13 research outputs found
Adaptive Droop control for voltage and frequency regulation in isolated microgrids
No full textThis paper proposes an adaptive droop control strategy for simultaneous regulation of voltage and frequency in isolated microgrids to meet the relevant legislation (NBR 5410 and IEEE 1547). The technique is based on the traditional structure of the Droop control (P-f) and (Q-V), aided by recursive least squares methods to estimate the line parameters. The control law is adaptive because the controller gains are self-adjusting to the operating conditions imposed by the loads and the legal restrictions for fluctuations in voltage and frequency in the microgrid. The controller was validated in different microgrids (1-bus, 3-bus, and IEEE 14-bus) and different types of loads. The simulation results show the effectiveness of the controller: rapid response in the accommodation of variations in loads; active power-sharing between the inverters and; stable and safe operation of the microgrid
Estudo de caso aplicado ao desenvolvimento de biblioteca para otimização na criação de um supervisório para uma subestação
No full textAs subestações são parte importante dos sistemas de energia, pois realizam a conexão de redes elétricas com diferentes níveis de tensão, e o controle e operação dessas é crucial para a estabilidade do sistema elétrico. Dessa forma os Sistemas Supervisórios são de suma importância para as subestações atualmente, pois permitem o monitoramento e operação dos equipamentos e processos realizados nelas de forma remota, o que traz como uma das principais vantagens é a própria segurança do operador, uma vez que o mesmo permanece à uma distância segura dos equipamentos. Porém, o desenvolvimento de sistemas supervisórios para subestações é um processo complexo e demorado, especialmente na criação de tags de comunicação e modelagem de objetos da rede elétrica. Dentro desse contexto, o presente trabalho apresenta a criação de uma biblioteca para otimizar a criação de um Sistema Supervisório para uma subestação. Tornando possível realizar tarefas, que duravam semanas de trabalho, em segundos
Power line communication em redes elétricas de média e alta tensão: uma comparação com outras tecnologias de comunicação digital
No full textThis study assesses the feasibility of Power Line Communication (PLC) technology for data communication in medium and high-voltage electrical networks, focusing on its application in Brazil. The objective was to compare PLC performance with technologies such as optical fiber, twisted pair, and metallic pair, analyzing criteria like bit error rate (BER), latency, bandwidth, and cost-effectiveness. The methodology involved computational simulations in MATLAB/Simulink, using BPSK modulation, convolutional coding with Viterbi decoding, and AWGN and SISO Fading (Rayleigh and Rician) channels to model realistic conditions. Results indicate that PLC achieved a zero BER with FEC, a transmission rate of 0.01 Mbps (due to a standardized sample time of 0.0001 s), and a bandwidth of 988 Hz, with a latency of 11 ms. Despite intermediate signal robustness and lower bandwidth than twisted pair (1867.7 Hz), PLC stands out for its high cost-effectiveness by leveraging existing electrical infrastructure. Compared to optical fiber, it shows similar latency (11 ms), proving competitive for applications like smart grids and automation. The study concludes that PLC is a promising alternative for digital inclusion in Brazil, provided investments are made in interference mitigation. Future work should explore QPSK and OFDM modulations and more detailed optical fiber modeling.Este trabalho avalia a viabilidade da tecnologia Power Line Communication (PLC) para comunicação de dados em redes elétricas de média e alta tensão, com foco em sua aplicação no Brasil. O objetivo foi comparar o desempenho do PLC com tecnologias como fibra óptica, par trançado e par metálico, analisando critérios como taxa de erro de bit (BER), latência, largura de banda e custo-benefício. A metodologia envolveu simulações computacionais no MATLAB/Simulink, utilizando modulação BPSK, codificação convolucional com decodificação Viterbi e canais AWGN e SISO Fading (Rayleigh e Rician) para modelar condições realistas. Os resultados mostram que o PLC alcançou BER nulo com FEC, taxa de transmissão de 0,01 Mbps (devido ao tempo de amostragem padronizado de 0,0001 s) e largura de banda de 988 Hz, com latência de 11 ms. Apesar de robustez de sinal intermediária e largura de banda inferior ao par trançado (1867,7 Hz), o PLC destaca-se pelo alto custo-benefício, aproveitando a infraestrutura elétrica existente. Comparado à fibra óptica, apresenta latência similar (11 ms), sendo competitivo para aplicações como redes inteligentes e automação. Conclui-se que o PLC é uma alternativa promissora para inclusão digital no Brasil, desde que se invista em mitigação de interferências. Sugere-se explorar modulações QPSK e OFDM e modelagens mais detalhadas da fibra óptica em trabalhos futuros
Implementação de um sistema provisório Scada para controle e otimização da produção em uma indústria de bebidas
No full textThe objective of this work was to develop supervisory software for a beverage
production line composed of two machines, one for filling and the other for labeling.
The programmable logic controllers installed in the filling and labeling machines are
manufactured by Schneider and Siemens, the network used to connect the devices to
each other was the RS-485 standard. In this configuration, the PLCs are slaves and
the supervisor is the master of the application. The supervisory software used was
VTScada from Delta Electronics. It is worth noting that the driver used to request the
data was Modbus RTU. The methodology used to develop the supervisory consisted
of the following steps: Uploading existing programs into the PLCs; Configuration of
programmable logic controllers as Modbus slaves; Configuration of communication
drivers in VTScada, which is the application master; Development of tags to access
the input and output registers of programmable logic controllers and connect the
devices to the same communication network. The supervisory software developed has
four screens, namely: Main screen; Recipes Screen; Filling machine actuator screen
and Labeling machine actuator screen. Finally, we can conclude that supervisory
software represents a significant development in the production line. Since, through it
it will be possible to monitor the quantity of drinks produced in unit terms,
boxes/packages and pallets. In addition, maintenance agents will be able to manually
activate the actuators of the filling machine or labeling machine, assisting in
maintenance diagnosesO presente trabalho teve como objetivo desenvolver um software supervisório para
uma linha produtiva de bebidas composta de duas máquinas, uma de envase e outra
de rotulagem. Os controladores lógicos programáveis instalados nas máquinas de
envase e de rotulagem são fabricados pela Schneider e pela Siemens, a rede utilizada
para conectar os dispositivos entre si foi o padrão RS-485. Nesta configuração, os
CLPs são escravos e o supervisório é o mestre da aplicação, o software supervisório
utilizado foi o VTScada da Delta Electronics. Vale destacar que, o driver utilizado para
requisição dos dados foi o Modbus RTU. A metodologia utilizada para
desenvolvimento do supervisório consistiu nas seguintes etapas: Upload dos
programas existentes nos CLPs; Configuração dos controladores lógicos
programavéis como escravos Modbus; Configuração dos drivers de comunicação no
VTScada, que é o mestre da aplicação; Desenvolvimento das tags para acessar os
registradores de entrada e saída dos controladores lógicos programáveis e conectar
os dispositivos na mesma rede de comunicação. O software supervisório desenvolvido
dispõe de quatro telas, sendo elas: Tela principal; Tela de Receitas; Tela dos
atuadores da máquina de envase e Tela dos atuadores da máquina de rotular. Por
fim, podemos concluir que o software supervisório representa um desenvolvimento
significativo na linha de produção. Visto que, por meio dele, será possível acompanhar
a quantidade de bebidas produzidas em termos unitários, caixas/pacotes e pallets.
Além disso, os agentes de manutenção poderão acionar manualmente os atuadores
da máquina de envase ou da máquina de rotular, auxiliando nos diagnósticos de
manutençã
Previsão de curto prazo da demanda de energia elétrica no nordeste brasileiro utilizando séries temporais
No full textAiming for efficient and sustainable management of electrical systems, it is essential to forecast energy demand, especially due to the increasing integration of renewable sources and climate change. Accordingly, this study aimed to develop an algorithm to predict electricity demand in the Brazilian Northeast using time series analysis techniques and machine learning, focusing on the MLP (Multilayer Perceptron) model. The CRISP methodology (Cross-Industry Standard Process for Data Mining) was employed to structure predictive analysis processes, ensuring a systematic approach from problem understanding to model implementation and monitoring. The experiments evaluated the performance of different scenarios for forecasting electrical load for horizons of 24, 72, 168, and 720 hours. Three models were created: (i) a model with one layer of 24 neurons; (ii) a model with two layers: the first with 24 neurons and the second with 48 neurons; and (iii) a model with three layers: the first with 24 neurons, the second with 48 neurons, and the third with 96 neurons. Among the models, those with two hidden layers using the Nadam optimizer and a linear activation function demonstrated the best overall performance, achieving a Mean Absolute Percentage Error (MAPE) of 1.49% and a Coefficient of Determination (R²) of 0.94 for 24-hour forecasts, indicating high accuracy. These models were also effective for 72- and 168-hour horizons, with MAPE values of 1.79% and 1.87%, and R² values of 0.92 and 0.91, respectively. However, the model faced challenges for the 720-hour horizon, presenting a MAPE of 3.17% and R² of 0.77, showing lower precision and longer processing time. The results highlight the importance of choosing appropriate optimizers and activation functions to maximize model accuracy and efficiency. The optimized database architecture contributed to the model’s high performance, underscoring the need for continuous testing of configurations to improve long-term forecastingVisando uma gestão eficiente e sustentável dos sistemas elétricos, é essencial ter uma previsão da demanda de energia, principalmente devido à crescente integração de fontes renováveis e às mudanças climáticas. Posto isso, o presente estudo objetivou desenvolver um algoritmo para prever a demanda de energia elétrica no nordeste
brasileiro utilizando técnicas de análise de séries temporais e aprendizado de máquina, com foco no modelo MLP (Perceptron de Multicamadas). Empregou-se a metodologia CRISP (Processo Padrão Intersetorial) para estruturar processos de análise preditiva, garantindo uma abordagem sistemática desde a compreensão do problema até a implementação e monitoramento do modelo. Os experimentos avaliaram o desempenho de diferentes cenários de previsões da carga elétrica para horizontes de 24, 72, 168 e 720 horas. Foram criados três modelos: (i) modelo contendo uma camada de 24 neurônios; (ii) modelo contendo duas camadas: a primeira com 24 neurônios e a segunda com 48 neurônios; e (iii) modelo contendo três camadas: a primeira com 24 neurônios, a segunda com 48 neurônios e a terceira 96 neurônios. Dentre os modelos, os que possuem duas camadas ocultas usando o otimizador Nadam e função de ativação Linear apresentou o melhor desempenho geral com um Erro Absoluto percentual Médio (MAPE) de 1,49% e
um Coeficiente de Determinação (R²) de 0,94 para previsões de 24 horas, indicando alta precisão. Esses modelos também foram eficazes para horizontes de 72 e 168 horas, com um MAPE de 1,79% e 1,87% e R² de 0,92 e 0,91, respectivamente. No entanto, o modelo
enfrentou dificuldades para o horizonte de 720 horas, apresentando um MAPE de 3,17%
e R² de 0,77, exibindo menor precisão e maior tempo de processamento. Os resultados
destacam a importância da escolha adequada de otimizadores e funções de ativação para
maximizar a precisão e a eficiência dos modelos. A arquitetura otimizada do banco de dados contribuiu para a alta performance do modelo, evidenciando a necessidade de testes contínuos de configurações para aprimorar a previsão de longo prazo
ANÁLISE DO CONTROLE PID APLICADO NO CONTROLE DE VELOCIDADE DE UM MOTOR CC
No full textThe main objective of the study was to evaluate the effectiveness of PID control in managing the speed of a DC motor, using an embedded system based on the ATMEGA328 microcontroller of the Arduino UNO R3 board. The experimental prototype consisted of a DC motor, a rotary encoder for speed measurement, and an L298n H-bridge for controlling the motor's direction and voltage. The PID controller was tuned using the Cohen-Coon method, followed by fine-tuning to optimize the system's performance. The methodology adopted involved three main steps: (a) experimental modeling of the DC motor, where the system's transfer function was obtained from the step response to voltage; (b) calculation of the PID controller gains using the Cohen-Coon method, with fine adjustments to improve the system's response; and (c) experimental validation of the closed-loop control, with speed supervision through a developed SCADA application for monitoring and data acquisition. The results demonstrated that the PID controller was effective in maintaining the motor speed at different setpoints (200 RPM, 275 RPM, and 120 RPM), with a steady-state error close to zero. The system showed consistent rise and settling times, with minimal or no overshoot, indicating proper tuning of the controller gains. Additionally, the analysis of performance parameters such as ISE, ITAE, IAE, and ITSE confirmed the system's robustness against speed variations and disturbances.El objetivo principal del estudio fue evaluar la efectividad del control PID en la gestión de la velocidad de un motor de corriente continua (CC), utilizando un sistema embebido basado en el microcontrolador ATMEGA328 de la placa Arduino UNO R3. El prototipo experimental consistió en un motor CC, un encoder rotativo para medir la velocidad y un puente H L298n para controlar la dirección y el voltaje del motor. El controlador PID fue sintonizado utilizando el método de Cohen-Coon, seguido de un ajuste fino para optimizar el rendimiento del sistema. La metodología adoptada involucró tres pasos principales: (a) modelado experimental del motor CC, donde se obtuvo la función de transferencia del sistema a partir de la respuesta al escalón de voltaje; (b) cálculo de las ganancias del controlador PID utilizando el método de Cohen-Coon, con ajustes finos para mejorar la respuesta del sistema; y (c) validación experimental del control en lazo cerrado, con supervisión de la velocidad a través de una aplicación SCADA desarrollada para monitoreo y adquisición de datos. Los resultados demostraron que el controlador PID fue efectivo para mantener la velocidad del motor en diferentes puntos de referencia (200 RPM, 275 RPM y 120 RPM), con un error en estado estacionario cercano a cero. El sistema mostró tiempos de subida y estabilización consistentes, con un sobre impulso mínimo o nulo, lo que indica una sintonización adecuada de las ganancias del controlador. Además, el análisis de los parámetros de rendimiento, como ISE, ITAE, IAE e ITSE, confirmó la robustez del sistema frente a variaciones de velocidad y perturbaciones.O objetivo do trabalho foi a avaliação do controle PID na gestão da velocidade de um motor CC, onde lei de controle foi embarcada no microcontrolador ATMEGA328. O protótipo é composto pela placa Arduino UNO R3, o motor CC, o encoder rotativo e uma ponte H L298n. O controlador PID foi sintonizado pelo método de Cohen-Coon, seguido de ajuste fino para otimizar o desempenho do sistema. A metodologia usada consistiu em (a) modelagem experimental do motor CC, (b) cálculo dos ganhos do controlador e (c) validação experimental do controle em malha fechada com supervisão da velocidade na aplicação SCADA desenvolvida. Os resultados obtidos demonstram a eficácia do controlador em manter a velocidade do motor em diferentes setpoints (200 RPM, 275 RPM e 120 RPM), com erro em regime permanente próximo de zero. O sistema apresentou tempos de subida e acomodação consistentes, com overshoot mínimo ou inexistente, indicando uma sintonia adequada dos ganhos do controlador. Além disso, a análise dos parâmetros de desempenho, como ISE, ITAE, IAE e ITSE, confirmou a robustez do sistema frente a variações de velocidade e perturbações
CONTROLE LIGA-DESLIGA DE TEMPERATURA USANDO O CLP FX3U24MR E SUPERVISÃO DE DADOS
No full textThe objective of this paper is to assemble a thermal prototype and evaluate the dynamic performance of the on-off control in temperature management. The experimental prototype is composed of the thermal plant, the temperature sensor and the control that is carried out in the PLC FX3U24MR by Mitsubishi Electric, where it receives the analog temperature signal, compares it with the set-point defined in the Ladder logic and activates the actuators. The supervisory was done on VTScada by Trihedral, on the screen it is possible to turn on the system, define the set-point temperature, view the lamp status, as well as the temperature value on the slide and in the graph over time. The differential of the product is the low cost, the local supervision of the data and in the replicability of the prototype by other educational institutions. The on-off control works quickly and effectively to manage the temperature. The local monitoring system proved to be reliable and efficient in measurements, allowing supervision of process variables in real time by the SCADA application, with a low latency rate of 4 seconds, suitable in comparison with the process dynamics which is in minutes.O objetivo do trabalho é a montagem de uma bancada didática térmica e a avaliação do desempenho dinâmico do controle liga-deliga na gestão da temperatura. O protótipo didático é composto pela planta térmica, o sensor de temperatura e o controle que é feito no CLP FX3U24MR, onde este recebe o sinal analógico de temperatura, compara com o set-point definido na lógica em Ladder e aciona os atuadores. O Supervisório foi feito no VTScada da Trihedral, na tela é possível ligar o sistema, definir a temperatura de referência (set-point), visualizar o estado da lâmpada, bem como o valor da temperatura no slide e no gráfico ao longo do tempo. O diferencial do trabalho está no baixo custo, na supervisão local dos dados e na replicabilidade do protótipo por outras instituições de ensino. O controle liga-desliga funcionou de maneira rápida e eficaz na gestão da temperatura. O sistema de monitoramento local mostrou-se confiável e eficiente nas medições, permitindo a supervisão das variáveis do processo em tempo real pela aplicação SCADA, com uma baixa taxa de latência de 4 segundos, adequada em comparação com a dinâmica do processo que se desenrola em minutos
Análise do controle PID aplicado a um processo térmico
No full textO objetivo do trabalho é a montagem de uma bancada didática térmica e a avaliação do desempenho dinâmico do controlador PID na gestão da temperatura, enfocando as premissas de projeto e as vantagens e desvantagens da lei de controle utilizada. O protótipo didático é composto pela planta térmica (uma lâmpada, dois coolers de 12V, um relé de estado sólido 40A/220V e um relé de interface), o sensor de temperatura (PT100 + conversor de temperatura para 4-20mA) e o controle, que é feito no CLP FX3U24MR, onde este recebe o sinal analógico de temperatura, compara com o set-point definido na lógica em Ladder e aciona os relés que comandam a lâmpada e os coolers. O supervisório foi feito no VTScada da Trihedral, na tela é possível ligar o sistema, definir a temperatura de referência (set-point), visualizar o estado da lâmpada, bem como o valor da temperatura no slide e no gráfico ao longo do tempo. Também foi configurado o supervisório para exportar os dados do processo, gerando o relatório operacional da planta térmica. O diferencial do trabalho está no baixo custo, na supervisão local dos dados e na replicabilidade do protótipo por outras instituições de ensino. A estratégia de controle implementada conseguiu rastrear as referências de forma eficaz, com bom desempenho dinâmico e estabilidade em malha fechada. O sistema de monitoramento local mostrou-se confiável e eficiente, permitindo supervisão em tempo real pela aplicação SCADA
ALIMENTANDO A ESPERANÇA NO SERTÃO: PROJETO, MONTAGEM E VALIDAÇÃO DE UM MOEDOR DE PALMA FORRAGEIRA
No full textThis study presents a sustainable solution to the challenges faced by small rural producers in the semi-arid region, especially during periods of drought. The work focuses on the development of an automated forage cactus grinder, designed as a promising tool to address drought challenges and ensure animal food security in the semi-arid region. The proposal was conceived as a practical and applied initiative, based on the valorization of forage cactus, a resource that is drought-resistant, highly nutritious, and easy to cultivate. The methodology used includes 3D modeling of the prototype, followed by the assembly and experimental testing of the machine. The proposed solution aims to combine functionality, low cost, and efficiency, allowing producers to use the cactus in an optimized way with less physical effort. The expected outcomes include increased productivity, improved animal nutrition, and the strengthening of the local economy. Furthermore, the social impact of the initiative seeks to transform the relationship between the inhabitants of the semi-arid region and the available resources, fostering a more harmonious coexistence with the semi-arid environment and contributing to the quality of life of rural communities.O presente estudo apresenta uma solução sustentável para os desafios enfrentados por pequenos produtores rurais do sertão, especialmente durante períodos de seca. O trabalho aborda o desenvolvimento de um moedor de palma forrageira, que se apresenta como uma ferramenta promissora para enfrentar os desafios da seca e garantir a segurança alimentar dos animais no sertão. A proposta foi concebida como uma iniciativa prática e aplicada, tendo como base a valorização da palma forrageira, um recurso resistente à seca e de alto valor nutricional e de fácil cultivo. A metodologia utilizada incluiu a modelagem 3D do protótipo, seguido pela montagem e testes experimentais da máquina. A solução proposta busca aliar funcionalidade, baixo custo e eficiência, permitindo que os produtores utilizem a palma de forma otimizada e com menos esforço físico. Os resultados experimentais incluem maior produtividade, melhor nutrição para os animais e fortalecimento da economia local. Além disso, o impacto social da iniciativa permite transformar a relação entre os sertanejos e os recursos disponíveis, promovendo uma convivência mais harmônica com o semiárido e contribuindo para a qualidade de vida das comunidades rurais
