An architecture to integrate IEC 61131-3 systems in an IEC 61499 distributed solution

The IEC 61499 standard has been developed to allow the modeling and design of distributed control systems, providing advanced concepts of software engineering (such as abstraction and encapsulation) to the world of control engineering. The introduction of this standard in already existing control environments poses challenges, since programs written using the widespread IEC 61131-3 programming standard cannot be directly executed in a fully IEC 61499 environment without reengineering effort. In order to solve this problem, this paper presents an architecture to integrate modules of the two standards, allowing the exploitation of the benefits of both. The proposed architecture is based on the coexistence of control software of the two standards. Modules written in one standard interact with some particular interfaces that encapsulate functionalities and information to be exchanged with the other standard. In particular, the architecture permits to utilize available run-times without modification, it allows the reuse of software modules, and it utilizes existing features of the standards. A methodology to integrate IEC 61131-3 modules in an IEC 61499 distributed solution based on such architecture is also developed, and it is described via a case study to prove feasibility and benefits. Experimental results demonstrate that the proposed solution does not add substantial load or delays to the system when compared to an IEC 61131-3 based solution. By acting on task period, it can achieve performances similar to an IEC 61499 solution

Holonic self-sustainable systems for electrical micro grids

The self-sustainability of micro grids is an important challenge in the smart grids field due to the need to balance the fast growing energy consumption, reduce greenhouse gas emissions and increase energy independence by using renewable resources. The use of decentralized paradigms, and particularly multi-agent systems and holonic control, enable to face this challenge by implementing intelligent mechanisms that allow an efficient management of the power flow. In this paper, a holonic based model is introduced, considering load scheduling and forecast mechanisms to improve the micro grids self-sustainability, and consequently reduce the energy cost and the energy dependency from the main utility. The designed holonic based model and strategies were developed by using the agent technology, and particularly the JADE framework, showing important improvements in the self-sustainability of micro grids working in different operating modes.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Recursos geológicos de Trás-os-Montes – Passado, presente e perspetivas futuras

Em consequência da sua evolução ao longo da história da Terra, a região de Trás-os-Montes e Alto Douro possui uma grande diversidade de recursos geológicos. Alguns deles foram explorados pelo Homem em diferentes momentos da sua História. Este livro pretende contribuir para o conhecimento, valorização e promoção dos recursos geológicos e do património associado à sua exploração no passado; pois estamos convencidos de que uma eficiente exploração de alguns destes recursos, juntamente com a valorização turística do património geológico-mineiro, muito pode contribuir para dinamizar a economia da região. A Península Ibérica é constituída por formações rochosas que resultam da ação dos processos geotectónicos e dos fenómenos atmosféricos ao longo de mais de 500 milhões de anos (Ma). Neste contexto, Trás-os-Montes é uma região particularmente privilegiada pois é possível encontrar aqui a marca de grande parte dos fenómenos geológicos decorridos desde, ou mesmo antes, do princípio da formação da cadeia montanhosa Hercínica, ou Varisca, ocorrida na Era paleozoica. Uma dessas marcas é o maciço de Bragança e Morais, resultante da instalação de mantos de carreamento por obducção, testemunho da colisão continental então ocorrida. Neste maciço encontram-se rochas únicas com origem na crosta continental inferior e no manto, como é o caso dos Granulitos do Tojal dos Pereiros (Bragança) que, tal como se verá neste livro, poderão ser das rochas mais antigas da Terra com cerca de 1000 Ma. Neste livro procura-se fazer uma síntese dos vários depósitos minerais metálicos e não metálicos assim como das massas rochosas, com interesse económico, resultantes da sequência dos vários processos geológicos ocorridos desde o início do ciclo orogénico Hercínico até aos dias de hoje como, por exemplo, a erosão, o transporte, a sedimentação, o metamorfismo, o magmatismo e a deformação tectónica. Outra consequência da evolução geodinâmica são as inúmeras nascentes de água mineral natural com propriedades sulfúreas, gasocarbónica ou bicarbonadas sódicas, ligadas a mineralizações em grande profundidade ao longo das falhas, de orientação NNE-SSW, de Manteigas – Vilariça – Bragança e Penacova – Régua – Vila Real – Verin. O sistema de fraturas resultante do relaxamento de tensões orogénicas ocorrido na Era Mesozoica, condicionou também a instalação da rede hidrográfica atual e, juntamente com o processo erosivo iniciado no Pérmico, são os grandes responsáveis pelas magníficas paisagens de Trás-os-Montes e Alto Douro. Devido às suas propriedades terapêuticas conferidas pela suas características naturais de mineralização, algumas águas de origem profunda (Águas Minerais Naturais) são aproveitadas em termalismo de bem-estar ou terapêutico, podendo ainda ser, concomitantemente ou não, disponibilizadas engarrafadas. Neste livro apresenta-se o importante testemunho das práticas de exploração e gestão das concessões hidrominerais das empresas VMPS – Águas e Turismo, S.A. e UNICER Aguas, S.A, detentoras das marcas Pedras Salgadas, Salus Vidago, Melgaço e Vitalis. Os recursos minerais da região transmontana foram explorados pelo Homem desde tempos remotos. Como se verá neste livro, existem evidências da prática da metalurgia desde o VI milénio a.C. São também conhecidos os vestígios de uma intensa mineração deixados pelos romanos como, por exemplo, em Três Minas (ouro), Montesinho (ouro) e Moncorvo (ferro). Contudo, foi sobretudo na época moderna, com destaque para o período compreendido entre meados do século dezanove e o fim do século vinte, que a atividade mineira em Trás-os-Montes teve o seu apogeu. São ainda bem evidentes na nossa paisagem as ruinas dessa indústria que as pessoas mais velhas recordam com alguma saudade. As minas mudaram a realidade de muitas comunidades do interior transmontano pois trouxeram desafogo económico e desenvolvimento social para além de as retirarem do isolamento ancestral a que estavam votadas. A progressiva globalização das economias integrou a nossa indústria extrativa, muito desprotegida, em mercados muito competitivos para os quais não estava preparada. Em consequência, grande parte das minas portuguesas pararam a sua atividade entre as décadas de setenta e noventa do século passado. O encerramento das minas deixou por vezes um legado bastante negativo com instalações abandonadas, lugares poluídos, comunidades enfraquecidas pela emigração, infraestruturas degradadas e consequente contração económica. Felizmente, a maior parte dos passivos ambientais e de segurança têm sido progressivamente revertidos em consequência das prioridades definidas pela União Europeia (EU). A empresa estatal EDM (Empresa de Desenvolvimento Mineiro, S.A.) é responsável desde 2001 pelas intervenções ambientais e de segurança nas antigas explorações mineiras portuguesas. Neste livro dá-se conta da sua atuação em Trás-os- -Montes, nomeadamente em Jales, onde o ouro foi explorado até à última década do século passado. Com este livro pretende-se também fazer uma reflexão sobre a possível valorização em termos económicos do vastíssimo património mineiro existente na região. Para tal apresenta-se o testemunho do Museu do Ferro e da Região de Moncorvo que foi um dos projetos pioneiros no país a fazer a divulgação da atividade mineira e com isso contribuir diretamente para o desenvolvimento local através da procura turística. Apresenta-se também o exemplo do projeto Roteiro das Minas e Pontos de Interesse Mineiro e Geológico de Portugal que promove turisticamente algum do património mineiro e geológico do nosso país. O futuro da indústria extrativa em Trás-os-Montes é imprevisível. A sua evolução depende muito da conjugação de fatores que dependem da evolução dos mercados mundiais das matérias-primas e das grandes opções económica e estratégicas para o nosso país. Nos últimos anos tem-se verificado algum dinamismo no setor através dos contratos de prospeção e pesquisa pedidos junto da Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG). Esta atividade tem refletido o aumento da procura de minérios como o ferro, o ouro, o volfrâmio ou o lítio. Nalguns casos esta procura poderá resultar de alguma instabilidade política nos países produtores que condiciona as necessidades de matéria-prima por parte das grandes economias como a China. Noutros casos, dever-se-á à importância estratégica que lhes é atribuída em função dos desenvolvimentos tecnológicos, como é o caso do lítio na produção de baterias elétricas. Devido ao destaque e ao potencial atualmente associado a este minério, apresenta-se também neste livro uma exposição sobre os recursos de lítio existentes na região transmontana. Para além de terem um impacto direto na economia regional, estas últimas campanhas de prospeção permitiram também conhecer melhor a diversidade, a extensão e a génese dos recursos minerais de Trás-os-Montes. Referimos como exemplo o jazigo de ferro de Moncorvo que, embora tenha já sido bastante estudado no passado e como tal considerado um dos maiores da Europa, foi novamente objeto de estudo através da aplicação de novas técnicas de prospeção e de investigação científica de que damos conta neste livro. A concretização dos objetivos a que este livro se propõe, nomeadamente, a divulgação, promoção e valorização dos recursos geológicos de vasta região transmontana, só é possível através do contributo individual dos vários autores que aceitaram o nosso convite e aos quais estamos muito gratos. Aproveitamos também para agradecer às suas instituições e empresas de origem, nomeadamente, à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro (UTAD), à Universidade do Minho (UM), à Companhia Portuguesa do Ferro S.A. (CPF), ao Super Bock Group, ao Projeto Arqueológico da Região de Moncorvo (PARM), ao Centro de Investigação Transdisciplinar: Cultura Espaço e Memória (CITCEM), à Direção Regional de Cultura do Norte (DRCN), à Direção Geral de Energia e Geologia (DGEG) e ao Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG). Agradecemos igualmente o apoio à publicação dado pelas empresas Super Bock Group, EDM, Omya, CPF e pela Câmara Municipal de Torre de Moncorvo e pelo Museu do Ferro & da Região de Moncorvo. O nosso muito obrigado também aos Geólogos Carlos Rosa, Pedro Santos e Antunes da Silva e ao Engenheiro José Nunes de Almeida pelos seus empenhos pessoais na concretização deste projeto. Por fim, agradecemos ao Atilano Suarez o excelente trabalho de design e paginação deste livro. O livro está dividido em duas partes. A primeira, intitulada Diversidade e Importância dos Recursos Geológicos, apresenta uma síntese dos principais recursos minerais existentes na região, com destaque para os recursos de lítio, ferro e águas minerais naturais. A segunda parte intitulada Perspetiva Histórica e Potencial Turístico do Património Geológico e Mineiro, aborda a mineração ao longo da História e apresenta alguns contributos para a valorização do património mineiro e geológico da região.Agradecemos igualmente o apoio à publicação dado pelas empresas Super Bock Group, EDM, Omya, CPF e pela Câmara Municipal de Torre de Moncorvo e pelo Museu do Ferro & da Região de Moncorvoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Open research issues on multi-models for complex technological systems

Abstract -We are going to report here about state of the art works on multi-models for complex technological systems both from the theoretical and practical point of view. A variety of algorithmic approaches (k-mean, dss, etc.) and applicative domains (wind farms, neurological diseases, etc.) are reported to illustrate the extension of the research area

A Novel Method for Adaptive Control of Manufacturing Equipment in Cloud Environments

The ability to adaptively control manufacturing equipment, both in local and distributed environments, is becoming increasingly more important for many manufacturing companies. One important reason for this is that manufacturing companies are facing increasing levels of changes, variations and uncertainty, caused by both internal and external factors, which can negatively impact their performance. Frequently changing consumer requirements and market demands usually lead to variations in manufacturing quantities, product design and shorter product life-cycles. Variations in manufacturing capability and functionality, such as equipment breakdowns, missing/worn/broken tools and delays, also contribute to a high level of uncertainty. The result is unpredictable manufacturing system performance, with an increased number of unforeseen events occurring in these systems. Events which are difficult for traditional planning and control systems to satisfactorily manage. For manufacturing scenarios such as these, the use of real-time manufacturing information and intelligence is necessary to enable manufacturing activities to be performed according to actual manufacturing conditions and requirements, and not according to a pre-determined process plan. Therefore, there is a need for an event-driven control approach to facilitate adaptive decision-making and dynamic control capabilities. Another reason driving the move for adaptive control of manufacturing equipment is the trend of increasing globalization, which forces manufacturing industry to focus on more cost-effective manufacturing systems and collaboration within global supply chains and manufacturing networks. Cloud Manufacturing is evolving as a new manufacturing paradigm to match this trend, enabling the mutually advantageous sharing of resources, knowledge and information between distributed companies and manufacturing units. One of the crucial objectives for Cloud Manufacturing is the coordinated planning, control and execution of discrete manufacturing operations in collaborative and networked environments. Therefore, there is also a need that such an event-driven control approach supports the control of distributed manufacturing equipment. The aim of this research study is to define and verify a novel and comprehensive method for adaptive control of manufacturing equipment in cloud environments. The presented research follows the Design Science Research methodology. From a review of research literature, problems regarding adaptive manufacturing equipment control have been identified. A control approach, building on a structure of event-driven Manufacturing Feature Function Blocks, supported by an Information Framework, has been formulated. The Function Block structure is constructed to generate real-time control instructions, triggered by events from the manufacturing environment. The Information Framework uses the concept of Ontologies and The Semantic Web to enable description and matching of manufacturing resource capabilities and manufacturing task requests in distributed environments, e.g. within Cloud Manufacturing. The suggested control approach has been designed and instantiated, implemented as prototype systems for both local and distributed manufacturing scenarios, in both real and virtual applications. In these systems, event-driven Assembly Feature Function Blocks for adaptive control of robotic assembly tasks have been used to demonstrate the applicability of the control approach. The utility and performance of these prototype systems have been tested, verified and evaluated for different assembly scenarios. The proposed control approach has many promising characteristics for use within both local and distributed environments, such as cloud environments. The biggest advantage compared to traditional control is that the required control is created at run-time according to actual manufacturing conditions. The biggest obstacle for being applicable to its full extent is manufacturing equipment controlled by proprietary control systems, with native control languages. To take the full advantage of the IEC Function Block control approach, controllers which can interface, interpret and execute these Function Blocks directly, are necessary

A review of architectures and concepts for intelligence in future electric energy system

Renewable energy sources are one key enabler to decrease greenhouse gas emissions and to cope with the anthropogenic climate change. Their intermittent behavior and limited storage capabilities present a new challenge to power system operators to maintain power quality and reliability. Additional technical complexity arises from the large number of small distributed generation units and their allocation within the power system. Market liberalization and changing regulatory framework lead to additional organizational complexity. As a result, the design and operation of the future electric energy system have to be redefined. Sophisticated information and communication architectures, automation concepts, and control approaches are necessary in order to manage the higher complexity of so-called smart grids. This paper provides an overview of the state of the art and recent developments enabling higher intelligence in future smart grids. The integration of renewable sources and storage systems into the power grids is analyzed. Energy management and demand response methods and important automation paradigms and domain standards are also reviewed.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

A system development methodology for embedded applications

In recent years, Singapore’s manufacturing sector has contributed more than a quarter of the total Gross Domestic Product (GDP) and has established global leadership positions in several manufacturing areas such as electronics, Information Technology (IT) and industrial automation. The Singapore Economic Review Committee (ERC) recommendation states that “software and embedded systems that drive products are one of the most important technologies for the manufacturing sector. “ With the increasing adoption of automated and intelligent products, embedded systems have emerged as a crucial technology for Singapore. However, the development of embedded applications is not a trivial undertaking as it can usually involve multi-discipline parties and different application platforms. Most embedded application developments use either vendor specific or desktop based methodologies. Vendor specific methodologies constrain the company to rely on the specific vendor's solutions, whereas desktop-based methodologies are not well suited to embedded application development. Therefore, this research aims to develop a standard-based system development methodology for embedded applications. The research programme comprises 5 stages. The first stage reviews the existing system development methodologies for embedded applications. The next stage formulates the proposed conceptual methodology followed by the development of the proof-of-concept tool to demonstrate the merits of the proposed approach. The methodology is then tested and evaluated respectively by using industrial experiments and feedback from a workshop. The final stage refines the methodology based on the feedback and presents the final system development methodology. The research has provided a sound foundation which future research in methodology for embedded applications to develop further.Eng

A system development methodology for embedded applications

In recent years, Singapore’s manufacturing sector has contributed more than a quarter of the total Gross Domestic Product (GDP) and has established global leadership positions in several manufacturing areas such as electronics, Information Technology (IT) and industrial automation. The Singapore Economic Review Committee (ERC) recommendation states that “software and embedded systems that drive products are one of the most important technologies for the manufacturing sector. “ With the increasing adoption of automated and intelligent products, embedded systems have emerged as a crucial technology for Singapore. However, the development of embedded applications is not a trivial undertaking as it can usually involve multi-discipline parties and different application platforms. Most embedded application developments use either vendor specific or desktop based methodologies. Vendor specific methodologies constrain the company to rely on the specific vendor's solutions, whereas desktop-based methodologies are not well suited to embedded application development. Therefore, this research aims to develop a standard-based system development methodology for embedded applications. The research programme comprises 5 stages. The first stage reviews the existing system development methodologies for embedded applications. The next stage formulates the proposed conceptual methodology followed by the development of the proof-of-concept tool to demonstrate the merits of the proposed approach. The methodology is then tested and evaluated respectively by using industrial experiments and feedback from a workshop. The final stage refines the methodology based on the feedback and presents the final system development methodology. The research has provided a sound foundation which future research in methodology for embedded applications to develop further.Eng

A Semantic Interoperability Model Based on the IEEE 1451 Family of Standards Applied to the Industry 4.0

The Internet of Things (IoT) has been growing recently. It is a concept for connecting billions of smart devices through the Internet in different scenarios. One area being developed inside the IoT in industrial automation, which covers Machine-to-Machine (M2M) and industrial communications with an automatic process, emerging the Industrial Internet of Things (IIoT) concept. Inside the IIoT is developing the concept of Industry 4.0 (I4.0). That represents the fourth industrial revolution and addresses the use of Internet technologies to improve the production efficiency of intelligent services in smart factories. I4.0 is composed of a combination of objects from the physical world and the digital world that offers dedicated functionality and flexibility inside and outside of an I4.0 network. The I4.0 is composed mainly of Cyber-Physical Systems (CPS). The CPS is the integration of the physical world and its digital world, i.e., the Digital Twin (DT). It is responsible for realising the intelligent cross-link application, which operates in a self-organised and decentralised manner, used by smart factories for value creation. An area where the CPS can be implemented in manufacturing production is developing the Cyber-Physical Production System (CPPS) concept. CPPS is the implementation of Industry 4.0 and CPS in manufacturing and production, crossing all levels of production between the autonomous and cooperative elements and sub-systems. It is responsible for connecting the virtual space with the physical world, allowing the smart factories to be more intelligent, resulting in better and smart production conditions, increasing productivity, production efficiency, and product quality. The big issue is connecting smart devices with different standards and protocols. About 40% of the benefits of the IoT cannot be achieved without interoperability. This thesis is focused on promoting the interoperability of smart devices (sensors and actuators) inside the IIoT under the I4.0 context. The IEEE 1451 is a family of standards developed to manage transducers. This standard reaches the syntactic level of interoperability inside Industry 4.0. However, Industry 4.0 requires a semantic level of communication not to exchange data ambiguously. A new semantic layer is proposed in this thesis allowing the IEEE 1451 standard to be a complete framework for communication inside the Industry 4.0 to provide an interoperable network interface with users and applications to collect and share the data from the industry field.A Internet das Coisas tem vindo a crescer recentemente. É um conceito que permite conectar bilhões de dispositivos inteligentes através da Internet em diferentes cenários. Uma área que está sendo desenvolvida dentro da Internet das Coisas é a automação industrial, que abrange a comunicação máquina com máquina no processo industrial de forma automática. Essa interligação, representa o conceito da Internet das Coisas Industrial. Dentro da Internet das Coisas Industrial está a desenvolver o conceito de Indústria 4.0 (I4.0). Isso representa a quarta revolução industrial que aborda o uso de tecnologias utilizadas na Internet para melhorar a eficiência da produção de serviços em fábricas inteligentes. A Indústria 4.0 é composta por uma combinação de objetos do mundo físico e do mundo da digital que oferece funcionalidade dedicada e flexibilidade dentro e fora de uma rede da Indústria 4.0. O I4.0 é composto principalmente por Sistemas Ciberfísicos. Os Sistemas Ciberfísicos permitem a integração do mundo físico com seu representante no mundo digital, por meio do Gémeo Digital. Sistemas Ciberfísicos são responsáveis por realizar a aplicação inteligente da ligação cruzada, que opera de forma auto-organizada e descentralizada, utilizada por fábricas inteligentes para criação de valor. Uma área em que o Sistema Ciberfísicos pode ser implementado na produção manufatureira, isso representa o desenvolvimento do conceito Sistemas de Produção Ciberfísicos. Esse sistema é a implementação da Indústria 4.0 e Sistema Ciberfísicos na fabricação e produção. A cruzar todos os níveis desde a produção entre os elementos e subsistemas autónomos e cooperativos. Ele é responsável por conectar o espaço virtual com o mundo físico, permitindo que as fábricas inteligentes sejam mais inteligentes, resultando em condições de produção melhores e inteligentes, aumentando a produtividade, a eficiência da produção e a qualidade do produto. A grande questão é como conectar dispositivos inteligentes com diferentes normas e protocolos. Cerca de 40% dos benefícios da Internet das Coisas não podem ser alcançados sem interoperabilidade. Esta tese está focada em promover a interoperabilidade de dispositivos inteligentes (sensores e atuadores) dentro da Internet das Coisas Industrial no contexto da Indústria 4.0. O IEEE 1451 é uma família de normas desenvolvidos para gerenciar transdutores. Esta norma alcança o nível sintático de interoperabilidade dentro de uma indústria 4.0. No entanto, a Indústria 4.0 requer um nível semântico de comunicação para não haver a trocar dados de forma ambígua. Uma nova camada semântica é proposta nesta tese permitindo que a família de normas IEEE 1451 seja um framework completo para comunicação dentro da Indústria 4.0. Permitindo fornecer uma interface de rede interoperável com utilizadores e aplicações para recolher e compartilhar os dados dentro de um ambiente industrial.This thesis was developed at the Measurement and Instrumentation Laboratory (IML) in the University of Beira Interior and supported by the portuguese project INDTECH 4.0 – Novas tecnologias para fabricação, que tem como objetivo geral a conceção e desenvolvimento de tecnologias inovadoras no contexto da Indústria 4.0/Factories of the Future (FoF), under the number POCI-01-0247-FEDER-026653