UNIVERSIDADE DE BRASLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

UM ESTUDO SOBRE APLICAO DE TCNICAS DE

INTELIGNCIA ARTIFICIAL E ENGENHARIA DE

SOFTWARE CONSTRUO DE UM SISTEMA DE

SUPERVISO E CONTROLE

LETICIA TOLEDO MAIA

ORIENTADOR: JOS CAMARGO DA COSTA

CO-ORIENTADOR: ALEXANDRE RICARDO SOARES ROMARIZ

DISSERTAO DE MESTRADO EM ENGENHARIA ELTRICA

PUBLICAO: PPGENE.DM

322/07

BRASLIA/DF: DEZEMBRO - 2007

ii

UNIVERSIDADE DE BRASLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

UM ESTUDO SOBRE APLICAO DE TCNICAS DE

INTELIGNCIA ARTIFICIAL E ENGENHARIA DE

SOFTWARE CONSTRUO DE UM SISTEMA DE

SUPERVISO E CONTROLE

LETICIA TOLEDO MAIA

DISSERTAO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA ELTRICA DA FACULDADE DE TECNOLOGIA DA

UNIVERSIDADE DE BRASLIA COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE.

APROVADO POR:

__________________________________________ Prof. Jos Camargo da Costa, (Orientador)

__________________________________________ Profa Janaina Gonalves Guimares (Examinador Interno)

__________________________________________ Prof. Jorge Henrique Cabral Fernandes (Examinador Externo)

BRASLIA/DF, 19 DE DEZEMBRO DE 2007

iii

FICHA CATALOGRFICA

MAIA, LETICIA TOLEDO SISTEMA DE SUPERVISO INTELIGENTE [Distrito Federal] 2007. xvii, 99p., 210 x 297 mm (ENE/FT/UnB, Mestre, Engenharia Eltrica, 2007). Dissertao de Mestrado Universidade de Braslia. Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Eltrica. 1. Automao Predial 2. Sistema inteligente 3. Sistema de Superviso I. ENE/FT/UnB II. Ttulo (srie)

REFERNCIA BIBLIOGRFICA

MAIA, L. T. (2007). Sistema de Superviso Inteligente, Publicao PPGENE.DM-322/07,

Departamento de Engenharia Eltrica, Universidade de Braslia, Braslia, DF, 99p.

CESSO DE DIREITOS

AUTOR: Leticia Toledo Maia

TTULO: Um Estudo Sobre Aplicao de Tcnicas de Inteligncia Artificial e Engenharia

de Software Construo de um Sistema de Superviso e Controle

GRAU: Mestre ANO: 2007

concedida Universidade de Braslia permisso para reproduzir cpias desta dissertao

de mestrado e para emprestar ou vender tais cpias somente para propsitos acadmicos e

cientficos. O autor reserva outros direitos de publicao e nenhuma parte dessa dissertao

de mestrado pode ser reproduzida sem autorizao por escrito do autor.

____________________________

Leticia Toledo Maia CLN 408 Bl B EM 50 Ap 107, Asa Norte. 70.856-500 Braslia DF Brasil.

iv

AGRADECIMENTOS

Deus por ter me permitido trilhar este caminho, mostrando as solues para todos os problemas e

por enviar as pessoas certas para caminharem comigo.

Aos meus pais pelo amor, apoio, pelo exemplo de honestidade, coragem e confiana que sempre

me dedicaram, pelo estmulo nestes estudos e por toda a minha formao.

s minhas irms, Lidia e Natlia, pela amizade, carinho, companheirismo e fora por uma

conquista.

minha grande amiga e irm Anna Paula pelas acolhidas, pelo carinho, respeito e amor. Pelo

apoio nas horas mais difceis, pelas farras e risadas sem as quais esse trabalho teria sido mais

rduo.

Ao Professor Camargo, por acreditar neste trabalho e dedicar-se pacientemente sua realizao.

Por transmitir com amor suas idias e oferecer a todos a sua volta no s seu conhecimento mas

tambm seu carinho e amizade tornado-se um exemplo a ser seguido.

Ao Professor Romariz pelo apoio, incentivo e sua orientao neste trabalho.

professora Janaina pela amizade, carinho e toda ajuda desde quando cheguei na cidade.

Aos meus tios, Rosana e Roberto, obrigado pelo apoio, acolhida, amor, incentivo aos meus estudos.

Ao meu lindo e querido Z por sua generosidade, pacincia, amor e apoio. Pelo companheirismo,

em tantos finais de semana no laboratrio, pela fora e inspirao.

Ao meu amigo e irmo Cludio por suas contribuies preciosas, tirando minhas duvidas, pela

amizade e pelo carinho.

Ao meu amigo Gilmar, que sempre me apoiou e teve muita pacincia. Pelo ensinamento e toda

solidariedade, principalmente ao chegar ao laboratrio.

mainha, Dona Maria, pelo amparo carinhoso durante todo esse tempo que estive em Braslia.

Maria Regina e ao Jos Luiz pela afeio, cuidados, conselhos e deliciosos papos.

Ao professor Marcelo Ladeira, do Departamento de Cincia da Computao da UnB, sou

profundamente grata pela luz que ele me irradiou na minha reta final.

Ao professor Jorge por suas preciosas contribuies.

Aos colegas Fernando Autran, Mauricio Panisset, Adriano Assuno e Telmo, do Tribunal de

Justia do Distrito Federal, pelo apoio e toda ajuda disponibilizada para concluso deste trabalho.

Aos amigos do laboratrio LDCI e do Bloco G e todos os outros que encontrei ao longo dos cursos,

pelo convvio e pela troca de figurinhas.

E todas as pessoas que me ajudaram a chegar at aqui. Seria impossvel numa nica folha de papel

agradecer por este momento.

v

"Aquele que recebe de mim uma idia tem

aumentada a sua instruo sem que eu tenha

diminudo a minha. Como aquele que acende sua

vela na minha recebe luz sem apagar a minha vela.

Que as idias passem livremente de uns aos outros

no planeta, para a instruo moral e mtua dos

homens e a melhoria de sua condio...

(Thomas Jefferson)

vi

RESUMO

UM ESTUDO SOBRE APLICAO DE TCNICAS DE INTELIGNCIA

ARTIFICIAL E ENGENHARIA DE SOFTWARE CONSTRUO DE UM SISTEMA

DE SUPERVISO E CONTROLE

Autor: Leticia Toledo Maia

Orientador: Jos Camargo da Costa

Programa de Ps-graduao em Engenharia Eltrica

Braslia, dezembro de 2007.

Este trabalho apresenta a concepo de um sistema inteligente de superviso (SIS) com

atuao sobre sistema de automao predial. O SIS prov tomada de deciso fornecendo

possveis solues para falhas, emergncias e otimizao do desempenho geral das tarefas

de manuteno predial, utilizando tcnicas de inteligncia artificial (Sistemas Especialistas

e Lgica Difusa). O SIS foi validado atravs da implementao de simuladores para os

subsistemas de ar condicionado, iluminao e elevador. Foi utilizada uma metodologia

orientada a objeto, fazendo uso dos recursos disponveis na linguagem Java voltada web.

vii

ABSTRACT

A STUDY ABOUT THE APPLICATION OF ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND

SOFTWARE ENGINEERING TECHNIQUES TO THE IMPLEMENTATION OF A

SUPERVISION AND CONTROL SYSTEM

Author: Leticia Toledo Maia

Supervisor: Jos Camargo da Costa

Programa de Ps-graduao em Engenharia Eltrica

Braslia, december 2007.

This work presents the conception of an Intelligent Supervision System (ISS) that acts on a

building automation system. The ISS provides decision support for possible failure

solutions, emergencies and general optimization of building maintenance using artificial

intelligence (Specialist System and Fuzzy Logic). The ISS is validated through the

implementation of simulators of the air conditioning, lighting and elevator subsystems. An

object oriented methodology was applied using Java language tools for web application.

viii

SUMRIO

1 - INTRODUO ..............................................................................................................1

1.1. OBJETIVOS ....................................................................................................................................... 1

1.2. CONTEDO E ORGANIZAO...................................................................................................... 2

2 - REVISO BIBLIOGRFICA ......................................................................................3

2.1 PLANO DE DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE .............................................................................. 3 2.1.1 Engenharia de Software ..................................................................................................................... 4 2.1.2 Modelagem Orientada a Objeto ......................................................................................................... 4 2.1.3 Metodologia Orientada a Objeto........................................................................................................ 7 2.1.4 Linguagem de Programao.............................................................................................................11

2.2 AUTOMAO DE PROCESSO EM SISTEMAS PREDIAIS .........................................................13 2.2.1 Sistema de Superviso......................................................................................................................14

2.2.1.1 Subsistema Predial de Ar Condicionado .................................................................................18 2.2.1.2 Subsistema Predial de Iluminao ...........................................................................................20 2.2.1.3 Subsistema Predial de Elevador...............................................................................................21

2.3 INTELIGNCIA ARTIFICIAL ........................................................................................................22 2.3.1 Lgica Fuzzy.....................................................................................................................................23 2.3.2 Sistema Especialista .........................................................................................................................26

3 - SISTEMA SUPERVISO PREDIAL: APLICAO DE INTELIGNCIA

ARTIFICIAL E ENGENHARIA DE SOFTWARE ........................................................30

3.1 DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE DO SIS E DO SIMULADOR DO SIS ...................................37 3.1.1 Software do SIS ................................................................................................................................38 3.1.2 Descrio do Simulador do SIS .......................................................................................................44

4 APLICAO DE INTELIGNCIA ARTIFICIAL EM UM SUBSISTEMA

PREDIAL ...........................................................................................................................46

4.1 SIMULADOR DO ELEVADOR ...............................................................................................................46

5 - RESULTADOS E DISCUSSO .................................................................................48

5.1 DESENVOLVIMENTO DE UMA ARQUITETURA DE SISTEMA SUPERVISO................................48 5.1.1Validao...........................................................................................................................................48

5.2 OTIMAZAO DO SISTEMA DO ELEVADOR.....................................................................................54 5.2.1 Validao..........................................................................................................................................54

6 - CONCLUSES E RECOMENDAES ..................................................................59

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.............................................................................61

APNDICES ...................................................................................................................... 70

ix

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Iteraes ...........................................................................................................9

Figura 2.2: Organizao....................................................................................................10

Figura 2.3: Pirmide da automao.................................................................................14

Figura 2.4: Esquema de um sistema de ar condicionado central ..................................19

Figura 2.5: Mdulos de um Sistema Fuzzy .....................................................................25

Figura 2.6: Arquitetura de um SE ...................................................................................28

Figura 3.1: Diagrama de classe da concepo de um SIS ..............................................35

Figura 3.2: Diagrama de atividade do acesso ao software do SIS..................................35

Figura 3.3: Futura implantao do SIS nas dependncias do TJDF. Apenas a

comarca de Brazlndia apresenta subsistemas prediais com automao ....................36

Figura 3.4: Desenvolvimento do Software e Simulador do SIS......................................38

Figura 3.5: Tela do software do SIS com tipos de usurios e permisses .....................39

Figura 3.6: Tela de sada do software do SIS - Menu ....................................................41

Figura 3.7: Tela de relatrio do software do SIS - Menu ..............................................41

Figura 3.8: Exemplo de regra de produo do subsistema ar condicionado................42

Figura 3.9: Regras de Produo Expert SINTA ..........................................................42

Figura 3.10: Diagrama de classe.......................................................................................43

x

Figura 3.11: Diagrama de caso de uso .............................................................................44

Figura 4.1: Tela de sada do simulador............................................................................47

Figura 5.1: Monitoramento de equipamentos do Simulador do SIS ............................50

Figura 5.2: Menu Monitor do Simulador do SIS............................................................50

Figura 5.3: Listagem dos possveis sintomas de um determinado equipamento .........50

Figura 5.4: Exemplo de regra estabelecida no SE (Expert SINTA)..............................50

Figura 5.5: Caractersticas estabelecida pelas Regras de Produo .............................50

Figura 5.6: Resultado de uma consulta ao (a) Expert SINTA e (b) Simulador do SIS52

Figura 5.7: Caractersticas estabelecidas pelas Regras de Produo - Erro................53

Figura 5.6: Resultado de uma consulta ao software do SIS - Erro ................................53

Figura 5.9: Funes de Pertinncia: (a) nmero de passageiros; (b) tempo de viagem;

(c) distncia da viagem; e (d) tempo de espera. ..............................................................55

Figura 5.10: Regras Fuzzy.................................................................................................55

xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1: Comparao entre enfoque estruturado e orientado a objetos ...................5

Tabela 2.2: Comparao entre diversas linguagens de programao [25]...................13

Tabela 3.1: Descrio dos subsistemas.............................................................................31

Tabela 3.2: Caractersticas da linguagem Java...............................................................34

Tabela 3.3: Tipos de permisses do software do SIS.......................................................39

Tabela 5.1: Trs elevadores e dez andares ......................................................................56

Tabela 5.2: Trs elevadores e quinze andares .................................................................57

Tabela 5.3: Trs elevadores e trinta andares. .................................................................57

xii

LISTA DE SMBOLOS, NOMENCLATURA E ABREVIAES

API Application Programming Interface

BMS Building Management System

HTML Hyper Text Markup Language

http HyperText Transfer Protocol

HVAC Heating, Ventilation and Air Conditioning

IA Inteligncia Artificial

IAS Industrial Automation System

IDE Integrated Development Environment

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IHM Interfaces Homem-Mquina

JIT Just InTime

JSP Java Server Pages

JVM Java Virtual Machine

LHS Left-Handed Side

OLE Object Linking and Embedding

OMG Object Management Group

OMT Object Modeling Technique

OO Orientao a Objetos

OOSE Object-Oriented Software Engineering

OPC OLE for Process Control

PLC Power Line Communications

RHS Right-Handed Side

RUP Rational Unified Process

TJDF Tribunal de Justia do Distrito Federal

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

SE Sistema Especialista

SGBD Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados

SIS Sistema Inteligente de Superviso

SQL Structured Query Language

UML Unified Modeling Language

1

1 - INTRODUO

A construo de edifcios inteligentes uma tendncia mundial que vem sendo

incorporada mais recentemente no pas, em funo das crescentes preocupaes ambientais

e dos ganhos em segurana e conforto para os usurios. A automao tem sido aplicada no

controle de diversos subsistemas destes edifcios, tais como iluminao, climatizao e

operao de elevadores.

Os edifcios projetados e construdos com automao possuem algum tipo de

monitoramento, superviso e controle dos subsistemas que o compem. E so chamados de

sistemas de superviso. Estes possuem softwares que monitoram o estado dos

equipamentos permitindo a visualizao e a sua operao atravs de interfaces grficas.

Os sistemas de superviso desenvolvidos com tecnologia nacional so escassos e

no apresentam protocolos abertos que permitam a interligao entre os servios. Por isso,

existem amplas possibilidades de desenvolvimento na construo e programao destes

sistemas. E o ambiente para validao o Tribunal de Justia do Distrito Federal (TJDF),

que possui automao em dois subsistemas que so o ar condicionado e a iluminao, e

adotariam uma estratgia de reforma: a implantao do conceito de automao a outros

subsistemas e sua integrao.

E visando essa estratgia optou-se por aplicao de inteligncia artificial que

apresenta-se como uma rea promissora para aumento do desempenho dos sistemas

supervisrios. Por isso, foi desenvolvido um simulador de um sistema predial de

superviso inteligente visando a deteco de falhas de equipamentos.

1.1. OBJETIVOS

O principal objetivo deste trabalho foi oferecer uma contribuio ao gerenciamento

inteligente e ao comando de superviso e atuao que se inserem na estrutura de

automao existente e(ou) prevista para uma edificao do Tribunal de Justia do Distrito

Federal (TJDF), incluindo a implementao fsica de um demonstrador conceitual.

Entretanto devido s freqentes alteraes nos projetos de reforma do TJDF ficou invivel

a realizao deste estudo no tempo disponvel para uma dissertao de mestrado. Em

2

funo disso, decidiu-se validar a proposta de sistema inteligente de superviso usando

recursos de simulao. A estratgia de superviso a ser implementada compreende os

seguintes aspectos: obteno e identificao de falhas e por conseqncia agilidade na

soluo dos problemas; a gesto predial mais racional e econmica; e provimento de uma

superviso integrada - equipamentos e servios - nas reas operacionais (processos de

automao).

1.2. CONTEDO E ORGANIZAO

Este trabalho est dividido em cinco captulos. No captulo 2, sero expostos conceitos de

desenvolvimento de um software, de automao predial e de inteligncia artificial. No

captulo 3 ser detalhado o sistema inteligente de superviso, como sua construo e

simulao. No captulo 4, sero relatados os procedimentos de simulao e os resultados.

Por fim, no captulo 5, sero apresentadas as concluses e recomendaes para trabalhos

futuros.

3

2 - REVISO BIBLIOGRFICA

Neste captulo so apresentados conceitos fundamentais para a elaborao de

planos de desenvolvimento de software, bem como conceitos de automao de processos

em sistemas prediais e de inteligncia artificial utilizados na elaborao deste trabalho.

2.1 PLANO DE DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE

O processo de desenvolvimento de um software tem como objetivo a criao de um

software que seja confivel e funcione eficientemente em mquinas reais. O software deve

utilizar: mtodos, ferramentas e procedimentos para o entendimento de como possvel

projetar, implementar, avaliar e melhorar processos de seu desenvolvimento.

Os mtodos esto relacionados em como fazer . Deve haver planejamento,

estimativa do projeto, arquitetura, anlise dos requisitos, testes e possvel manuteno.

As ferramentas tornam possvel a automao dos mtodos. Adicionalmente, as

ferramentas podem dar suporte ao desenvolvimento de um software.

Os procedimentos definem as seqncias de mtodos, ferramentas a serem

utilizadas e a qualidade das atividades a serem desenvolvidas.

No mtodo de desenvolvimento de um software, um conjunto de etapas deve ser

definido, denominado de Paradigmas da Engenharia de Software, tambm conhecido como

Modelos de Ciclo de Vida. Independentemente do paradigma utilizado, trs fases genricas

dividem o processo de desenvolvimento [1]:

Definio: anlise do sistema, planejamento do projeto de software e anlise de

requisitos (focaliza-se o "o qu");

Desenvolvimento: projeto de software, codificao e realizao de testes do

software (focaliza-se o "como");

Manuteno: correo, adaptao e melhoramento funcional (concentra-se nas

"mudanas").

4

A seguir so apresentados conceitos bsicos e necessrios para o desenvolvimento

de software.

2.1.1 Engenharia de Software

Engenharia de software um procedimento para a produo organizada que utiliza

uma coleo de tcnicas predefinidas e convenes notacionais. Uma metodologia costuma

ser apresentada por uma srie de etapas com tcnicas e notaes associadas a cada uma

delas [2].

Existem conjuntos estruturados de prticas que resultam em aumento da qualidade

e da produtividade no processo de desenvolvimento de software. Os mais conhecidos so

os modelos de ciclos de vida em Cascata, Iterativo e Incremental, e Espiral, que

apresentam as seguintes caractersticas:

Cascata: define-se como seqncia unidirecional de atividades que transforma

requisitos em um sistema. estruturado de forma a parecer uma cascata de fases

onde o final de uma fase implica no incio de outra. Os resultados de cada uma

destas fases so produtos intermedirios que se agregam ao final do processo

gerando um produto final [3];

Iterativo e Incremental: um modelo incremental envolve a integrao contnua da

arquitetura do sistema para a produo de novas verses. E o modelo iterativo

envolve o gerenciamento de uma seqncia de verses executveis [1];

Espiral: Tambm conhecido como modelo de Boehm, um processo de modo

cclico e incremental.. Aprimora o grau de definio e implementao de um

sistema, enquanto diminui o grau de risco do projeto [3].

Nas tcnicas atuais de engenharia de software uma das nfases est na encapsulao

e reutilizao de componentes. Reutilizar mdulos prontos e testados diminui

consideravelmente o tempo e custo na composio de um software [4]. A modelagem

orientada a objeto permite a aplicao destes conceitos.

2.1.2 Modelagem Orientada a Objeto

A programao orientada a objetos surgiu no final da dcada de 60, quando dois

cientistas dinamarqueses criaram a linguagem Simulation Language. Em 1967, foi criada a

5

linguagem de programao Simula-67, envolvendo conceitos de classe e herana. J o

termo programao orientada a objetos introduzido com a Linguagem Smalltalk em 1983

[5].

A idia do desenvolvimento orientado a objetos (OO) a de aproximar o mundo

computacional do real. Nessa anlise orientada a objetos h uma mudana no enfoque das

funes para os dados. necessrio modelar de forma mais detalhada o sistema que ser

desenvolvido.

A OO uma maneira de pensar os problemas utilizando modelos organizados a

partir de conceitos do mundo real [2]. Os objetos aparecem como uma nica entidade que

combina a representao da informao (estrutura de dados) e sua manipulao

(procedimentos). A Tabela 2.1 apresenta uma comparao entre o enfoque de modelagem

estruturada e o enfoque orientado a objetos.

Tabela 2.1: Comparao entre enfoque estruturado e orientado a objetos

Tcnica nfase Iniciao Foco

Enfoque da Linguagem Estruturada

Com comunicao entre procedimentos por passagem de dados; Processos e Dados.

Top-Down

(Decomposio Funcional).

Sistema

Enfoque da Linguagem Orientada a Objeto

Dados e procedimentos sendo fragmentos de um s elemento bsico: objeto. E esses comunicam-se entre si, caracterizando a execuo do programa; Dados, Controles e Processos

Definio de Objetos; Objeto sendo uma varivel onde so armazenados dados e possui atributos (dados) e comportamentos (mtodos, procedimentos, funes, que atuam sobre ele).

Objeto

A OO trouxe vrios novos conceitos ao desenvolvimento de software, descritos a

seguir:

Abstrao: consiste em ignorar aspectos irrelevantes e concentrar-se nos principais.

[6];

6

Encapsulamento: consiste na separao dos aspectos externos de um objeto,

acessveis por outros objetos, de seus detalhes internos de implementao, que

ficam ocultos aos demais [2];

Objeto: elemento computacional que representa, no domnio da soluo, alguma

entidade (abstrata ou concreta) do domnio de interesse do problema sob anlise

[7];

Classe: descreve um grupo de objetos com propriedades semelhantes (atributos),

mesmo comportamento (operaes) e relacionamento com outros objetos e mesma

semntica [2];

Atributo: conjunto de propriedades da classe e para cada uma delas especifica-se

um nome, um tipo, um valor e sua visibilidade (privado, pblico ou protegido) [7];

Mtodo: conjunto de funcionalidades da classe e para cada mtodo, especifica-se

sua assinatura, composta por nome, tipo, lista de argumento e visibilidade [7];

Mensagem: para solicitar um servio um objeto (cliente) envia uma mensagem a

outro [6];

Herana: mecanismo existente que permite a reutilizao da estrutura e do

comportamento de uma classe ao se definir novas classes [8];

Polimorfismo: habilidade de variveis terem mais de um tipo . Funes so ditas

polimrficas, quando seus operandos podem ter mais de um tipo [8].

Uma das mais importantes etapas de desenvolvimento de um software se encontra

no desenvolvimento de dados. A escolha por uma modelagem orientada a objetos

apresenta vantagens como confiabilidade, facilidade de interoperabilidade, reusabilidade,

adaptabilidade e extensibilidade [1] [5]. Esses conceitos de engenharia de software so

usuais na modelagem OO durante o ciclo de anlise, concepo e implementao.

nesse contexto de mudana do paradigma tradicional para o orientado a objetos

que est inserida a Linguagem Unificada de Modelagem (UML

Unified Modeling

Language), padro de fato adotado pelo Grupo de Gerenciamento de Objetos (OMG

Object Management Group) em janeiro de 1997, em resposta sua prpria solicitao de

propostas para uma linguagem-padro de modelagem [9].

A UML , na verdade, resultado da unificao de notao empregada em trs

metodologia OO bastante utilizadas na dcada de 90: Booch (de Grady Booch da Rational

7

Software Corporation), OOSE - Object-Oriented Software Engineering (de Ivar Jacobson

da Objectory) e OMT - Object Modeling Technique (de James Rumbaugh da General

Electrics) [9] [10]. Posteriormente, foi desenvolvida uma metodologia orientada a objetos

chamada Rational Unified Process (RUP - Processo Unificado da Rational), que abrange

todo o processo de desenvolvimento de um software.

A UML foi projetada para o desenvolvimento de sistemas OO, mas independente

da linguagem de programao a utilizar. Ela permite especificar, visualizar e documentar

artefatos e assim construir uma estrutura consistente de um sistema software. Alm disso,

atravs dessa linguagem possvel modelar elementos, relacionamentos e diagramas.

Os elementos especificados com UML podem ser estruturais, como classes,

interfaces, comportamentais, grupos de elementos dentre outros. Os relacionamentos so a

relao entre os blocos de elementos e podem ser subdivididos em dependncia,

associao, generalizao e realizao. Os diagramas so as representaes grficas dos

elementos e sua relao. So disponibilizados nove diagramas: de classes, de objetos, de

caso de uso, de seqncia, de colaborao, de grficos de estados, de atividades, de

componentes, de implantao [10].

2.1.3 Metodologia Orientada a Objeto

O RUP uma metodologia de engenharia de software desenvolvido pela Rational

Software Corporation1, cujas principais caractersticas so um desenvolvimento iterativo e

incremental, orientado a objetos, com foco na criao de uma arquitetura robusta, anlise

de riscos e utilizao de casos de uso para o desenvolvimento [11] [12] [13]. Ele oferece

uma abordagem baseada em disciplinas para atribuir tarefas e responsabilidades dentro de

uma organizao de desenvolvimento. Sua meta garantir a produo de software de alta

qualidade que atenda s necessidades dos usurios dentro de um cronograma e de um

oramento previsvel [14].

Atualmente, RUP uma metodologia para engenharia de software em evidncia no

mercado, principalmente no que tange s grandes empresas desenvolvedoras. Entretanto,

1 http://www-306.ibm.com/software/rational/

http://www-306.ibm.com/software/rational/

8

por ser um processo longo e complexo, nem sempre gil para pequenas empresas e

pequenas implementaes [15].

Um grande problema nos projetos atuais o grande dinamismo e complexidade dos

negcios. Cada vez mais os sistemas so complexos e precisam estar prontos em menos

tempo. Visando reduzir o risco e tornar o desenvolvimento mais eficiente, o RUP adota as

seguintes premissas bsicas: uso de iteraes para evitar o impacto de mudanas no

projeto; gerenciamento de mudanas e abordagens dos pontos de maior risco o mais cedo

possvel [16] [17].

Analisando os aspectos gerais do RUP pode-se considerar aspectos dinmicos e

estticos descritos a seguir.

a) Aspectos Dinmicos Ciclos, Fase e Iterao

O RUP composto por quatro fases: concepo (nfase no escopo do sistema),

elaborao (nfase na arquitetura), construo (nfase no desenvolvimento) e transio

(nfase na implantao).

Cada fase concluda com um marco (milestone) bem definido, no qual os

resultados so comparados com os objetivos principais, onde devero ser tomadas algumas

decises sobre a continuidade do projeto [18].

A Iterao um ciclo completo de desenvolvimento e finaliza com uma verso

(release) de um produto executvel, que uma parte incrementada no produto final em

desenvolvimento [19].

Concepo

Nessa fase so estabelecidos o escopo e viabilidade econmica do projeto. na

concepo inicial do sistema que se faz uma discusso sobre o problema, definio do

escopo do projeto e estimativa de recursos necessrios para a execuo do projeto, entre

outros. nessa fase que se apresenta o plano de projeto, caso de uso inicial e o glossrio,

entre outros [16].

9

Elaborao

O propsito analisar o domnio do problema, desenvolver o plano de projeto,

estabelecer uma arquitetura estvel a partir da qual o sistema poder evoluir e eliminar os

elementos de alto risco [7] [16]. Esta fase considerada como uma das mais crticas, pois

ao final da elaborao do projeto podem ocorrer mudanas que representam aumentos de

custos.

Construo

a fase de desenvolvimento do produto at que ele esteja pronto para a verso de

testes. Compreende a modelagem e o desenvolvimento em si, no qual o software ser

efetivamente programado, utilizando notao definida pela UML [16].

Transio

A partir dessa fase, o sistema j est pronto. Inicia-se, assim, a sua implantao,

compreendendo desde o perodo de ajustes at a transferncia de propriedade do sistema.

Em cada uma das fases que compem o aspecto dinmico da metodologia OO

existem iteraes, conforme apresentado na Figura 2.1.

Figura 2.1: Iteraes [13]

Vrias iteraes podem ocorrer em uma fase. Cada uma destas, por sua vez, est

organizada em workflows (tarefas), que descrevem o que deve ser feito em termos de

atividades, responsveis e artefatos, como mostra a Figura 2.2. O RUP fornece modelos

10

(templates) para cada artefato e diretrizes (guidelines) para a execuo de suas atividades

[13].

Figura 2.2: Organizao [ 1]

b) Aspectos Estticos Tarefas, Atividades e Artefatos

O aspecto esttico do RUP inclui os workflows, as atividades realizadas e os

artefatos produzidos. Cada fluxo do projeto determina um conjunto de atividades que sero

realizadas por trabalhadores e resultaro em artefatos.

Uma atividade descreve as tarefas executadas pelos trabalhadores para criar ou

modificar artefatos. Um artefato algum documento, relatrio, modelo ou cdigo que

produzido, manipulado ou consumido. Um trabalhador algum que desempenha um

papel e responsvel pela realizao de atividades [19].

Os workflows so divididos em [18]:

Modelagem de Negcios (Business Modeling): envolve o entendimento da estrutura

e dinmica da organizao cliente, garantindo que clientes, usurios e

desenvolvedores tenham a mesma viso da organizao para a qual ser feito o

desenvolvimento;

Requisitos (Requirements): envolve a definio dos requisitos do sistema e de

como gerenciar escopo e mudanas de requisitos;

11

Anlise e Projeto (Analysis and Design): envolve a traduo dos requisitos numa

especificao que descreve como implementar o sistema. A UML utilizada para

modelar o sistema;

Implementao (Implementation): envolve o desenvolvimento de cdigo: classes,

objetos, teste de unidades e integrao de subsistemas;

Teste (Test): envolve a verificao do sistema como um todo com testes de

integrao e conformidade com os requisitos especificados;

Distribuio (Deployment): envolve o empacotamento, distribuio, instalao e

treinamento de usurios, assim como o planejamento e conduo de beta-testes;

Gerenciamento de Projeto (Project Management): envolve o gerenciamento de

riscos, planejamento e acompanhamento do projeto;

Ambiente (Environment): envolve a organizao do ambiente de trabalho para a

equipe do projeto e a conFigurao do RUP para o projeto;

ConFigurao e Mudanas (Configuration and Change Management): envolve o

gerenciamento dos artefatos gerados durante o desenvolvimento.

2.1.4 Linguagem de Programao

Os microprocessadores tm um impacto significativo em dispositivos inteligentes

eletrnicos voltados para o consumidor. Por isso, a Sun Microsystems 2, em 1991,

financiou um projeto de pesquisa corporativa interna com o codinome Green, que resultou

no desenvolvimento de uma linguagem baseada em C++, posteriormente apresentada em

1995, como Java. Esta linguagem despertou enorme interesse na rea da World Wide Web

pelo seu contedo dinmico e interativo. Atualmente utilizada para desenvolver

aplicativos corporativos de grande porte e aprimorar a funcionalidade de servidores Web

[20] [21] [22].

Java foi iniciado com o objetivo de fornecer um produto simples e porttil para

diferentes plataformas e sistemas operacionais. Os programas assim podem ser executados

em qualquer computador que tenha instalado a Mquina Virtual Java (JVM

Java Virtual

Machine), sendo cdigo-fonte ou cdigo binrio.

2 http://www.sunmicrosystems.com.br/

http://www.sunmicrosystems.com.br/

12

A linguagem Java exibe importantes caractersticas que, em conjunto, diferenciam-

na de outras linguagens de programao [23] [24]:

Orientada a Objetos: uma linguagem puramente orientada a objetos, pois, com

exceo de seus tipos primitivos de dados, tudo em Java so classes ou instncia de

uma classe;

Independente de Plataforma: so compilados para uma forma intermediria de

cdigo denominada bytecodes que utiliza instrues e tipos primitivos de tamanho

fixo, ordenao big-endian e uma biblioteca de classes padronizada. Os bytecodes

so como uma linguagem de mquina destinada a uma nica plataforma, JVM, um

interpretador de bytecodes;

Sem ponteiro: no permite a manipulao direta de endereos de memria,

tampouco exige que os objetos criados sejam destrudos, eliminando os

programadores de uma tarefa complexa. Alm disso, a JVM possui um mecanismo

automtico de gerenciamento conhecido como garbage collector, que recupera a

memria alocada para objetos no mais referenciados pelo programa;

Desempenho: como uma linguagem interpretada, o desempenho razovel, no

podendo ser comparada velocidade de execuo de cdigo nativo. Para superar

essa limitao, vrias JVM dispem de compiladores just in time (JIT) que

compilam os bytecodes para cdigo nativo durante a execuo, otimizando-a e

melhorando significativamente o desempenho de programas Java;

Segurana: considerando a possibilidade de aplicaes obtidas atravs de uma rede,

a linguagem Java possui mecanismos de segurana que podem, no caso de applets,

evitar qualquer operao no sistema de arquivos da mquina-alvo, minimizando

problemas de segurana. Adicionalmente, com a coleta automtica de lixo, evita

erros comuns que os programadores cometem, quando so obrigados a gerenciar

diretamente a memria;

A Linguagem Multithreading: oferece recursos para o desenvolvimento de

aplicaes capazes de executar mltiplas rotinas concorrentemente, bem como

dispe de elementos para a sincronizao dessas vrias rotinas. Cada um desses

fluxos de execuo o que se denomina thread, um importante recurso de

programao de aplicaes mais sofisticadas.

Java uma linguagem bastante robusta, oferece tipos inteiros e ponto flutuante

compatveis com as especificaes do IEEE (Institute of Electrical and Electronics

13

Engineers), suporte para caracteres unicode, extensvel dinamicamente, alm de ser

naturalmente voltada para o desenvolvimento de aplicaes em rede ou aplicaes

distribudas. A Tabela 2.2 mostra as vantagens do Java em relao a outras linguagens.

Tabela 2.2: Comparao entre diversas linguagens de programao [25]

Java C ASP PHP Sintaxe Semelhante a C C VB Script Semelhante a C Simplicidade Intermedirio Difcil Fcil Fcil Tamanho Muito pequeno Pequeno Pequeno Pequeno Suporte a orientao a objetos

Sim No No Sim

Portabilidade Sim Sim* Sim* Sim Suporte a redes (TCP/IP, Sockets, etc)

Sim Sim No Sim

Robusto Sim No Sim Sim Segurana Sim Sim Sim Sim Interpretado Interpretado/

Compilado Compilado Interpretado Interpretado

Performance Muito boa tima Mediana Mediana Multithreads Sim Sim No Sim Suporte a comunicao Serial

Sim Sim No No

*Dependendo da plataforma pode requerer algumas mudanas no cdigo.

2.2 AUTOMAO DE PROCESSO EM SISTEMAS PREDIAIS

A necessidade de conforto, padres de qualidade, reduo de custos de operao,

confiabilidade, entre um extenso conjuntos de funes, esto cada vez mais presentes nas

edificaes. Por isso, a automao, que nasceu na indstria, acabou alcanando espaos em

prdios e hoje chega a residncias.

A automao envolve todas as atividades de transformao de trabalho natural

cumpridos pelo homem em tarefas executadas por sistemas computacionais, visando o

aumento de produtividade, eficincia, segurana e reduo de custos.

Para melhor representar uma arquitetura de um sistema de automao, pode-se

dividi-lo em nveis, conforme mostra a figura 2.3. No primeiro nvel, encontram-se os

sensores, atuadores e os controladores lgicos programveis, como sensores de nvel,

presso, temperatura, vlvulas, inversores entre outros componentes. No nvel seguinte,

14

encontram-se os sistemas que possuem algum tipo de superviso associada ao primeiro

nvel e as Interfaces Homem Mquina (IHM). No Nvel 3 h controle do processo

produtivo da planta, constitudo por banco de dados e relatrios. O nvel 4 constitudo

pela programao e planejamento da produo realizando o controle e a logstica dos

suprimentos. No nvel mais alto da pirmide encontra-se a administrao dos recursos da

empresa Tambm possui softwares para gesto de vendas, por exemplo, e o gerenciamento

de todo o sistema envolvido.

Figura 2.3: Pirmide da automao [24]

Inicialmente a automao predial era restrita ao controle dos subsistemas de ar

condicionado, eltrico e hidrulico. Ao longo do tempo foi incorporando outros, como

deteco e alarme de incndio e segurana. Com o grande desenvolvimento na rea de

computao, a automao predial passa a integrar as reas de telecomunicaes e

informtica para melhores aplicaes nas atividades cotidianas e voltadas para a internet.

Para o gerenciamento dos diversos subsistemas prediais foram desenvolvidos

sistemas de superviso.

2.2.1 Sistema de Superviso

O sistema predial permite, atravs da integrao, a monitorao e controle dos

subsistemas que compem um edifcio.

15

O desenvolvimento de um sistema de superviso pode ser caracterizado pela

possibilidade de configurao por parte do usurio. As variveis de processo podem ser

visualizadas de forma grfica, em tempo real, permitindo fcil e rpida compreenso do

que acontece no processo controlado [25].

O sistema de superviso proporciona o gerenciamento das instalaes atravs de

computadores, oferecendo flexibilidade, ou seja, alteraes das caractersticas operacionais

do sistema, confiabilidade, preciso, segurana e feedback, que permite confirmaes das

aes.

Pode permitir ainda o monitoramento e reastreamento de dados de um processo

produtivo ou instalao fsica. Tais informaes so coletadas atravs de equipamentos de

aquisio de dados e, em seguida, manipuladas, analisadas, armazenadas e, posteriormente,

apresentadas ao usurio. Estes sistemas tambm so chamados de SCADA (Supervisory

Control and Data Aquisition). O objetivo principal do SCADA propiciar uma interface

de alto nvel do operador com o processo, informando-o em tempo real de todos os eventos

de importncia da planta [27] [28] [29].

a) Funcionamento do Sistema de Superviso

So necessrios alguns componentes fsicos, como sensores, atuadores e rede de

comunicao dentre outros, e componentes lgicos, diviso interna do sistema, como, por

exemplo, as tarefas.

Os dados obtidos pelos sensores (presso, temperatura, umidade, vazo, nvel de

gua e nvel de CO2, entre outros) so convertidos para sinais digitais e/ou analgicos e

processados por microcontroladores, os quais oferecem as informaes para o SCADA.

b) Protocolo de Comunicao

Um Protocolo de Comunicao um conjunto de regras necessrias para a

comunicao de dados ou mensagens entre equipamentos.

No mercado h dois tipos de protocolos: abertos e fechados. Os abertos no esto

vinculados a uma nica empresa desenvolvedora. Os fechados, tambm conhecidos como

16

protocolos proprietrios ou privados, apresentam utilizao exclusiva da empresa

desenvolvedora.

Existem diversos protocolos de comunicao para diferentes tipos de aplicaes.

No mercado de automao, o ideal tanto para os fornecedores quanto para os usurios a

modularidade, alm da padronizao dos programas e equipamentos. Como isso

dificilmente alcanvel em um livre mercado de fabricantes, passa a haver um grande

interesse em que os dispositivos inteligentes conversem com todos os outros, ou seja,

que existam normas tcnicas de aceitao universal [31].

No nvel 0 do sistema de superviso (camada onde se encontram os computadores

com os softwares de superviso), o acesso s informaes do sistema pode ser realizado,

no caso do protocolo aberto, atravs de [30]:

Conexo interna (Intranet) via rede Ethernet, protocolo TCP/IP e

Conexo externa (Intranet) via rede Ethernet, protocolo TCP/IP ou conexo

criptografada via comunicao digital (ex: modem).

No caso do protocolo fechado ou proprietrio, o acesso realizado apenas pela

empresa implementadora.

J o acesso aos nveis 1, IHM, e 2 (Controladores e outras integraes) do sistema

de superviso feito atravs de uma rede com protocolo de comunicao especfico para

essas camadas de controle. Dentre os protocolos abertos, destacam-se o BACnet3,

LonTalk4 e MODBUS5. O que mais se popularizou entre os fabricantes de diversos tipos

de dispositivos para automao, tais como Industrial Automation System (IAS) e Building

Management System (BMS), foi o protocolo MODBUS, por fatores como sua alta

flexibilidade e, ao mesmo tempo, facilidade de implementao, no s em dispositivos

como microcontroladores e PLCs (Power Line Communications), mas tambm em

sensores inteligentes, que podem enviar seus dados para sistema de gerenciamento [30].

3 http://www.bacnet.org 4 http://www.echelon.com/developers/lonworks/protocol/default.htm 5 http://www.modbus.org

http://www.bacnet.orghttp://www.echelon.com/developers/lonworks/protocol/default.htmhttp://www.modbus.org

17

c) Funcionalidades e Recursos

H maneiras de verificar o funcionamento de um determinado equipamento ou o

valor de alguma varivel no sistema de superviso. Tambm podem ser analisadas,

controladas, exibidas e comandadas tais informaes. Algumas funcionalidades bsicas de

um sistema de superviso podem ser destacadas:

Aquisio de dados: processo que envolve a coleta e transmisso de dados desde a

planta (estaes remotas) at as estaes centrais de monitorao. O processo

concludo com o armazenamento da informao na base de dados [32];

Visualizao de dados: consiste na apresentao das informaes atravs de IHM,

com o intuito de exibir o status atual ou passado dos dados ou permitir a

configurao dos parmetros da planta [30] [32];

IHM: em qualquer software desenvolvido deve haver uma interface amigvel, na

qual os recursos de tela sejam de fcil manipulao e interativos, onde o usurio

no sinta nenhuma dificuldade de manipulao;

Monitorao: deve permitir apresentar, ao operador, os valores provenientes das

medies realizadas, alm das indicaes de estado dos disjuntores, chaves

seccionadoras e demais equipamentos de interesse. As medies podem ser obtidas

por meio de transdutores conectados s entradas analgicas de unidades terminais

remotas ou controladores programveis, ou ainda atravs de equipamentos

dedicados que promovam a transduo analgico/digital [33];

Alarmes e Eventos: devem notificar o operador da ocorrncia de alteraes

espontneas da configurao da malha eltrica, a irregularidade funcional de algum

equipamento ou do sistema digital ou ainda a ocorrncia de transgresses de limites

operativos de medies. H identificao visual e sonora das ocorrncias e registro

para anlises posteriores [30] [33];

Histrico: todas as medies, indicaes de estado, alarmes e aes do operador

devem ser armazenadas em bancos de dados relacionais. Essas informaes so de

grande importncia, quando utilizadas na manuteno preditiva [30] [33];

Acesso Remoto: devem permitir a monitorao (e alterao de parmetros atravs

de proteo com senha) distncia via conexo digital [30] [33];

Segurana: deve permitir o acesso aos sistemas de gerenciamento e pode ser

protegido atravs de senhas subdivididas em vrios nveis de acesso [30];

Relatrio: deve permitir a visualizao e impresso dos dados [30].

18

A seguir so descritos os subsistemas prediais estudados e incorporados ao sistema

de superviso desenvolvido neste trabalho.

2.2.1.1 Subsistema Predial de Ar Condicionado

Este subsistema apresenta possibilidade de aquecimento e resfriamento dos

ambientes. gua gelada e quente so produzidas centralmente e distribudas no edifcio

para onde resfriam ou aquecem o ar em unidades de condicionamento. O controle de

temperatura em ambientes realizado atravs da modificao da posio de vlvulas que

variam a vazo de gua quente ou fria que passa pelas serpentinas. O ar a ser condicionado

renovado em caixas de mistura, de acordo com a necessidade da zona [34].

O condicionamento de ar o processo de tratamento do ar que controla sua

temperatura, umidade e qualidade para a manuteno de condies ambientais, a fim de

produzir o conforto e a produtividade de seus usurios [35]. Um exemplo de subsistema de

ar condicionado apresentado na Figura 2.4 e seu modo de operao apresentado a

seguir.

Existem dois tipos de condicionamento de ar: aquecimento e refrigerao. O

primeiro envolve a simples adio de energia trmica para sobrepor as perdas na

edificao, enquanto que o segundo utiliza mtodos mecnicos e qumicos para a produo

de ar frio. O princpio de operao destes sistemas de condicionamento (resfriamento ou

aquecimento) envolve quatro seqncias de transferncia de frio (ou calor) [36]: sistema de

distribuio do ar; sistema de distribuio do fluido refrigerador ou aquecedor; sistema de

refrigerao; e sistema de expulso do calor gerado durante o processo.

19

Figura 2.4: Esquema de um sistema de ar condicionado central [37]

A produo de frio geralmente realizada em chillers, onde um fluido

resfriado. Este fluido pode ser um lquido ou um gs e comumente chamado de

refrigerante. O fluido refrigerante bombeado at as unidades de condicionamento do ar

onde, atravs de um trocador de calor, recebe o calor do ar a ser resfriado. No chiller

ocorre a retirada de calor do refrigerante aquecido nas unidades de condicionamento. Este

calor deve ento ser devolvido atmosfera. Alguns chillers liberam calor diretamente para

o ar, outros o transmitem para a gua que bombeada at as torres de resfriamento, onde

liberado para a atmosfera exterior [37].

A produo de calor realizada de modo semelhante. No boiler, ou aquecedor,

ocorre o aquecimento do fluido, geralmente gua, que transmitir o calor. A gua quente

20

bombeada at as unidades de condicionamento, onde trocar calor com o ar do ambiente a

ser condicionado [37].

O condicionamento do ar realizado em diversas unidades que podem estar

espalhadas pelo edifcio. Neste subsistema, o ar retirado do ambiente condicionado por

um ventilador. Uma parcela deste ar renovada atravs da sua substituio por ar da

atmosfera exterior. A quantidade de ar a ser renovada e a quantidade de ar exterior a ser

enviada ao ambiente determinada na caixa de mistura. O ar a ser condicionado ento

conduzido para a unidade de condicionamento onde filtrado e, posteriormente, resfriado

ou aquecido, retornando ento ao ambiente condicionado [37]. Estes elementos, que

serviro para esfriar ou aquecer o ar a ser enviado ao ambiente, so conhecidos por

fancoils.

O sistema bsico descrito pode ainda ser acrescido de outros subsistemas, de acordo

com a necessidade, como, por exemplo, umidificao e/ou desumidificao do ar, controle

entlpico, ventilao e filtragem do ar [38].

2.2.1.2 Subsistema Predial de Iluminao

Em um projeto de automao predial, a luz um dos principais itens, pois tem por

finalidade garantir condies ideais de visibilidade para os usurios, complementar a

decorao de ambientes e ainda capaz de influenciar o humor das pessoas. Trata-se no

somente de necessidade, mas tambm de conforto [39].

O conforto luminoso resulta em boa distribuio de luz no ambiente (quantidade e

qualidade), que est associada visibilidade e segurana, e na ausncia de contrastes

excessivos.

Para a aplicao da iluminao na automao predial necessrio saber os

principais tipos de lmpadas [40].

As lmpadas incandescentes so constitudas por um filamento de tungstnio

alojado no interior de um bulbo de vidro preenchido com gs inerte. Quando da passagem

da corrente eltrica pelo filamento, os eltrons se chocam com os tomos de tungstnio,

liberando uma energia que se transforma em luz e calor.

21

As lmpadas halgenas possuem luz mais branca e brilhante, que possibilita realar

as cores e os objetos com eficincia energtica maior do que a das lmpadas

incandescentes comuns. Oferecem mais luz com potncia menor ou igual das

incandescentes comuns, alm de possurem vida til mais longa, variando entre 2.000 e

4.000 horas.

Por fim, as lmpadas fluorescentes possuem princpio de funcionamento similar ao

das fluorescentes, mas com dimenses bastante reduzidas. Oferecem excelente qualidade

de luz, alta eficincia energtica, longa durabilidade (at 20 vezes maior que a das

lmpadas incandescentes comuns), excelente distribuio de luz, um consumo energtico

80% menor e aquecem menos o ambiente, representando forte reduo na carga trmica

das grandes instalaes.

Os equipamentos auxiliares das lmpadas fluorescentes so o reator e o starter. Os

reatores, que geralmente so bobinas enroladas em um ncleo de ferro, tm duas funes: a

de produzir a sobretenso no momento do desligamento do starter e limitar corrente. O

starter baseia-se no princpio do bimetal, isto , um contato que no incio do

funcionamento est fechado, mas que, com o aquecimento da lmina, abre o circuito,

produzindo a sobretenso necessria para dar partida lmpada. portanto, uma chave

temporizadora, que permite que a corrente passe pelos filamentos nas extremidades do

tubo.

A iluminao apresenta atualmente aplicao ampla com funcionalidades que

ultrapassam os conceitos de apenas ligar e desligar a luz, resultando em um controle eficaz

dos materiais e equipamentos que se traduz em uma boa soluo para a obteno de

economias substanciais. Estas economias podem ser obtidas atravs da otimizao na

operao dos sistemas de iluminao. Assim, lmpadas e luminrias conectadas a sistema

inteligentes podem ligar e desligar automaticamente e regular a intensidade da luz,

vantagens que proporcionam economia de eletricidade.

2.2.1.3 Subsistema Predial de Elevador

Elevadores primitivos eram acionados por energia humana ou animal e, como

resultado, a segurana, o conforto e a eficincia do transporte eram comprometidos.

22

Durante sculos, as comunidades foram agrrias e de vida horizontal e foi apenas aps a

revoluo industrial que os modernos elevadores para transporte de passageiros foram

desenvolvidos [41] [42] [43].

Os sistemas de elevadores so instalados nos edifcios para satisfazer as

necessidades de transporte vertical de seus usurios e so necessrios no apenas para a

convenincia e o conforto humano, mas tambm para assegurar condies de trabalho,

comerciais e residenciais [44].

No funcionamento de um sistema convencional de elevador, existem

essencialmente dois estgios: no primeiro, um painel controla a chamada em cada andar do

edifcio e, no segundo momento, j dentro do elevador, um painel indica o andar

selecionado.

Para exemplificar o funcionamento de um elevador, considera-se que ele

inicialmente esteja parado em algum andar do prdio. Quando um passageiro, atravs de

um painel, seleciona o boto indicando se deseja subir ou descer do andar aonde se

encontra, o sistema do elevador identifica, entre os de elevadores disponveis, o mais

prximo do andar solicitado, que deslocado at o andar do passageiro. Uma vez dentro

do elevador, o passageiro escolhe o andar desejado, iniciando assim o trajeto para o

destino.

2.3 INTELIGNCIA ARTIFICIAL

O desejo de resolver problemas cada vez mais complexos tem impulsionado o

desenvolvimento da Inteligncia Artificial (IA) [45], que um ramo da cincia que estuda

o conjunto de paradigmas que pretendem justificar como um comportamento inteligente

pode emergir de implementaes artificiais em computadores [46].

Os trabalhos desenvolvidos pelas mquinas agora buscam integrar, aos sistemas de

processamento, caractersticas tpicas do comportamento inteligente, otimizando-os.

Para se obter um projeto otimizado, utilizam-se usualmente solues j existentes.

A primeira tarefa identificar os elementos do projeto que podem ser melhorados, de

23

forma a aumentar seu desempenho, reduzir seu custo, ou ambos. Estes elementos a serem

melhorados so as variveis de projeto a serem otimizadas [47].

O projeto timo difere do processo tradicional pela introduo de tcnicas

numricas, de forma que a alterao do valor de suas variveis, medida que se tenta obter

melhores solues, feita automaticamente, seguindo um procedimento pr-estabelecido,

definido pelo mtodo de otimizao utilizado. Nos ltimos 40 anos, foram desenvolvidas

diversas tcnicas numricas para tratar o problema da busca pela otimizao [48] [49] [50]

[51] [52] [53] [54] [55].

A existncia de uma grande variedade de tcnicas resultante de uma constatao

prtica e terica: a eficincia de um mtodo de otimizao dependente do tipo de

problema que est sendo resolvido, pois no existe uma tcnica melhor que todas as outras,

mas aquela mais adequada para um dado problema [53] [56].

De fato, os mtodos tradicionais para otimizao so bastante eficientes, quando

aplicados em problemas que apresentam um espao de projeto convexo com variveis

contnuas e onde a funo objeto e suas restries no possuem caractersticas altamente

no-lineares. Todavia, muitos problemas em engenharia apresentam espaos de projetos

complexos que podem ser no-convexos ou mesmo no-contnuos, com a presena de

variveis de diversos tipos [57]. Essas caractersticas reduzem bastante a eficincia dos

mtodos tradicionais, que tendem a fornecer solues subtimas.

No presente trabalho foram utilizadas duas tcnicas de IA para otimizao do

sistema predial: Lgica Fuzzy e Sistema Especialista, que sero apresentadas a seguir.

2.3.1 Lgica Fuzzy

A lgica sempre foi estudada em IA como um formalismo para representao do

conhecimento. A representao obtida , no entanto, inflexvel demais para lidar com

conceitos do mundo real sem exigir um nvel elevado de simplificao. Na lgica clssica

existe um mundo de clareza, rigor e preciso em que conceitos reais no se encaixam com

facilidade [58].

24

A teoria dos conjuntos Fuzzy foi proposta por Lotfi Zadeh em 1965. Por muito

tempo permaneceu incompreendida. Em meados dos anos 80, Mamdani utilizou a para

projetar controladores Fuzzy. A partir da houve um grande progresso da rea, em especial

com muitas aplicaes reportadas do Japo [46].

A Lgica Fuzzy6 prov um mtodo de traduzir expresses verbais, vagas,

imprecisas e qualitativas, comuns na comunicao humana em valores numricos. Trata

matematicamente de informaes imprecisas usualmente empregadas na comunicao

humana [58]. A implementao da Lgica Fuzzy cresce a cada dia e nas mais diversas

reas, como automao predial, robtica e processamento de imagens.

Os sistemas Fuzzy so sistemas especialistas baseados em conhecimento que criam

a base de conhecimento na forma de um banco de regras.

O princpio fundamental da Lgica Fuzzy, o da dualidade, estabelece que dois

eventos opostos coexistem. Isto , um elemento pode pertencer, em certo grau, a um

conjunto e, em um outro grau, a um conjunto. Em Lgica Fuzzy, os paradoxos podem ser

reduzidos a meias verdades ou meias mentiras , atravs de uma lgica multivalorada. O

verdadeiro (1) e o falso (0) so substitudos por graus de pertinncia que podem assumir

qualquer valor entre 0 e 1, tambm conhecido como Conjuntos Ordinrios ou Crisp.

A idia de grau de pertinncia da Lgica Fuzzy possibilita agrupar os elementos de

maneira diferente da aplicada na lgica clssica, o que permite re-interpretar antigos

conceitos, elaborados segundo esta lgica. As duas se diferem na seguinte maneira [60]:

Funo caracterstica:

A : X { 0, 1}

elementos do conjunto universo X pertencem totalmente ao conjunto A: A(x) = 1

ou no pertencem ao conjunto: A(x) = 0

Funo de Pertinncia

A : X [ 0, 1]

6 Lgica Fuzzy tambm conhecida como Lgica Difusa ou Nebulosa, como traduo da palavra inglesa fuzzy.

25

X - conjunto base

A - conjunto fuzzy

elementos do conjunto base pertencem ao conjunto com um certo grau, que usualmente

varia entre 0 e 1.

Sendo que a funo caracterstica representa a teoria clssica dos conjuntos onde

um dado elemento pertence ou no pertence ao conjunto determinado. J no conjunto

nebuloso existe um grau de pertinncia de cada elemento a um determinado conjunto.

A Lgica Fuzzy mais usada nos sistemas de controle [61]. O sistema controla uma

mquina para conseguir uma resposta desejada, dado um nmero de entradas do ambiente,

usando um processo de fuzzificao , gerador de entradas para um mecanismo de

inferncia, que uma base de conhecimento das aes a serem tomadas. O processo

inverso, defuzzificao , gera os valores reais, numricos que sero aplicados na mquina

ou no processo sobre controle.

A Fuzzificao, Inferncia e Defuzzificao so etapas do raciocnio Fuzzy, que so

apresentadas na Figura 2.5.

Figura 2.5: Mdulos de um Sistema Fuzzy [60]

Cada uma destas etapas descrita a seguir:

Fuzzificao: as variveis lingsticas so definidas de forma subjetiva, bem como

as funes de pertinncia. Os conceitos, anlise do problema e definies das

variveis, entre outras, so englobadas nesse processo;

26

Inferncia: nesse estgio so definidas as regras e depois analisadas. A etapa

abrange definio das proposies, anlise das regras e criao de uma ou mais

regies;

Defuzzificao: etapa nas quais as regies resultantes so convertidas em valores

para a varivel de sada do sistema. Corresponde ligao funcional entre as

regies fuzzy e o valor esperado. H vrias tcnicas de defuzzificao; podem ser

exemplificadas por: centride, usada nesse trabalho, first-of-maxima, middle-of-

maxima, critrio mximo.

As caractersticas da lgica fuzzy so:

Modelagem de problemas complexos, capazes de lidar com problemas, com

propriedades no-lineares, por exemplo;

Modelagem cognitiva, que permite codificar o conhecimento de forma similar ao

modo como os especialistas expressam o processo de deciso;

Modelagem de sistemas envolvendo mltiplos especialistas, que so capazes de

conciliar informao de especialistas consistentes (colaboradores) ou conflitantes

(contraditrios);

Complexidade reduzida, pois possuem poucas regras similares s expressas por

especialistas;

Manipulao de incertezas, que so lidam de forma consistente e matemtica com

incertezas.

2.3.2 Sistema Especialista

Os Sistemas Especialistas (SEs) so sistemas de IA, baseados em conhecimento,

que emulam um especialista humano na resoluo de um problema significativo em um

domnio especfico. O SE projetado e desenvolvido para atender a uma aplicao

determinada e limitada do conhecimento humano. capaz de emitir uma deciso, apoiada

em conhecimento justificado, a partir de uma base de informaes, tal qual um especialista

de determinada rea do conhecimento humano [62] [63] [64] [65].

As pesquisas iniciais para o desenvolvimento dos SEs, segundo [66], podem ser

atribudas s seguintes entidades e grupos: universidades, com destaque para a Stanford

27

University (SU)7 e a Carnegie-Mellon University8 (CMU), os institutos de pesquisas,

como Rand Corporation, instituto de pesquisa que atua na rea da segurana pblica, e as

empresas de engenharia de softwares, como a APEX-Applied Systems, Inc e o CGI-

Carnegie Group, Inc.

O SE, alm de inferir concluses, deve melhorar as decises e o desempenho de

raciocnio. Para tal, utiliza regras de condio-ao , que tm como objetivo ajudar a

resolver determinado problema por meio de informaes reunidas em um banco de dados,

inseridas por um especialista humano no assunto [67]. Estas regras, denominadas regras de

produo, baseiam-se em pressupostos lgicos, utilizando para isso um vocabulrio

prprio, de forma que o computador entenda as afirmaes verdadeiras, falsas ou

condicionais. Desta forma, a utilizao do SE / E / ENTO definem a lgica de um

sistema computacional, fazendo com que ele apresente os resultados pretendidos, baseado

na lgica programada. O conhecimento do especialista no assunto a ser programado

ento fundamental, para que o sistema chegue a resultados plausveis [67] [68].

Geralmente o formato das regras o seguinte:

Identificador: SE < LHS> ENTO ;

SE ENTO ;

SE < premissa 1 > E < premissa 2 > ENTO < concluso A >.

Onde:

e : representam as condies a serem

atendidas, envolvendo conjuno, negao ou disjuno e os termos que podem ser

desenvolvidos pelas concluses de outras regras e do estado atual da base de

conhecimento;

e : produz as concluses, sendo as condies

verdadeiras, altera o estado atual da base de conhecimento, adicionando,

modificando ou removendo unidades de conhecimento presentes na base.

A arquitetura de um sistema especialista dividida em componentes bsicos: um

banco de informaes que contenha todo o conhecimento relevante sobre o problema de

7 http://www.stanford.edu 8 http://www.cmu.edu

http://www.stanford.eduhttp://www.cmu.edu

28

uma forma organizada (base de conhecimento); um conjunto de mtodos inteligentes de

manipulao destes conhecimentos e os mecanismos de inferncia e interface com o

usurio [64] [65] [68]. Essa arquitetura representada na Figura 2.6.

Figura 2.6: Arquitetura de um SE [61]

Cada componente bsico descrito a seguir.

Base de Conhecimento: consiste na parte central de um SE. a representao do

conhecimento no domnio do problema em questo, geralmente extrada de um ou

vrios especialistas, de forma declarativa e livre de detalhes de controle e

implementao. Idealmente composta de declaraes, em algum formalismo de

representao de conhecimento disponvel, descrevendo o domnio da aplicao.

Na interao entre base, regras, fatos e heurstica, motor de inferncia e usurio, o

sistema encontra a soluo para os problemas propostos, podendo inclusive ampliar

essa capacidade e sistematicamente aprender com o usurio atravs de dados novos

inseridos;

Motor de Inferncia: tambm chamado mquina de inferncia, responsvel pela

manipulao da base de conhecimento durante a resoluo de problemas. Recebe

esta denominao, porque usa o conhecimento da base e os fatos relativos a uma

determinada consulta para obter concluses. A natureza do motor de inferncia

depende do formalismo utilizado para representar a base de conhecimento e da

estratgia de soluo de problemas considerada apropriada pelo projetista do

sistema. Ela pode utilizar diversas formas de raciocnio: deduo lgica, regras de

deciso, Tabelas de deciso, redes semnticas, relacionamentos lgicos, redes

Bayesianas, probabilstica ou Lgica Fuzzy;

29

Interface com o Usurio: todo sistema especialista interativo e precisa de um

componente para gerenciar a interao entre o usurio e o sistema. A interao

bsica numa sesso de uso de um SE consiste em perguntar questes relevantes,

apresentar conselhos, respostas e prover explicaes requeridas pelo usurio.

As vantagens e desvantagens dos SEs so as seguintes:

Vantagens: a deciso assentada em uma base de conhecimento e existe

estabilidade, flexibilidade, integrao de ferramentas e agilidade na determinao

dos problemas;

Desvantagens: os sistemas especialistas tendem a trabalhar de uma forma rotineira,

sem inspirao ou criatividade, onde no sintetizado novo conhecimento, h

dificuldade de lidar com situaes inesperadas (entrada de informao e

representao simblica e no sensria) e no existe conhecimento do senso

comum [66].

No prximo capitulo ser apresentada a modelagem de um Sistema Inteligente de

Superviso (SIS), bem como a sua concepo e simulao, utilizando conceitos abordados

neste captulo.

30

3 - SISTEMA SUPERVISO PREDIAL: APLICAO DE

INTELIGNCIA ARTIFICIAL E ENGENHARIA DE SOFTWARE

A realizao de estudos iniciais sobre automao predial, tcnicas de IA e

engenharia de software se fez necessria para o desenvolvimento do sistema de superviso

predial. A adoo de automao em ambientes prediais permite uma gesto de alto nvel

das principais componentes envolvidas e das suas inter-relaes.

Em uma instalao predial tpica encontram-se diversos subsistemas tais como:

climatizao, comunicao, diagnstico e manuteno, elevador, energia, iluminao,

sistema de irrigao, incndio, portaria, patrimonial, segurana e gesto de presena. A

descrio do sistema em partes est mostrada na Tabela 3.1.

No contexto de edifcios inteligentes fundamental a noo de integrao, que est

associada capacidade de vrios subsistemas poderem se comunicar, trocarem

informaes e cooperarem para atingir objetivos comuns.

Atualmente, a utilizao de sistemas de superviso chamados SCADA (Supervisory

Control & Data Acquisition Systems) permite a monitorao em tempo real para todos os

processos existentes no sistema predial. Isso possvel com a utilizao de equipamentos

que coletam e enviam dados ao sistema de superviso (como o SCADA) e, a partir dessas

variveis, o SCADA analisa, armazena e informa ao usurio todos os procedimentos

realizados, atravs de uma interface.

31

Tabela 3.1: Descrio dos subsistemas

Subsistema Descrio Climatizao Ar condicionado/ Ventilao/ Aquecimento Liberdade para abertura de janelas.

Controle dos sistemas em situaes de emergncia -

iluminao nas reas vizinhas

do sinistro, por exemplo, em caso de incndio.

Diminuio de custos.

Monitorao de tempos de funcionamento.

Monitorao do nmero de pessoas presentes e locais aonde se encontram.

Programao de horrios, estaes do ano. Comunicao Acesso Internet.

CFTV Controle de circuito fechado de televiso.

Comunicao de dado.

Controle da distribuio de msica ambiente.

Interfone e vdeo da portaria.

Redes de computadores.

Telefonia mvel/ fixo.

TV a cabo e satlite. Diagnstico e Manuteno

Diagnstico de falhas.

Manuteno de todos os subsistemas existentes.

Monitorao e teste do estado de funcionamento dos equipamentos. Elevador Elevadores e escadas e escadas rolantes.

Controle dos sistemas em situaes de emergncia -

elevadores se deslocam para pisos seguros, mudam o sentido das escadas/ escadas rolantes de modo a facilitar evacuao.

Energia Distribuio.

Gerao.

Otimizao de operao.

Sistema de monitoramento/ anlise.

Transmisso. Gesto de Presena

Controle de acesso.

Disponibilidade da informao sobre tempos de trabalho e saldos horrios.

Freqncia.

Marcao de frias.

32

Subsistema Descrio Iluminao Interna/ Externa.

Exaustores.

Monitorao do nmero de pessoas presentes e locais aonde se encontram . Incndio Alarme de emergncia

Controle dos sistemas em situaes de emergncia - iluminao nas reas vizinhas do sinistro

Deteco(fumaa, combate ao incndio), preveno Patrimonial Controle de cada equipamento em cada departamento

Gesto do prprio edifcio, como contrato de aluguel e prestao de servio

Registro do espao ocupado por cada departamento

Registro e gesto dos bens patrimoniais Portaria Controle e registro de entrada/ sada de pessoas e equipamentos

Fornecimento de informaes sobre a organizao do edifcio

Identificao das pessoas

Manuteno preventiva e corretiva

Registro de mensagens de visitas

Segurana Deteco, preveno, arrombamento e intruso

Alarmes de emergncia

Controle de acesso

Controle de estacionamento de veculos

Deteco e combate a incndio

Deteco de fuga de gs/ gua

Sistema de vdeo portaria

Monitorao Sistema de Irrigao

Controle de irrigao de acordo com as condies atmosfricas

Corte de custos

Monitorao de consumos

Esse estudo inicial foi realizado para oferecer uma contribuio ao gerenciamento e

ao comando de superviso predial, uma concepo de um Sistema Inteligente de

Superviso (SIS), incluindo a implementao fsica de um demonstrador conceitual,

previsto para operar inicialmente no segundo andar do Palcio do TJDF e depois adotado

nas demais instalaes do Tribunal no DF.

33

Um SIS tem como propsitos a centralizao das informaes referentes ao

funcionamento dos diversos subsistemas vitais s operaes do edifcio; a reduo dos

custos operacionais e economia de energia, atravs da utilizao racional dos recursos

disponibilizados; a comunicao do estado dos subsistemas atravs de interface homem-

mquina (IHM), visando antecipar os problemas e facilitar a tomada de decises; o

fornecimento de subsdios para a programao da manuteno preventiva dos diversos

equipamentos e aumento da segurana da instalao, atravs da imediata deteco de

situaes anormais e da tomada das devidas de deciso quanto s providncias.

Um SIS ir monitorar, supervisionar e atuar em diversas variveis e dispositivos do

sistema de controle. Alm disso, poder interagir com o sistema de superviso (como o

SCADA) ou atuar diretamente nos subsistemas realizando interveno e aplicando tcnica

de IA nas tomadas de decises. Tambm apresenta uma estrutura que independe do tipo de

aplicao e que, por isso, permite aplicaes diversas, alm da automao predial. Para

exemplificar, um SIS pode ser utilizado no gerenciamento do Laboratrio de Dispositivos

de Circuito Integrado, LDCI, do Departamento de Engenharia Eltrica da UnB na

execuo de um projeto de circuitos integrados.

O grande diferencial do SIS est na sua capacidade de intervir de forma inteligente

nos subsistemas, isto , sendo capaz de fornecer possveis solues para situaes adversas

que venham a ocorrer. Assim, por exemplo, enquanto o SCADA s detecta possveis

falhas, um SIS, alm de identific-las, tambm fornece as possveis solues. Alm disso,

um SIS pode enviar alertas via e-mail, mensagens para celular ou mesmo para pagers,

quando alguma situao de falha, capaz de comprometer o funcionamento do prdio, for

detectado. Por fim, a integrao do SIS e do SCADA realizada atravs de uma interface

de comunicao baseada no padro COM/DCOM, que permite a leitura e escrita de

variveis atravs de OPC.

A concepo do software do SIS seguiu os fundamentos de Engenharia de software

apresentados nas sees 2.1.1 a 2.1.3.

Algumas caractersticas desejveis foram consideradas para a definio do processo

de desenvolvimento do software. So elas: leveza e praticidade; interatividade; completa

informao; inteligncia; compatibilidade e funcionalidades [1] [9] [11] [20] [25].

34

Foi realizada tambm uma pesquisa de linguagens de programao para atender

melhor s necessidades especficas, avaliadas na seo 2.4. Foi selecionada a linguagem

Java, sendo algumas das caractersticas desejveis apresentadas na Tabela 3.2.

Tabela 3.2: Caractersticas da linguagem Java.

Java*

Caractersticas gerais Linguagem orientada a objetos, muilti-plataforma, altamente extensvel, open-source, escalonvel e compilada em byte-code

Linguagem de script JSP, tags costumizaveis, sistemas de templantes com suporte a internacionalizao

Complexidade Complexa devido ao seu alto poder de extensabilidade Portabilidade Vrias Plataformas (Microsoft Windows, Solaris,

Linux e outras implementaoes de plataformas UNIX)

Servidor Qualquer servidos Web, incluindo Apache, Netscape e IIS utilizando container de Servlets

Integrao com base de dados Bases de dados em conformidade do ODBC, JDBC e bases de dados ODBMS

*Utilizao da plataforma web (JSP Java Server Pages)

O digrama de classe (Figura 3.1) representa abstraes do software do SIS e de suas

relaes. Nessa representao temos os atributos, caracterizando objetos da classe, e os

mtodos, comportamento da classe. Para uma viso geral do SIS apresentado na Figura

3.1, tm as classes: Conexo que representada por uma conexo entre as outras; Usurio

possibilita o cadastro, a excluso e a edio de um determinado usurio e suas permisses

concedidas; Log verifica se o usurio cadastrado no servidor de dados e sua permisso

para a navegao no SIS; Tipo, classe que h nveis de que o SIS elaborado, por

exemplo, a verificao do nvel de permisso do usurio ou status de um determinado

equipamento; Sistema classe que representa o sistema geral a ser desenvolvido;

Aplicao_IA que nessa classe encontra a tcnica de IA a ser empregada dependendo do

tipo de aplicao do SIS.

35

Figura 3.1: Diagrama de classe da concepo de um SIS

importante salientar que o diagrama de atividade apresentado na Figura 3.2

representa o funcionamento do modo de acesso a um SIS e pode ser aplicado a qualquer

tipo de sistema a ser implantado. Inicialmente h uma tela de acesso composta pelos

campos login e senha. Uma consulta ao banco de dados verifica, o Log, se o usurio est

cadastrado ou no. Se o usurio no for cadastrado enviado uma mensagem, ainda na tela

de acesso, que no foi possvel realizar a conexo. No entanto, se houver cadastro,

verificado o nvel de permisso associada ao acesso, Tipo. E finalmente o Sistema, que em

funo dessa verificao, definido se o acesso permite, por exemplo, a visualizao,

cadastro e excluso de dados contidos em um SIS.

Figura 3.2: Diagrama de atividade do acesso ao software do SIS

36

Essa automao pode ser estendida a outros subsistemas existentes, mostrados no

Apndice A, e conseqentemente poder ser inserida no sistema de gerenciamento predial.

Atualmente o sistema de superviso existente no TJDF do tipo SCADA da

empresa Johnson Controls9, mostrado na Figura 3.3, que est sendo implantado e que

coleta dados de tabelas armazenadas em controladores tipo PLC. Ainda na Figura 3.3 pode

ser observada cada comarca que compe o TJDF. O projeto prev a alterao de todos os

sistemas de superviso (Elipse10, Alerton11 e Indusoft12) para o sistema de superviso da

Johnson Controls.

Figura 3.3: Futura implantao do SIS nas dependncias do TJDF. Apenas a comarca de Brazlndia apresenta subsistemas prediais com automao

O desenvolvimento deste trabalho foi realizado atravs de modelagem e

programao do Software do SIS e do banco de dados correspondente. Conforme

mencionado anteriormente, devido s freqentes alteraes nos projetos do TJDF, a

implementao fsica de um demonstrador conceitual tornou-se invivel dentro do prazo

previsto para a realizao desta dissertao. Assim para a validao do Sistema Inteligente

9 www.johnsoncontrols.com 10 www.elipse.com.br 11 www.alerton.com 12 www.alerton.com/

www.indusoft.com.br

http://www.johnsoncontrols.comhttp://www.elipse.com.brhttp://www.alerton.comhttp://www.alerton.com/http://www.indusoft.com.br

37

de Superviso (SIS) foram utilizados recursos de simulao para essa parte que no foi

possvel a implementao fsica.

3.1 DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE DO SIS E DO SIMULADOR DO SIS

Como em todas as reas de projeto, primordial haver documentao, para que se

obtenha os resultados desejados, facilitando tambm a reutilizao e manuteno do

projeto. A modelagem do software do SIS foi construda utilizando a IDE (Integrated

Development Environment ou Ambiente Integrado de Desenvolvimento) JUDE13, que

uma IDE para UML criada com Java e de fcil uso.

A programao do software do SIS foi desenvolvida na linguagem Java utilizando a

plataforma web (JSP Java Server Pages). Tambm h utilizao de Sistema Especialistas,

tcnica de IA para a tomada de deciso e resoluo de problemas.

Para armazenamento dos dados foi necessria a utilizao de um banco de dados. A

opo foi pelo MySQL 14 sendo gerenciado por um SGBD (Sistema de Gerenciamento de

Banco de Dados), que um mais populares, devido sua otimizao para aplicaes Web,

disponibilidade para praticamente qualquer sistema operacional e, principalmente, por ser

um software livre (sob licena GPL - General Public License), o que significa que

qualquer um pode estud-lo ou alter-lo conforme a necessidade.

A comunicao entre o software do SIS com o sistema de superviso (como o

SCADA) ou diretamente nos subsistemas via HTTP (Hyper Text Transfer Protocol),

protocolo de comunicao, mostrado na Figura 3.4.

Pode ser observado ainda na Figura 3.4 um sistema de superviso (SCADA) que

relaciona recebendo e transmitindo dados aos subsistemas via protocolo de comuniao.

Tambm h um SGBD que gerencia os dados e informaes que so armazenadas em um

banco de dados por outro protocolo de comunicao.

13 http://jude.change-vision.com/jude-web/download/index.html 14 http://www.mysql.com

http://jude.change-vision.com/jude-web/download/index.htmlhttp://www.mysql.com

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Figura 3.4: Desenvolvimento do Software e Simulador do SIS

O simulador do SIS foi realizado em torno de uma aplicao para um sistema de

um prdio do TJDF que j possua automao aplicada aos subsistemas de refrigerao, ar

condicionado e iluminao, com a utilizao de tcnicas de IA.

No Apndice B so

descritos a funcionalidade, a automao, os equipamentos e os problemas de cada

subsistema. Utilizou as mesmas ferramentas utilizadas no desenvolvimento do software do

SIS.

Assim deu origem a um interesse por sistemas de gerenciamento, uma vez que eles

integram vrios subsistemas para controlar de forma eficiente e eficaz os recursos, visando

facilitar o trabalho do operador e racionalizar a mo de obra de operao. Outras vantagens

so: a economia de custos, por considerar a estrutura geral dos servios, dos subsistemas e

do prprio gerenciamento em si, conforto e segurana ao usurio.

3.1.1 Software do SIS

fundamental para qualquer software o conceito de segurana. O software do SIS

restringe o acesso da operao mediante senhas. Apenas o administrador do sistema

39

fornece as permisses a cada usurio, informando o tipo correspondente. Pode haver

alterao no tipo do usurio, mudando assim as permisses que lhe forem concedidas.

Neste software h quatro tipos de usurios: administrador, usurio comum, operador de

manuteno e operador do sistema. As permisses de cada tipo citado podem ser

visualizadas na Tabela 3.3. H tambm possibilidade de edio e excluso de qualquer

usurio, tipo de usurio e suas permisses (Figura 3.5).

Tabela 3.3: Tipos de permisses do software do SIS

Administrador Usurio

Operador de Manuteno

Operador do sistema

Verificar equipamentos

X X X X Excluir equipamentos

X Cadastrar equipamentos

X X Editar equipamentos

X X X Verificar Monitor

X X X X Excluir Monitor X X Cadastrar Monitor

X Editar Monitor

X X Verificar Falhas

X X X X Excluir Falhas

X Cadastrar Falhas

X Editar Falhas

X

Figura 3.5: Tela do software do SIS com tipos de usurios e permisses

No software do SIS, h menus de navegao, tais como equipamentos, relatrios,

monitor, que podem ser observados na Figura 3.6 e so descritos a seguir:

40

Equipamentos: possui o cadastro de equipamentos, informando sua identificao,

localizao, tipo e estado (indicando se est em funcionamento ou no). Tambm,

como no usurio, possvel editar e excluir qualquer equipamento;

Relatrios: gera relatrios, baseados no banco de dados atual;

Monitor: lista todos os equipamentos que no esto em funcionamento, ou seja, nos

quais h falhas.

Figura 3.6: Tela de sada do software do SIS - Menu

No menu relatrio h informaes sobre logs, ou seja, possvel identificar qual

usurio, atravs da sua identificao, a data e o horrio de entrada no sistema e a alterao

realizada (Figura 3.7).

Visando construo de relatrios, foi utilizado o iReport15, que uma ferramenta

open-source atravs de uma aplicao Java, utilizando a biblioteca JasperReports. Para a

gerao de relatrio foi realizado o mapeamento de dados para campos de acordo com o

layout definido e com a determinao do design, tendo sido escolhido, dentre os diversos

formatos possveis, o PDF.

15 http://www.jasperforge.org/sf/projects/ireport

http://www.jasperforge.org/sf/projects/ireport

41

Figura 3.7: Tela de relatrio do software do SIS - Menu

Foi buscado um shell, software para desenvolver o sistema de classificao, que

montasse uma base de conhecimento e que fosse transportado para o software do SIS. O

Expert SINTA, uma ferramenta computacional gratuita desenvolvida pelo LIA

Laboratrio de Inteligncia Artificial da Universidade Federal do Cear [62], foi escolhido.

Esse shell utiliza um mo