas (directiva ATEX). 5

6 DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: AUTOMAÇÃO 1 - Introdução aos automatismos. Os automatismos ao serviço da produção. Estrutura dos sistemas automatizados. Formas de descrição do comportamento de automatismos. Tecnologias de comando e tecnologias de actuação. 2 - Álgebra de Boole. Representação e simplificação de funções Booleanas. Implementação de funções lógicas. 3 - Tecnologias pneumáticas, hidráulicas e eléctricas em automatismos. Instalações pneumáticas e com relés. Métodos de projecto de sistemas pneumáticos e hidráulicos. Automatismos constituídos à base de relés eléctricos. 4 - Métodos Clássicos de Síntese de Sistemas de Comando. Sistemas combinatórios e sequenciais. Biestáveis e monoestáveis. Sistemas descritos pelas fases do processo. Projecto de sistemas sequenciais síncronos e assíncronos. 5 Modelação de sistemas de comando discreto. Ferramenta para Síntese de Sistemas de Comando. Descrições gerais do GRAFCET. Estruturas base do GRAFCET. Do GRAFCET às equações Booleanas. Regras de evolução no GRAFCET. GRAFCET Mestre/Escravo. Utilização de Macros num GRAFCET. Autómatos programáveis. Constituição e funcionamento. Instalação do autómato. Linguagens e métodos de programação. Redes de autómatos. 6

7 DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE MEDIDA E INSTRUMENTAÇÃO VIRTUAL 1. Introdução aos sistemas de instrumentação virtual Sistemas com instrumentos em rede: constituição e arquitectura. O computador pessoal (PC) como controlador. Geradores de estímulos. Instrumentos de medida. Unidades de comutação. Programação. Sistemas com placas de aquisição de dados. Sistemas VXI e PXI. 2. Interface GPIB (General Purpose Interface Bus) Introdução, constituição e identificação das principais características. Gestão da interface. Diálogo ao nível do byte. Protocolo de comunicação: mensagens da interface. Transacções de dados. Transacções SRQ. Norma IEEE Tratamento de erros. Normalização de comandos. Exemplos de programação em LabVIEW. 3. Plataforma VISA (Virtual Instrument Software Architecture) Introdução, constituição e identificação das principais características. Gestor de recursos. Objecto INSTR. Comunicação por mensagens. Exemplos de programação em LabVIEW. 4. Plataforma IVI (Interchangeable Virtual Instruments) Introdução, constituição e identificação das principais características. Definição e caracterização de class drivers e instrument drivers. Configuração e interoperabilidade. Exemplos de programação em LabVIEW. 5. Placas de aquisição de dados Introdução, constituição e identificação das principais características. Diagrama de blocos e descrição dos diferentes blocos funcionais: conversão A/D; conversão D/A, entradas e saídas digitais, contadores e temporizadores. Exemplos de programação em LabVIEW. 6 Plataforma SCXI (Signal Conditioning extensions for Instrumentation) Introdução, constituição e identificação das principais características. Configuração. Exemplo de utilização da unidade SCXI-1121: termómetro virtual. 7. Ambientes de programação para instrumentação virtual Análise comparativa de diferentes linguagens de programação para sistemas de medida suportados em instrumentação virtual: LabVIEW, VEE, TestPoint, Visual Basic e C#. 7

8 DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: SISTEMAS DE AUTOMAÇÃO E ROBÓTICA 1. Fundamentos projectivos em sistemas de Robótica e Automação. Perspectiva construtiva. Elementos constituintes e metodologias de escolha. Sistemas de actuação, juntas mecânicas, sensores e sistemas de sinalização. 2. Dinâmica de sistemas robóticos. Identificação de parâmetros. Formulação de Lagrange e formulação de Newton Euler. Dinâmica directa e inversa. 3. Controlo de movimento de robôs. Controlo em espaço de juntas e espaço cartesiano. Algoritmos de controlo do movimento do robô manipulador. Controlo cinemático e controlo dinâmico. Algoritmos de controlo por visão. 4. Arquitecturas de controlo de sistemas de automação e robótica. Abordagens ao problema do controlo de sistemas complexos. Arquitecturas Deliberativas. Arquitecturas Baseadas em Comportamentos Arquitecturas Híbridas. Arquitecturas Hierárquicas 5. Projecto de células robotizadas. Sensores, algoritmos e métodos para posicionamento de sistemas de automação e robótica. Aplicações do robô na industria. Tipos de células robotizadas. Aspectos práticos na concepção de células robotizadas. Análise económica. 8

9 DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: CONTROLO AVANÇADO Controladores PID Acção proporcional Acção Proporcional integral Acção Proporcional Derivativa Acção Proporcional integral Derivativa Filtragem e ponderação da referência Colagem do Integrador Métodos de Sintonia Exemplos de aplicações de controladores PID Controlo Difuso Lógica difusa Estrutura de um controlador Difuso Desempenho e afinação de um controlador Difuso Exemplos de aplicações de controladores Difusos Controlo Preditivo Preditor de Smith Controlador PPI Controlo Preditivo Baseado em Modelo: i. DMC ii. GPC Exemplos de aplicação de controladores Preditivos 9

10 DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: FIABILIDADE E MANUTENÇÃO 1. Introdução 2. Estratégias de manutenção. Manutenção correctiva. Estudo das avarias. Mecanismos das falhas. Súmula das causas das avarias de componentes mecânicos. Falhas de componentes de comando e controlo 3. Manutibilidade e análise dos tempos de execução das tarefas de manutenção. Medição da manutibilidade. Análise dos tempos de reparação. Diagrama de blocos de manutenção 4. Manutenção preventiva (MP) 5. Manutenção condicionada. Potencialidades da manutenção condicionada nos edifícios. Termografia de infravermelhos 6. Concepção e implementação do plano de manutenção preventiva. Plano de manutenção preventiva (PMP) 7 Fiabilidade de componentes e sistemas não reparáveis. Função densidade de probabilidade e função distribuição. Função de risco. Distribuição de Weibull 8 Fiabilidade de equipamentos e sistemas reparáveis. Taxa de avarias do processo (ROCOF). MTBF. Correlação do ROCOF com o tempo de funcionamento do elemento reparável. Processos pontuais. Processo de Poisson homogéneo. Processo de Poisson não homogéneo. Verificação de tendência da taxa de avarias do processo. Teste gráfico. Teste de Laplace 10

11 DESIGNAÇÃO DA UNIDADE CURRICULAR: PROJECTO-ESTÁGIO Parte I (6 ECTS): Elaboração de um projecto de cariz empresarial desenvolvido nas áreas de especialização da pós-graduação. A componente experimental do projecto incluirá preferencialmente o estudo e implementação (protótipos ou sistemas laboratoriais) de soluções subjacentes aos temas abordados na pós-graduação. 11