PERCY JAVIER IGEI KANESHIRO
Modelagem de sistemas de proteo tcnica contra incndio em edifcios
inteligentes atravs de rede de Petri
Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia.
So Paulo 2006
PERCY JAVIER IGEI KANESHIRO
Modelagem de sistemas de proteo tcnica contra incndio em edifcios
inteligentes atravs de rede de Petri
Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do Ttulo de Mestre em Engenharia. rea de Concentrao: Engenharia de Controle e Automao Mecnica
Orientador: Prof. Dr. Paulo Eigi Miyagi
So Paulo 2006
FICHA CATALOGRFICA
Kaneshiro, Percy Javier Igei
Modelagem de sistemas de proteo tcnica contra incndio em edifcios inteligentes atravs de rede de Petri / P.J.I. Kaneshiro. -- So Paulo, 2006.
132p.
Dissertao (Mestrado) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Departamento de Engenharia Mecatrnica e de Sistemas Mecnicos.
1.Sistemas contra incndios 2.Edifcios inteligentes 3.Rede de Petri 4.Metodologia PFS/MFG I.Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia Mecatrnica e de Sistemas Mecnicos II.t.
Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sob responsabilidade
nica do autor e com anuncia de seu orientador.
So Paulo, 15 de dezembro de 2006.
Assinatura do autor: ........................................................................................
Assinatura do orientador: ...............................................................................
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas
CP Controlador programvel
EI Edifcio Inteligente
HC-FMUSP Hospital das Clnicas da Faculdade de Medicina da Universidade de So Paulo
HVAC Heating, Ventilation and Air Conditioning
IBI Intelligent Building Institute
ICHC Instituto Central do HC-FMUSP
MFG Mark Flow Graph
NFPA National Fire Protection Association
PAMB Prdio dos Ambulatrios do HC-FMUSP
PFS Production Flow Schema
SED Sistema a Eventos Discretos
SGE Sistema de Gerenciamento do Edifcio
SPTCI Sistema de Proteo Tcnica Contra Incndio
NEMA National Electrical Manufacturers Association
FM-200 Heptafluoropropane
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Sistemas e servios oferecidos nos edifcios inteligentes (ALVARES, 2002) 14
Figura 2.2 - Estrutura da proteo contra incndio 18
Figura 2.3 - Fases de um incndio (CASTRO, 1994) 19
Figura 2.4 - Estrutura Geral do SPTCI 20
Figura 3.1 - Caractersticas dos SEDs em rede de Petri 32
Figura 3.2 - a) Arcos mltiplos b) Representao compacta. 37
Figura 3.3 - a) Transio habilitada. b) Marcao aps o disparo. 38
Figura 3.4 - Rede de Petri com seus elementos bsicos 39
Figura 3.5 - Sistema em estado de pr-alarme 40
Figura 3.6 - Sistema em estado alarme 40
Figura 3.7 - Dispositivos de notificao ativados 40
Figura 3.8 - Componentes do PFS 49
Figura 3.9 - Elementos estruturais do MFG 52
Figura 4.1 - Metodologia para a modelagem de SPTCI 55
Figura 4.2 - Modelo estrutural das estratgias do SPTCI 58
Figura 4.3 - Caractersticas da interao entre atividades em PFS 60
Figura 4.4 - Detalhamento PFS/MFG 60
Figura 4.5 - Integrao dos mdulos das estratgias do SPTCI 61
Figura 4.6 - Modelo em MFG do atuador 62
Figura 5.1 - Localizao do PAMB no Complexo Hospitalar das Clnicas 67
Figura 5.2 - Modelo estrutural da estratgia do sistema de bombas de gua contra incndio
do PAMB 80
Figura 5.3 - Modelo estrutural da estratgia de ativao de detectores de vazo de gua 81
Figura 5.4 - Modelo em PFS das estratgias do mdulo de controle de alarme do SPTCI 82
Figura 5.5 - Modelo em PFS do funcionamento do sistema de bombas contra incndio 83
Figura 5.6 - Modelo funcional em MFG da atividade stand by 84
Figura 5.7 - Modelo funcional em MFG da atividade ligar bomba jockey 84
Figura 5.8 - Modelo funcional em MFG da atividade desligar bomba jockey 85
Figura 5.9 - Modelo funcional em MFG da atividade ligar bomba principal 85
Figura 5.10 - Modelo funcional em MFG da atividade desligar bombas principal e jockey 86
Figura 5.11 - Modelo em MFG da estratgia de funcionamento do sistema de bombas de
gua contra incndio 88
Figura 5.12 - Modelo em PFS da estratgia de ativao de detector de vazo de gua 89
Figura 5.13 - Modelo em PFS da atividade alarme do detector de vazo do PAMB 90
Figura 5.14 - Modelo em MFG da atividade Ativar estratgia 91
Figura 5.15 - Modelo em MFG da atividade Alarme zona 1 91
Figura 5.16 - Modelo em MFG da atividade reset dos dispositivos 92 Figura 5.17 - Modelo funcional em MFG da estratgia de ativao de detector de vazo 94
Figura 5.18 - Modelo do Sistema de bombas contra incndio em Visual Object Net++ 99
Figura 5.19 - Modelo da estratgia de ativao de detector de vazo de gua da linha de
hidrantes e sprinklers em Visual Object Net++ 102
Figura A.1 - Modelo estrutural da estratgia de funcionamento do sistema de combate a
incndio por gs FM200 112
Figura A.2 - Modelo conceitual da estratgia de funcionamento do sistema de combate a
incndio por gs FM200 113
Figura A.3 - Modelo funcional da estratgia de funcionamento do sistema de combate a
incndio por gs FM200 114
Figura A.4 - Modelo estrutural da estratgia de ativao de estao manual de alarme 115
Figura A.5 - Modelo conceitual da estratgia de ativao da estao manual de alarme 115
Figura A.6 - Modelo funcional da estratgia de ativao de estao manual de alarme 116
Figura A.7 - Modelo estrutural da estratgia de ativao de detector de fumaa 117
Figura A.8 - Modelo conceitual da estratgia de ativao de detector de fumaa na escada 117
Figura A.9 - Modelo funcional da estratgia de ativao de sensor de fumaa na escada 118
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1 - Pavimentos funcionais do PAMB 68
Tabela 5.2 - Classificao das zonas de alarmes de incndios 70
Tabela 5.3 - Dispositivos utilizados na estratgia do sistema de bombas contra incndio 74
Tabela 5.4 -Dispositivos utilizados na estratgia de ativao de detector de vazo de gua 75
Tabela 5.5 - Dispositivos utilizados na estratgia de funcionamento do sistema de combate
a incndio por gs FM200 77
Tabela 5.6 - Dispositivos utilizados na estratgia de ativao estao manual de alarme 78
Tabela 5.7 - Dispositivos utilizados na estratgia de ativao de detector de fumaa na
escada 78
SUMRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
1 INTRODUO......................................................................................................................1
1.1. Motivao ............................................................................................................................1
1.2. Objetivo................................................................................................................................5
1.3. Organizao do texto ...........................................................................................................5
2. EDIFCIOS INTELIGENTES E O SISTEMA DE PROTEO CONTRA INCNDIOS..............................................................................................................................7
2.1 Edifcios Inteligentes ............................................................................................................7
2.1.1 Definio de Edifcio Inteligente .......................................................................................8
2.1.2 Sistemas Prediais e suas funes em um Edifcio Inteligente .........................................10
2.1.3 Integrao em Edifcios Inteligentes................................................................................12
2.2. Sistema de proteo contra incndio..................................................................................17
2.2.1 Dispositivos de entrada. ...................................................................................................21
2.3 Integrao do SPTCI em Edifcios Inteligentes..................................................................28
2.4 Modelagem e Anlise de SPTCI.........................................................................................29
3. APLICAO DE REDE DE PETRI................................................................................31
3.1. Fundamentos da Rede de Petri...........................................................................................33
3.1.1 Caractersticas e vantagens da rede de Petri ....................................................................34
3.1.2 Elementos da rede de Petri...............................................................................................35
3.1.3 Estrutura de uma rede de Petri .........................................................................................36
3.1.4 Marcao de uma rede de Petri........................................................................................37
3.1.5 Anlise da rede de Petri ...................................................................................................41
3.2 Classes de rede de Petri.......................................................................................................43
3.3 Metodologia PFS/MFG.................................................................................................47
3.4 Aplicao em SPTCI...........................................................................................................53
4. PROCEDIMENTO DE MODELAGEM E ANLISE DO SISTEMA DE PROTEO TCNICA CONTRA INCNDIO.................................................................54
4.1 Etapa 1: Coleta de informaes sobre o objetivo do edifcio e os sistemas prediais envolvidos .................................................................................................................................55
4.2 Etapa 2: Definio das estratgias a serem modeladas.......................................................56
4.3 Etapa 3: Modelagem estrutural das estratgias do sistema.................................................57
4.4 Etapa 4: Modelagem conceitual e funcional do sistema.....................................................59
4.5 Etapa 5: Anlise dos modelos .............................................................................................63
5. EXEMPLO DE APLICAO...........................................................................................66
5.1 Etapa 1: Coleta de informaes sobre o objetivo do edifcio e os sistemas prediais envolvidos .................................................................................................................................67
5.2 Etapa 2: Definio do sistema a ser modelado ...................................................................72
5.3 Etapa 3: Modelagem estrutural do SPTCI ..........................................................................79
5.4 Etapa 4: Modelagem conceitual e funcional do sistema.....................................................82
5.5 Etapa 5: Anlise dos modelos .............................................................................................97
6. CONCLUSES FINAIS E CONTINUIDADE DO TRABALHO ...............................104
7. REFERNCIAS................................................................................................................107
8. ANEXO A ..........................................................................................................................112
9. APNDICE I Trabalhos Publicados............................................................................119
A minha esposa Midori e a toda minha famlia. A meus sogros Paulo e Rosa, pelo apoio incondicional prestado durante estes anos.
AGRADECIMENTOS
A Deus.
A meu orientador Prof. Dr. Paulo Eigi Miyagi pela oportunidade, constante orientao e por
tudo o que aprendi com ele durante o desenvolvimento deste trabalho.
Aos meus colegas da sala MC-01 pelas sugestes, contribuies e amizade ao longo destes
anos.
Ao pessoal do HC-FMUSP, pela colaborao para a realizao desta pesquisa.
A Escola Politcnica da USP, ao Departamento de Engenharia Mecatrnica e de Sistemas
Mecnicos, que institucionalmente viabilizaram esta pesquisa.
A Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior CAPES pela concesso
da bolsa de mestrado e pelo apoio financeiro para a realizao desta pesquisa.
A todos meus amigos.
A todos aqueles que direta ou indiretamente contriburam para a realizao desta pesquisa.
RESUMO
Kaneshiro, P.I. Modelagem de sistemas de proteo tcnica contra incndio em edifcios inteligentes atravs de rede de Petri. 2006. 104f. Dissertao (Mestrado) Escola Politcnica, Universidade de So Paulo, So Paulo, 2006.
O sistema de proteo tcnica contra incndio (SPTCI) um dos principais sistemas que compem o edifcio inteligente (EI), pois a eficincia do seu funcionamento afeta diretamente a segurana das pessoas e o patrimnio do prdio. O SPTCI composto de diferentes dispositivos, estratgias de controle e atua segundo legislao especfica. Devido complexidade do SPTCI, torna-se fundamental uma modelagem adequada que permita verificar a dinmica do sistema e sua relao com outros sistemas prediais. Neste contexto, este trabalho prope um procedimento para a modelagem e anlise de estratgias de controle para o SPTCI, integrado com outros sistemas prediais dentro do contexto de EI. A abordagem considerada para este propsito baseia-se na teoria dos sistemas a eventos discretos, na aplicao de tcnicas derivadas da rede de Petri e em tcnicas de anlise atravs de simulao discreta. Com esta abordagem so desenvolvidos modelos do sistema de controle do SPTCI onde considerada a sua relao com outros sistemas prediais. Particularmente, explora-se as extenses da rede de Petri como as tcnicas Production Flow Schema e Mark Flow Graph. Um estudo de caso apresentado para ilustrar as principais caractersticas deste procedimento.
Palavras-chave Edifcio inteligente, rede de Petri, sistema de deteco e combate a incndios, sistemas a eventos discretos.
0
ABSTRACT Kaneshiro, P.I. Modeling of fire protection systems in intelligent building through Petri net. 2006. 104f. Masters thesis Escola Politcnica, Universidade de So Paulo, So Paulo, 2006.
From the point of view of property damage and personal security, the fire protection system (FPS) is one of the most important systems in an intelligent building (IB). The FPS is composed of several devices and control strategies. Furthermore, it must act in accordance with specific laws. As a consequence the design of FPSs is a complex task and it is very important to provide an adequate model that supports the verification of the FPS dynamics and its integration with others building systems, facilitating its test and validation. In this context, this work proposes a procedure to model in a systematic and rational way a FPS in the IB context. Considering the nature of the structure and processes of FPS the approach is based on the discrete event dynamic system theory and the application of the Petri net. Then, the models the FPS control system and the controlled plant must include its integration with other building systems. Particularly, it explores Petri net extensions such as Production Flow Schema and Mark Flow Graph techniques. Through an example it is illustrated the main aspects of the proposed procedure.
Keywords Intelligent building, Petri net, fire protection system, discrete event dynamic system.
1
1 INTRODUO
Este captulo apresenta a justificativa, as motivaes, e o objetivo para o desenvolvimento
deste trabalho, assim como a organizao do texto.
1.1. Motivao
A diversificao e evoluo dos servios oferecidos e disponibilizados num edifcio e
a necessidade de maior flexibilidade e versatilidade das instalaes, envolvem um novo
paradigma para a concepo de edifcios, passando a incorporar at mesmo fatores
comportamentais que promovem a produtividade nas tarefas que se realizam em seu interior
(FINLEY et al., 1991).
Estes edifcios devem, assim, ser projetados (sua concepo deve considerar novas
tcnicas de planejamento, construo, manuteno, gesto e atualizao) de forma que
possam absorver novas tecnologias para incrementar suas funcionalidades e adaptar-se aos
requerimentos que a futura sociedade exigir, procurando se manter um ambiente produtivo
ao longo de todo seu ciclo de vida, evitando a obsolescncia prematura (BASTIDAS, 2005).
De acordo com as consideraes anteriores, um edifcio inteligente (EI) emprega uma
abordagem mecatrnica para integrar uma ampla gama de servios e sistemas, tais como:
elevadores, energia eltrica, ar condicionado, iluminao e proteo contra incndio. A
finalidade desta integrao criar um ambiente que propicia uma maior eficincia,
produtividade e segurana aos usurios (FLAX, 1991; KRONER, 1997).
Um dos principais sistemas que compem o EI o sistema de proteo tcnica contra
incndio (SPTCI), pois a eficincia do seu funcionamento afeta diretamente a segurana das
pessoas e do patrimnio do prdio. Segundo entidades como a National Fire Protection
2
Association (NFPA, 1997), os principais objetivos da proteo contra incndio no projeto de
edifcios so: (a) garantir a segurana humana; (b) assegurar a proteo dos bens e (c) permitir
a continuidade das atividades.
O projeto do SPTCI deve, em geral, considerar um conjunto de regras e normas que
especificam os componentes bsicos e as caractersticas do sistema. Estas normas so
definidas por entidades reguladoras, como a Associao Brasileira de Normas Tcnicas no
Brasil (ABNT) e a NFPA nos Estados Unidos. No entanto, as normas atuais consideram
unicamente o caso de edifcios convencionais, onde o SPTCI funciona independentemente de
outros sistemas prediais.
Em funo dos aspectos inovadores das estratgias que envolvem a efetiva integrao
de sistemas, estas no so especificamente consideradas pelas normas usuais e regras
mencionadas anteriormente, o qual no significa que elas no permitam novas solues.
Estratgias de controle integradas tm sido estimuladas (NFPA, 1997), onde recomenda-se a
incorporao de caractersticas adicionais s usuais e se reconhece a importncia de
iniciativas de pesquisa neste campo.
Embora muitas abordagens e ferramentas j tenham sido propostas para modelar e
analisar o que aconteceria num edifcio no caso de incndio (OLENICK; CARPENTER,
2003), elas so usadas somente para anlise de SPTCIs convencionais e, em geral no
apresentam a necessria flexibilidade para considerar a incorporao de novas estratgias de
atuao destes sistemas. Assim, existe a expectativa de que as novas estratgias de controle
explorem de fato, o potencial da integrao dos sistemas prediais e com isto, o
desenvolvimento de novos mtodos e ferramentas para a avaliao destes sistemas de
grande importncia.
Considerando ainda a relevncia que tem o SPTCI nos edifcios em geral e, em
especial no mbito dos edifcios inteligentes, evidente que seu projeto e operao
3
necessitem de tcnicas de modelagem e anlise, que visem selecionar as melhores alternativas
de projeto e polticas de operao a fim de garantir a segurana das pessoas e do patrimnio
do prdio.
Desta maneira, dada complexidade do SPTCI, torna-se fundamental uma modelagem
adequada que permita verificar a dinmica do sistema e sua integrao com outros sistemas
prediais, alm de facilitar uma anlise funcional deste. Isto justifica o estudo de metodologias
para auxiliar e direcionar o desenvolvimento dos modelos.
Neste contexto, um modelo entendido como uma abstrao e representao
simplificada do sistema (ARATA, 2005). O modelo representa os componentes mais
importantes do sistema e a forma como eles interagem. Uma vez obtido o modelo do sistema,
pode-se empregar, por exemplo, a simulao para a anlise da dinmica do sistema ou para a
anlise de novas estratgias de controle (SEILA, 1995).
Toda simulao utiliza um modelo para descrever o comportamento do sistema que
pode ou no existir. A idia chave que a simulao uma realizao alternativa que se
aproxima do sistema real e, em muitos casos, o propsito da simulao analisar e entender o
comportamento deste em funo de aes e decises alternativas (SEILA, 1995).
A modelagem de SPTCIs, envolve a organizao do conhecimento de como esses
sistemas funcionam. Isto , quais so as tarefas realizadas por seus componentes e como so
as relaes entre estas tarefas. Neste contexto, verifica-se que as partes que compem os
SPTCIs tm seus comportamentos dinmicos definidos atravs de mudanas de estados
discretos como conseqncia da ocorrncia de eventos instantneos e que caracterizam uma
classe de sistemas chamada de SEDs (sistemas a eventos discretos) (MIYAGI, 1996;
RAMADGE; WONHAM, 1989).
De fato, estudos sobre o comportamento da chama, da fumaa, das pessoas em
situaes de emergncia (VILLANI; KANESHIRO; MIYAGI, 2005), etc., indicam que
4
conceitos de sistemas hbridos e incertezas so tambm importantes na anlise de sistemas de
evacuao. O sistema hbrido definido como aquele sistema onde encontram-se
simultaneamente variveis de estado de natureza contnua e de natureza discreta (VILLANI,
2004). Entretanto, numa abordagem macroscpica e com o foco nas funes dos componentes
de um SPTCI, a viso deste como um SED adequada e suficiente j que o foco est em
valores e nveis especficos (discretos) das variveis (que podem at ser contnuas), isto , os
estados e aes do SPTCI so definidos em funo da comparao simples de grandezas (tipo:
igual a, maior que, menor que, etc).
De acordo com Silva (1985), a rede de Petri constitui uma das mais potentes
ferramentas grficas utilizadas para a modelagem, anlise e projeto de SEDs. Esta tcnica
permite a representao clara e condensada das funcionalidades e da evoluo dos processos,
facilitando a descrio da dinmica do sistema, assim como a implementao das estratgias
de controle. A rede de Petri prpria para a descrio de sistemas com processos
concorrentes, assncronos, distribudos e paralelos (CARDOSO; VALLETE, 1997;
PETERSON, 1981; REISIG, 1992).
Deste modo, tm sido propostas diversas tcnicas derivadas da rede de Petri, de
comprovada eficincia para a modelagem, anlise e controle de casos prticos de SEDs. Estas
tcnicas so usadas atravs de uma abordagem estrutural, onde o sistema modelado em
diferentes nveis de abstrao. Por exemplo, no caso de sistemas prediais tem sido utilizado
um modelo conceitual, obtido pelo uso da tcnica Production Flow Schema (PFS) (MIYAGI,
1996) e o refinamento deste para modelos funcionais atravs do uso do Mark Flow Graph
(MFG) (HASEGAWA et al. 1989) e suas extenses, onde so preservadas as estruturas das
atividades descritas no nvel superior de modelagem. Os modelos gerados podem ento ser
analisados e validados por simulao segundo os requerimentos das atividades e servios num
5
sistema de automao predial e verificados de acordo com as propriedades da rede de Petri
(MURATA, 1989).
1.2. Objetivo
O objetivo do presente trabalho o desenvolvimento de um procedimento para a
modelagem e anlise de estratgias de controle para o sistema de proteo tcnica contra
incndio (SPTCI), integrado com outros sistemas prediais dentro do contexto de edifcios
inteligentes. Busca-se assim fornecer uma ferramenta para a avaliao da influncia das
estratgias adotadas para este sistema sobre outros sistemas prediais.
A abordagem considerada para este propsito baseia-se na teoria dos sistemas a
eventos discretos, na aplicao de tcnicas derivadas da rede de Petri e em tcnicas de anlise
atravs de simulao discreta. Com esta abordagem so desenvolvidos modelos do sistema de
controle do SPTCI onde considerada a sua integrao com outros sistemas prediais.
1.3. Organizao do texto
A seguir, apresenta-se uma descrio do contedo dos captulos seguintes que
compem este texto:
O Captulo 2 apresenta algumas das definies propostas para o conceito de edifcio
inteligente, assim como os seus objetivos, funes e caractersticas, ressaltando o papel da
integrao entre seus diversos sistemas. So apresentados os conceitos relevantes dentro do
sistema de proteo contra incndios, que compreendem as partes que o compem, seu
funcionamento e controle. Tem-se tambm, uma descrio do papel do sistema de proteo
6
contra incndio no contexto dos edifcios inteligentes, abordando-se sua integrao com
outros sistemas prediais.
No Captulo 3 realizada uma breve recapitulao da rede de Petri, considerando suas
vantagens e caractersticas na modelagem dos SPTCI. Prossegue-se apresentando o PFS/MFG
no qual este trabalho desenvolvido.
No Captulo 4 apresentado o procedimento proposto para a modelagem e anlise do
sistema de proteo tcnica contra incndio no contexto dos edifcios inteligentes, atravs do
uso da abordagem hierrquica e estruturada do PFS/MFG.
No Captulo 5 apresenta-se um exemplo de aplicao: um prdio hospitalar (Prdio
dos Ambulatrios PAMB) do Hospital das Clinicas da Faculdade de Medicina da
Universidade de So Paulo (HC-FMUSP), no qual aplicado o procedimento desenvolvido,
considerando a interao com diferentes sistemas prediais.
No Captulo 6 apresentam-se as observaes finais e as principais concluses obtidas,
bem como sugestes para realizao de trabalhos futuros.
7
2. EDIFCIOS INTELIGENTES E O SISTEMA DE PROTEO
CONTRA INCNDIOS
Este captulo trata dos conceitos bsicos envolvidos no presente trabalho.
Inicialmente, apresenta-se os edifcios inteligentes, suas definies, suas caractersticas e a
integrao entre seus diferentes sistemas prediais. Em seguida, so abordados conceitos dos
sistemas de proteo contra incndios, suas caractersticas, funcionamento e integrao com
outros sistemas prediais.
2.1 Edifcios Inteligentes
Bastante difundida nos diversos ramos industriais, a automao alcanou as
edificaes corporativas. A cada dia, novos componentes que agregam tecnologias a ela
relacionadas so aplicados s instalaes prediais. A aplicao da automao predial tem
demonstrado que possvel proporcionar ou ampliar benefcios em fatores como:
gerenciamento tcnico, conforto, economia, preveno de acidentes e falhas de equipamentos
e segurana aos usurios (DIAS, 2004).
A evoluo da telecomunicao, tecnologia da informao e mecatrnica tem
viabilizado aplicaes que no princpio, causam impactos, mas logo esto presentes no
cotidiano e passam a ser condicionantes de conforto e da praticidade. Assim, novos produtos e
servios esto sendo disponibilizados nos escritrios e residncias. Observam-se mudanas
tanto na organizao e utilizao do espao fsico quanto no projeto das instalaes e nos
ambientes das edificaes (NEVES, 2002). Tais mudanas esto sendo concebidas e
projetadas na forma do que se tem chamado de edifcio inteligente (EI).
8
Castro (1994) sugere a definio segundo o Intelligent Buildings Institute (IBI) dos
Estados Unidos, de que o EI um edifcio que oferece um ambiente produtivo e econmico
atravs da otimizao de quatro elementos bsicos: estrutura (componentes estruturais do
edifcio, elementos de arquitetura, acabamentos de interiores e mveis), sistemas (controle de
ambiente, calefao, ventilao, ar-condicionado, iluminao, segurana e energia eltrica),
servios (comunicao de voz, processamento de dados, transmisso de imagens, limpeza) e
gerenciamento (ferramentas e recursos para controlar o edifcio) bem como das inter-relaes
entre eles.
Os motivos que tm impulsionado a expanso da automao nas edificaes tm sido
principalmente a procura de solues para economia de energia, juntamente com a
possibilidade de administrao eficaz do seu consumo alm da reduo significativa nos
custos dos equipamentos mecatrnicos (NEVES, 2002).
No final dos anos 70, os sistemas HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning)
foram os primeiros sistemas de edifcios a serem eletronicamente controlados. Os dispositivos
eletrnicos realizavam o controle destes sistemas, atravs de sensores e atuadores, permitindo
respostas e alteraes relativamente rpidas e mais precisas das condies climticas. Esta
tecnologia fomentou o incio do desenvolvimento da proposta de dotar os edifcios de
inteligncia, podendo assim responder prontamente s alteraes frente aos requisitos do
ambiente definidos pelos usurios (FLEX, 2006).
2.1.1 Definio de Edifcio Inteligente
Atualmente no existe uma definio precisa do que se pode denominar como edifcio
inteligente (EI). Este termo foi inicialmente usado nos anos 70 por motivos meramente
comerciais, anunciando alta qualidade e rpido retorno do investimento. Neste sentido, a
9
definio dos servios que estes deveriam prestar e o significado da chamada inteligncia do
edifcio tem sido impreciso e, sujeito ao critrio pessoal de proprietrios e usurios (WANG
et al., 2005).
Segundo Kroner (1997), o EI deve ter flexibilidade e modularidade para acomodar qualquer
modificao, fornecendo a base sobre a qual sero implementados outros desenvolvimentos
no futuro. Assim, o EI deve permitir aos proprietrios, ocupantes e administradores desfrutar
de novas tecnologias, introduzindo-as com um mnimo custo e sem considervel interrupo
nas atividades produtivas do ambiente de trabalho.
Marte (1995) afirma que atualmente no se concebe um edifcio que no possua
sistemas automatizados para seu gerenciamento, levando-se em conta que o desenvolvimento
das comunicaes e dos sistemas de automao predial praticamente obriga a utilizar recursos
tecnolgicos de ponta.
Desta forma, considera-se que o que caracteriza um edifcio automatizado o fato
deste ser dotado de um sistema de controle que procura otimizar certas funes inerentes sua
operao e administrao. algo como um edifcio com vida prpria, com crebro, sentidos e
msculos (NEVES, 2002). As caractersticas fundamentais que se deve encontrar num sistema
de controle predial inteligente so:
capacidade para integrar todos os sistemas prediais;
atuar em condies variadas, e aprender com elas;
ter memria suficiente e noo temporal;
ter interface amigvel com o usurio;
ser facilmente reprogramvel;
dispor de capacidade de auto correo.
10
Em todo caso, a principal virtude destas funes est na necessidade de uma nova
forma de concepo da gesto de sistemas, deixando a abordagem eletromecnica
convencional e adotando uma abordagem mecatrnica.
2.1.2 Sistemas Prediais e suas funes em um Edifcio Inteligente
Segundo Wang; Xie (2002) e Flax (1991), os principais sistemas que compem um EI
so:
sistema de proteo tcnica contra incndio (SPTCI);
sistema para gerenciamento e monitorao do consumo de energia;
sistema de iluminao;
sistema para controle de acesso;
sistema de segurana;
sistema de elevadores;
sistema de telecomunicaes;
sistema de automao de escritrios;
sistema para gerenciamento de informaes;
sistema de manuteno;
sistema de ventilao e ar condicionado (HVAC).
De acordo com o tipo de gerenciamento que executam, uma possvel forma de agrupar
os sistemas prediais (SARAMAGO, 2002):
Sistema para gesto da segurana fsica e patrimonial: inclui os sistemas que
preservam a segurana dos usurios do edifcio, assim como o seu patrimnio.
11
Aqui esto: o sistema de controle de acesso, o sistema de circuito fechado de
televiso e o sistema de proteo tcnica contra incndio.
Sistema para gesto de controle ambiental: dentro deste grupo consideram-se
os sistemas que mantm um ambiente com conforto trmico, lumnico,
acstico, visual, olfativo. Entre eles esto: o sistema ar condicionado e
ventilao, o sistema de fornecimento de gua e o sistema de iluminao.
Sistema para gesto de energia: abrange a distribuio e utilizao da energia
eltrica (controle de demanda e conservao de energia).
Sistema para gesto de comunicaes: esto includos dentro deste grupo os
sistemas que permitem o acesso s facilidades internas e externas de
telecomunicao.
Em geral, a classificao dos sistemas no rigorosa, pois estes podem servir a
vrias funes.
Alguns exemplos das novas capacidades previstas para um EI so (KRONER, 1997):
monitorao da segurana e acionamento do sistema de alarme de incndio,
tratando prioritariamente as localidades onde existem ocupantes, no caso de
emergncia;
deteco de presena humana e/ou caractersticas de ocupao em qualquer
parte do edifcio, visando o controle de iluminao, aquecimento, ventilao e
ar condicionado, baseando-se em respostas pr-programadas;
realizao de autodiagnstico dos componentes dos sistemas do edifcio;
ativao otimizada de elevadores, escadas rolantes e outros sistemas de apoio
movimentao de pessoas e outros itens materiais;
12
percepo da intensidade e ngulo da luz natural e radiao solar, da
temperatura e da umidade, para ajuste das propriedades do envoltrio do
edifcio para atingir os nveis de desempenho desejados de conforto;
reconhecimento de digitais ou outro meio de identificao biomtrica para o
controle de acesso ao edifcio;
deteco de odores e poluentes para o controle da ventilao;
distribuio da energia eltrica aos equipamentos de acordo com a demanda ou
de acordo com uma prioridade pr-definida e ativao automtica de baterias e
geradores de reserva;
ativao de bancos de gelo ou bancos de calor quando as tarifas de consumo de
energia so menores.
2.1.3 Integrao em Edifcios Inteligentes
Segundo Kirby (2000), o termo sistemas integrados, num sentido de tecnologia da
informao se refere usualmente a dois ou mais sistemas que trocam informaes num
formato digital. O resultado final desta integrao pode ser uma sada comum de informao,
de ambos ou todos os sistemas, num display (tela do computador, por exemplo).
De acordo com Arkin e Paciuk (1995), a chave para a operao efetiva de um EI a
integrao dos sistemas prediais entre si, e entre estes sistemas e a estrutura do edifcio. A
integrao dos sistemas, quando devidamente implementada, melhora a segurana e a
robustez do controle dos sistemas e, ao mesmo tempo, reduz os custos de operao. Tambm
amplamente assumido que a integrao dos sistemas uma parte vital do EI.
Em um edifcio convencional, o sistema de energia eltrica, de ar condicionado, de
iluminao, de preveno contra incndio, etc., operam independentemente e,
13
conseqentemente, o gerenciamento do edifcio desconsidera qualquer situao que se refere
satisfao de demandas conflitantes. Entretanto, com a introduo de uma concepo
integrada e abrangente que inter-relaciona os diversos sistemas, o edifcio pode e deve
responder a estas demandas em tempo real e com melhor custo efetivo (FLAX, 1991). Pode-
se ento definir um EI como a integrao de uma ampla gama de servios e sistemas, cuja
finalidade criar um ambiente que conduz a uma maior criatividade, produtividade e
segurana que nos edifcios convencionais (FLAX, 1991; KRONER, 1997; MIYAGI et al.,
2002; WANG et al., 2005).
De acordo com Arkin e Paciuk (1995), a integrao dos diversos sistemas no EI pode
ser implementada em uma estrutura onde um sistema de gerenciamento do edifcio (SGE)
responsvel por compartilhar informaes dos diversos sistemas prediais em tempo real de
modo a otimizar todos os controles envolvidos e atender aos requisitos de segurana e
conforto do usurio, de eficincia energtica, entre outros.
Na Figura 2.1 caracterizam-se os principais sistemas e servios oferecidos no EI.
14
Figura 2.1 - Sistemas e servios oferecidos nos edifcios inteligentes (ALVARES, 2002)
A integrao dos sistemas prediais pode, de fato, utilizar tecnologias centralizadas ou
distribudas (LIU; MAKAR, 2001). Os sistemas centralizados, como o nome sugere, so
Elevadores independentes para subsolos e andares
Heliponto Torres de resfriamento
Fachadas com tratamento trmico
Sistema de ar-condicionado com controle de demanda
Forro rebaixado acstico
Rede de sprinklers
Piso elevado
Sistema de pressurizao de escadarias
Vidros duplos
Catracas de controle de acesso
Elevadores inteligentes
Luminotcnica adequada (5000 lux no plano de trabalho)
Redes de fibra-ptica interna e externa
Link de internet dedicado (24 horas, sete dias por semana)
Cmeras de CFTV
Centrais telefnicas digitais
Sensores de presena
Softwares especializados em gerenciar os equipamentos do
edifcio
Centrais de fabricao de gelo - Termoacumulao
Gerador de energia
Hall com p-direto triplo Estacionamento
Sensores de deteco de fumaa e calor
Controladores de circuitos eltricos
Monitoramento de bombas e nveis de reservatrios
Tratamento acstico
15
aqueles que dispem de uma unidade central de controle onde todos os dispositivos so
conectados, tanto para recebimento dos sinais dos sensores e dispositivos de comando, quanto
para, aps o processamento das informaes, enviar sinais para os dispositivos de
monitorao e atuao.
Segundo Pereira (2006), os sistemas centralizados, devido sua simplicidade, em
geral so relativamente mais baratos, sendo indicados para automao de sistemas de pequeno
porte e tambm para aplicaes de tempo crtico, com entradas e sadas altamente acopladas e
sincronizadas com grande fluxo de dados (de tal forma a gerar um fluxo relativamente grande
de informaes entre os elementos do sistema).
Uma das vantagens deste tipo de configurao que a unidade de processamento e o
dispositivo de aquisio e tratamento dos sinais pode ser instalado em um ambiente separado
do processo. Isso indicado para ambientes considerados inadequados para equipamentos
eletrnicos, principalmente devido ao calor, umidade, poeira, poluio, vibrao e produtos
qumicos.
Uma das desvantagens deste tipo de configurao a necessidade de utilizao de grande
quantidade de cabos para os sinais de entradas e sadas at um nico local, muitos deles
blindados devido interferncia eletromagntica, pois conduzem sinais da ordem de milivolts,
sendo muito influenciados por eventuais rudos eletrnicos.
Segundo Liu e Makar (2001), os sistemas com tecnologias distribudas ou
descentralizadas, so constitudos de diversos dispositivos com processamento inteligente
prprio. Cada dispositivo com uma funo especfica dentro das inmeras necessidades do
sistema predial, sendo distribudos por toda a extenso do edifcio, interligados por uma rede
de comunicao, trocando informaes entre si e com sensores e atuadores que podem se
encontrar prximos ou integrados ao objeto de controle e/ou painel de monitorao e
comando. Os dispositivos esto conectados a um barramento de dados por onde feita a
16
comunicao digital atravs de um protocolo, enquanto que a inteligncia envolvida na
realizao do controle, ou seja, o processamento das informaes distribudo em vrios
locais do sistema atravs da utilizao de micro controladores que executam as estratgias de
controle. Os circuitos de condicionamento e o tratamento dos sinais coletados so feitos em
cada elemento da rede de comunicao chamados de ns (PEREIRA, 2006).
Segundo Franco (2006), uma das principais caractersticas que o dispositivo
inteligente envia o dado coletado j com o devido tratamento diretamente para os outros
dispositivos que utilizam a informao coletada. Isto evita que o dispositivo que recebe esta
grandeza tenha que convert-la antes de us-la, poupando sua capacidade de processamento
pra executar outras funes.
Existe, entretanto, uma dificuldade no mercado para integrar os diferentes sistemas
prediais, resultado da grande diversidade de tecnologias e protocolos de comunicao
existentes. Estes protocolos de comunicao incluem: BACnet, LonWorks, CAN, NEST,
EHSA e CAB (LIU; MAKAR, 2001).
Por exemplo, o BACnet prprio para uma estrutura hierrquica, no qual, o sistema
inteiro dividido num nmero de subsistemas, cada um com uma CPU independente. A
coordenao entre os subsistemas atravs de conexo fsica ou software. Este mtodo
simplifica a instalao e manuteno e minimiza os danos causados por uma eventual falha
numa CPU, que afeta unicamente um nvel local e no o sistema todo (BOLZANI, 2004).
Nos Estados Unidos, a National Electrical Manufacturers Association (NEMA) e a
National Fire Protection Association (NFPA), tem agregado o uso do BACnet como uma
forma para integrar o SPTCI com outros sistemas prediais. Assim, na Europa e nos Estados
Unidos j existem dispositivos contra incndios com a tecnologia BACnet (BUSHBY, 2001).
Mais recentemente, um outro protocolo de comunicao, o Lonworks, se prope a
implementar sistemas de controle de forma distribuda. Este protocolo possui a caracterstica
17
de distribuir a inteligncia de controle entre os elementos (ns) que formam a rede de
comunicao. Estes ns possuem a capacidade de se comunicarem uns com outros e
desempenhar suas tarefas individuais de modo integrado (LONMARK, 2006).
Segundo Pereira (2006), a proliferao de sistemas de controle distribudo uma
tendncia, mas aspectos como a multiplicidade de solues proprietrias, a complexidade dos
sistemas prediais, e a falta de um standard de comunicao, so fatores que tendem a
dificultar sua expanso.
2.2. Sistema de proteo contra incndio
O sistema de proteo contra incndio pode ser dividido em dois domnios: a proteo
contra incndio preventiva e a proteo contra incndio defensiva (vide Figura 2.2). A
proteo contra incndio preventiva engloba os aspectos estruturais, tecnolgicos e
organizacionais, j o combate ao fogo e o resgate so aspectos da proteo contra incndio
defensiva (SCHENEIDER, 2000 apud MEISSNER et al., 2003). De acordo com Marte
(1994), o sistema de proteo contra incndio preventivo um dos principais sistemas
prediais que compem um EI, pois a eficincia do seu funcionamento afeta diretamente a
segurana das pessoas e do patrimnio do prdio.
Segundo Castro (1994), mais de 90% dos incndios declarados apresentam uma primeira
fase de desenvolvimento relativamente lenta (vide Figura 2.3), durante a qual, pode-se
reconhecer o perigo. Esta primeira fase do incndio muito importante. Nela, com a deteco
precoce, as chances de controle so maiores. Na maioria dos casos, este reconhecimento
representa um ganho importante de tempo, entre o momento da deteco e a ao dos
bombeiros.
18
Figura 2.2 - Estrutura da proteo contra incndio
importante, por esta razo, um sistema de deteco precoce efetivamente capaz de
reagir nos primeiros momentos do problema, e que se disponha dos meios necessrios para a
atuao no sentido de eliminar o problema.
Proteo contra incndio preventiva
Proteo contra incndio defensiva
Proteo tcnica contra
incndio
Proteo estrutural
contra incndio
Organizao da proteo contra
incndio
Proteo pblica contra
incndio
Sistema de alarme contra incndio.
Sprinklers Extrao de
fumaa e calor Extintores Rede privada
de hidrantes Sinalizao de
emergncia
Bombeiros Rede pblica
de hidrantes
Comportamen-to do prdio e dos materiais de construo sob condies de fogo
Rotas de fuga Fornecimento
de gua para bombeiros
Regulamenta-es industriais
Regulamenta-es de proteo contra incndio
Instrues aos ocupantes
Proteo contra incndio
19
Figura 2.3 - Fases de um incndio (CASTRO, 1994)
Conforme a Figura 2.3, durante as duas primeiras fases, os materiais vo se aquecendo
em funo da quantidade de calor que recebem do fogo inicial de ignio. Em seguida,
atingem sua temperatura de combusto produzindo muita fumaa (fase III).
A fase IV a mais critica no sentido de que ela a grande causadora de perda de vidas
humanas e do patrimnio. Dificilmente se consegue combater um incndio nesta fase. A
energia trmica liberada de tal magnitude que os recursos conhecidos so em geral,
insuficientes para o controle das chamas.
Nesse contexto, o sistema de proteo tcnica contra incndio (SPTCI) o conjunto de
meios tcnicos destinados a alertar da forma mais antecipada possvel, a existncia de um
...fumaa
...calor
...chamas
Um copo de gua pode ser
suficiente
J necessrio
um balde de gua
E agora um extintor
O fogo transforma-se rapidamente
num grande incndio
Fase I Fase II Fase III Fase IV
...combusto invisvel
20
princpio de incndio e combat-lo (NFPA, 1997). Estes sistemas esto constitudos pelos
seguintes elementos: circuitos dos dispositivos de entrada (comandos manuais e detectores de
incndios), mdulo de controle de alarme, circuitos dos dispositivos de sada (dispositivos de
notificao de alarme e dispositivos de atuao) e a fonte de energia. A Figura 2.4 mostra a
estrutura geral do SPTCI.
Figura 2.4 - Estrutura Geral do SPTCI
Este sistema deve possuir caractersticas especiais, sobretudo em relao capacidade
de funcionamento autnomo; em caso de falta de energia o sistema deve ser mantido por
baterias de emergncia. O SPTCI deve estar apto a executar aes como:
alertar o operador do sistema sobre qualquer irregularidade no edifcio;
gerenciar o alarme de incndio orientando usurios sobre rotas de fugas em funo do
local da ocorrncia;
supervisionar os nveis das caixas de gua do edifcio;
proceder a desenergizao do setor danificado, impedindo curto-circuitos que possam
contribuir para o crescimento do incndio;
Dispositivos de atuao
Dispositivos de notificao
Outros sistemas prediais
Fonte de energia
rea protegida
Mdulo de controle de
alarme
Comandos manuais
Detectores de incndios
Circuitos dos Dispositivos de entrada
Circuitos dos Dispositivos de sada
21
posicionar os elevadores no andar trreo, ou em qualquer outro andar de modo que o
usurio acesse a rota de fuga, posicionando-o posteriormente no andar imediatamente
abaixo ao atingido, evitando o aumento do incndio pelo poo do elevador;
acionar o sistema de insuflamento de ar nas escadas de emergncia, impedindo que
estas sejam invadidas pela fumaa;
informar a ocorrncia aos setores responsveis pelo combate ao incndio, atravs de
telefone ou rdio;
pressurizar a linha de gua de hidrantes e sprinklers (chuveiros automticos instalados
no teto do pavimento).
A seguir so apresentados os elementos que compem a estrutura geral do SPTCI
segundo a Figura 2.4.
2.2.1 Dispositivos de entrada.
So dispositivos destinados a operar quando influenciados pelos fenmenos fsicos e
qumicos que precedem ou acompanham um principio de incndio. O objetivo do seu uso
ganhar tempo por meio de um sinal de alerta, antecipando a propagao do incndio. Esto
divididos em: detectores de incndios e comandos manuais.
Segundo Spsito (1992), o posicionamento e a quantidade de pontos de comandos
manuais e detectores so determinados segundo um projeto especfico. No caso dos
detectores, estes so diferenciados segundo a sua aplicao.
22
a) Detectores de incndios
Os detectores de incndio so os dispositivos de entrada, (isto , do circuito de
indicao de alarme) que alm do elemento sensor (transdutor) possuem recursos para
registrar, comparar e medir a presena e as variaes dos fenmenos do fogo fumaa, calor,
chamas - e que transmitem em seguida estas informaes, em forma de sinais, ao mdulo de
controle de alarme que os interpretam (NFPA, 1997).
Os detectores de incndio devem assim enviar os sinais devidos quando se manifestam
condies de desencadear o alarme. A fase do incndio (vide Figura 2.3) que determina o
modo de emisso de sinais do detector depende de sua caracterstica construtiva. Neste caso, a
escolha deve ser conduzida pelo projetista de forma a especificar o detector mais adequado
para o ambiente onde vai ser instalado, bem como o tipo potencial da combusto que ali possa
ocorrer, de modo a combinar os detectores para atingir um melhor equilbrio entre a rapidez
de deteco do problema com um menor nmero de falsos alarmes. Os detectores podem ser
divididos de acordo com o fenmeno que detectam em:
Detectores de fumaa: este tipo de detector possui em geral, o grau de sensibilidade
suficiente para detectar produtos resultantes da combusto e/ou pirlise suspenso na
atmosfera. Assim, este detector pode ser utilizado para identificar a fase I (Figura 2.3) de um
incndio.
Detectores pticos: este tipo de detector eficaz na fase II (Figura 2.3) de um incndio, mas
sua eficincia pode ser comprometida pela presena de fumaa muito espessa (fumaa preta)
que pode cegar o fototransmissor. So, entretanto, recomendveis para locais com presena
de corrente de ar e de materiais que produzam fumaa branca.
23
Detectores trmicos: neste tipo de detector, a grandeza a ser medida a temperatura
ambiental, que tende a aumentar significativamente em caso de incndio. So complementares
aos detectores pticos e, por isto, adaptam-se a centrais trmicas, estacionamentos
subterrneos e cozinhas.
Detectores de chama: os detectores de chama intervm na fase IV (Figura 2.3) do incndio,
durante a qual existe o desenvolvimento da chama visvel. So recomendveis para incndios
em que o tipo de combustvel de tal natureza que a combusto ocorra imediatamente, isto
a evoluo das fases I, II, III ocorre muito rapidamente.
Alm disso, a cada dia consolida-se a oferta de novos dispositivos de deteco
compostos por elementos microprocessados. Estes detectores inteligentes melhoram os
aspectos de confiabilidade e manipulam um nmero maior de parmetros que os detectores
convencionais. Suas principais caractersticas so:
utilizam tcnicas de transmisso de sinais para a comunicao bidirecional de dados e
comandos entre o mdulo de controle de alarme e o detector;
podem ser verificados periodicamente em um intervalo de tempo que no ultrapassa o
limite de saturao de dados da rede de comunicao, isto , em geral 1,8 segundos;
compensam eventuais rudos.
Nestes detectores, em geral, o sinal analgico de corrente eltrica emitida pelo
elemento sensor varia em funo da fumaa, calor ou outro parmetro ambiental. Se a medida
deste valor supera os parmetros prefixados, diferentes sinais so avaliados para garantir uma
resposta correta capaz de discriminar entre um sinal de alarme efetivo ou um falso.
24
Segundo Liu e Makar (2001), os sensores com novas tecnologias tero um papel ainda
mais importante na nova gerao dos EIs. Esta nova gerao de sensores adicionaria a
capacidade de aprender sobre o entorno do prdio e as necessidades de seus ocupantes,
podendo mudar o comportamento do sistema de controle segundo estas necessidades. A
informao proporcionada por estes sensores incluiria alteraes no entorno do prdio, como
fumaa, temperatura e umidade, qualidade do ar, movimento do ar e o nmero de ocupantes
no prdio.
b) Comandos manuais
Os comandos manuais so dispositivos destinados a transmitir a informao de um
principio de incndio quando acionados pelo elemento humano, so utilizados em locais
estratgicos do ambiente. Estes tambm podem ter algum grau de inteligncia e podem se
estar conectados numa rede de comunicao junto com os detectores.
Todos os detectores e comandos manuais so interligados ao mdulo de controle de
alarme. Em geral esta conexo em anel, de modo que, em caso de problemas com uma
ligao, o sinal tenha um caminho alternativo para a transmisso de informao.
2.2.2 Mdulo de controle de alarme
O mdulo de controle de alarme o crebro do SPTCI. Este envolve o fornecimento
de energia para o funcionamento do SPTCI e as funes de proteo dos seus circuitos
eltricos. O mdulo de controle de alarme um equipamento que possui dispositivos lgicos
destinados a processar os sinais provenientes dos detectores de incndio e comandos manuais,
25
converter estes em indicaes adequadas (sinais de monitorao), acionar os demais
componentes do sistema de combate a incndios e interagir com os outros sistemas prediais.
O mdulo de controle de alarme confronta os dados recebidos com os dados que esto
na sua memria, verificando se esto corretos e comparando-os com os parmetros
estabelecidos para alarme de incndio; quando necessrio, uma posterior leitura realizada
para verificar o desenvolvimento progressivo de eventos. Um alarme de incndio
reconhecido quando se verifica, por exemplo, uma das seguintes situaes:
- as leituras dos dados dos detectores indicam duas ou mais superaes dos nveis
prefixados;
- as leituras dos dados indicam uma derivada de aumento de fumaa/calor acima de um
valor prefixado, e que permanecem em pelo menos cinco leituras sucessivas, e
- as leituras dos dados indicam um incremento mesmo que reduzido mas que supera os
valores prefixados em mais de vinte leituras sucessivas.
A combinao de uma ou mais destas condies representa uma vasta gama de
possveis condies de incndio. Dependendo do projeto do mdulo de controle de alarme, a
funo de monitorao pode prover:
- notificao a todos os ocupantes simultaneamente;
- notificao aos ocupantes em alguns locais da edificao em eminente perigo;
- notificao brigada de incndio do edifcio;
- notificao aos bombeiros;
- ativao de sistemas de controle de segurana suplementares de acordo com cada tipo
de emergncia.
O mdulo de controle de alarme deve tambm constantemente verificar a integridade
da sua fonte primaria de energia (principal), a sua fonte secundria de energia reserva, a rede
26
de conexes, os dispositivos de deteco e comandos manuais e os dispositivos de atuao e
monitorao do sistema. O mdulo de controle de alarme deve identificar os seguintes tipos
de falhas:
- perda de potncia na fonte de energia primria;
- perda de potncia na fonte de energia secundria;
- abertura ou rompimento de qualquer conexo eltrica do sistema;
- aterramento de uma conexo eltrica (que faz com que o sistema permanea inativo);
- curto circuito na conexo eltrica do sistema;
- perda de comunicao entre qualquer dispositivo de deteco ou estaes manuais;
- perda de comunicao entre qualquer dispositivo de atuao ou de monitorao do
sistema.
Observa-se que o requerimento de superviso da integridade das conexes e
comunicao para um sistema de incndio a maior diferena entre a instalao de um SPTCI
e outros sistemas de um edifcio.
2.2.3 Dispositivos de sada
Os dispositivos de sada podem ser divididos em (a) dispositivos de notificao e (b)
dispositivos de atuao.
a) Dispositivos de notificao de alarme
A finalidade destes dispositivos alertar os supervisores/operadores do edifcio e os
ocupantes de determinados setores ou de todo o edifcio da presena de um incndio em
27
estado incipiente. Alguns destes dispositivos so: indicadores sonoros, indicadores visuais,
painis repetidores e marcadores telefnicos.
b) Dispositivos de atuao
O SPTCI em geral, dispe de circuitos especficos para conectar dispositivos de
atuao, tais como solenides de vlvulas de fluxo de gua para extino de fogo, vlvulas de
recipientes de CO2, Halon, FM200 ou p qumico seco. Num EI, o SPTCI deve ter interfaces
associadas para atuar sobre portas de emergncia e portas corta fogos, assim como modificar
o processo normal de operao de equipamentos e/ou servios em caso de presena de
incndio.
2.2.4 Fonte de alimentao de energia
Segundo a norma NFPA 101, todo SPTCI requer duas (2) fontes de alimentao de
energia, uma primria ou principal usada para operar o sistema e outra secundria ou reserva
usada para operar o sistema em caso de falha da fonte primria. O mdulo de controle de
alarme deve ser capaz de ativar um sinal de avaria caso a fonte principal ou secundaria falhe.
A fonte de alimentao secundria geralmente so baterias. Estas devem ser capazes
de operar o sistema caso a fonte de alimentao principal falhe por perodos especficos de
tempo. Estas baterias devem permanecer apropriadamente carregadas sob operao normal
por um carregador ou fonte de energia confivel. Ao mesmo tempo, devem estar protegidas
por danos causados por uma sobrecarga ou por inverso de polaridade. Podero ser
armazenadas dentro do mdulo de controle de alarme sempre que estiver selada de maneira a
28
evitar a propagao de gases que possam causar danos a componentes eletrnicos ou
exploso.
2.3 Integrao do SPTCI em Edifcios Inteligentes
O SPTCI e os correspondentes sistemas de segurana so parte importante dos EIs.
Bilhes de dlares so gastos anualmente na instalao e manuteno dos SPTCIs nos
edifcios para assegurar a preveno e o combate a incndios (CHAPMAN, 1999). Os
sistemas automatizados desenvolvidos para os EIs oferecem a oportunidade de realizar esta
tarefa mais efetivamente, eficientemente e economicamente. A integrao dos sistemas
prediais reduz potencialmente os falsos alarmes, auxilia na evacuao dos ocupantes e no
combate ao incndio (LIU; MAKAR, 2001).
O objetivo da integrao dos diversos sistemas de um EI visa otimizao do
desempenho do edifcio como um todo. Neste contexto, a integrao do SPTCI com os outros
sistemas prediais envolve a identificao de eventos e situaes para que aes colaborativas
entre as partes sejam conduzidas.
Apresenta-se a seguir alguns exemplos dos sistemas prediais com os quais o SPTCI
pode ou deve inter-atuar:
interao com o sistema de elevadores: permitindo a operao em modo de emergncia
onde numa primeira etapa teria-se o traslado dos elevadores at o trreo e seu
desligamento. Na segunda etapa teria-se utilizao de elevadores por parte dos
bombeiros;
interao com o sistema de controle de acesso: permitindo a localizao das pessoas
dentro do prdio. O pessoal de resgate pode ter conhecimento prvio de onde procurar os
ocupantes que precisam ser evacuados e se reduzir o risco de entrar em reas perigosas
29
desnecessariamente. Alm disso, o sistema de controle de acesso deveria destravar as
portas do edifcio, possibilitando a evacuao dos seus ocupantes;
interao com o sistema de ar condicionado: em caso de incndio, uma vez acionado um
determinado detector de fumaa, o sistema de ar condicionado deveria evitar que a fumaa
seja levada a outras zonas;
interao com o circuito fechado de televiso: quando acionado um alarme pelo sistema
detector de incndios, poderia-se atravs deste circuito fechado de televiso visualizar se
existe realmente um incndio ou se um caso de falso alarme.
2.4 Modelagem e Anlise de SPTCI
Considerando a complexidade dos SPTCI, torna-se fundamental uma modelagem
adequada que permita verificar a dinmica do sistema e sua integrao com outros sistemas
prediais, alm de facilitar uma anlise funcional deste.
Para efetuar a modelagem de SPTCIs, deve-se o organizar o conhecimento de como
esses sistemas funcionam. Isto , quais so as tarefas realizadas por seus componentes e como
a relao entre estas tarefas. Neste contexto, verifica-se que as partes que compem os
SPTCIs tm seus comportamentos dinmicos definidos atravs de mudanas de estados
discretos como conseqncia da ocorrncia de eventos instantneos e que caracterizam uma
classe de sistemas chamada de SEDs (MIYAGI, 1996; RAMADGE; WONHAM, 199).
Assim, a caracterizao do SPTCI como um SED permite realizar a modelagem deste
sistema atravs da identificao de suas caractersticas e dinmica baseadas na evoluo dos
seus estados discretos dirigidos por eventos, atravs do uso de uma ferramenta de modelagem
adequada.
30
A ferramenta de modelagem, para estes sistemas deve, ento, considerar os seguintes
aspectos:
possibilitar a identificao de caractersticas de paralelismo e concorrncia de eventos e
atividades;
descrever o comportamento dinmico do sistema atravs da evoluo do seus estados;
representar a estrutura funcional do sistema atravs de uma abordagem modular e prpria
para refinamentos sucessivos, para que seu desenvolvimento e anlise possam ser feitos
em diversos nveis de abstrao;
possuir ou permitir o desenvolvimento de anlise por simulao;
ser de fcil compreenso por parte no s do projetista, mas dos operadores do SPTCI e de
outros sistemas prediais.
31
3. APLICAO DE REDE DE PETRI
Este captulo trata os conceitos bsicos de rede de Petri necessrios para a modelagem
e anlise dos SPTCI. apresentada a metodologia PFS/MFG (Production Flow Schema /
Mark Flow Graph) que uma interpretao de rede de Petri prpria para a construo
sistematizada dos modelos, anlise e especificao de sistemas a eventos discretos.
Modelos baseados em sistemas a eventos discretos so comumente utilizados para
descrever, analisar e controlar processos observados em diferentes ambientes onde a dinmica
do sistema governada pela ocorrncia de eventos que no so contnuos no tempo, isto , os
eventos so discretos (instantneos) (CASSANDRAS, 1993).
O SPTCI tambm possui como caracterstica um comportamento dinmico definido
atravs da mudana de estados discretos devido ocorrncia de eventos considerados
instantneos. Por exemplo, entre os eventos que podem ocorrer esto: sensibilizao de
detectores, acionamento e desligamento de sinalizadores de advertncia, abertura e
fechamento de dampers, ativao e desativao de comandos manuais, etc.
A classe de sistemas definida por este comportamento denominada de sistema a
eventos discretos (SED) (RAMADGE; WONHAM, 1989; MIYAGI, 1996) e para a qual tm
sido desenvolvidas vrias tcnicas para sua modelagem, anlise, controle e projeto. Por
exemplo, as redes de Petri, Cadeias de Markov, Teoria de Filas, lgebra Mini-max, Mquinas
de Estados, etc. que identificam as propriedades que os SEDs apresentam tais como:
reinicializao, sincronizao, concorrncia, etc. Entre estas tcnicas, uma de comprovada
eficincia para sistemas desta natureza a rede de Petri (REIZIG, 1992; MURATA, 1989,
PETERSON, 1981).
Algumas das principais caractersticas funcionais dos processos num SPTCI so
mostradas na Figura 3.1. No processo de sincronismo (vide Figura 3.1a) a atividade detectar
32
fogo ocorre somente aps as atividades detectar alta temperatura e detectar fumaa. No
processo de paralelismo (vide Figura 3.1b) depois que a atividade ligar alarme ocorre, os
procedimentos ligar insufladores e ligar bomba so realizados de modo paralelo. No
processo de concorrncia (vide Figura 3.1c) aps a ocorrncia da atividade ligar alarme,
pode-se executar a extino manual ou a extino automtica. Finalmente, no processo de
seqncia (vide Figura 3.1d), o processo ligar sprinklers ocorre somente depois que o
processo ligar bomba realizado.
Figura 3.1 - Caractersticas dos SEDs em rede de Petri
A rede de Petri permite ainda a modelagem da ocorrncia simultnea de mltiplos
eventos sem que isto envolva um incremento da complexidade do modelo; alm disso, ela tem
uma representao grfica para descrever a evoluo dos estados do sistema assim como para
identificar a dependncia entre suas partes.
A representao grfica e a formulao algbrica da rede de Petri tm induzido seu
uso em diferentes reas inclusive na automao predial (MIYAGI, 1996; GOMES, 1997;
MIYAGI et al, 2002). Em geral, utiliza-se a rede de Petri para a modelagem da estrutura do
d) Seqncia
a) Sincronismo b) Paralelismo
c) Concorrncia
Detectar fumaa
Detectar alta temperatura Detectar
fogoDetectar fumaa
Detectar alta temperatura Detectar
fogoLigar
alarm eLigar
bom ba
Ligar insufladoresLigar
alarm eLigar
bom ba
Ligar insufladores
ouLigar alarme Extino
automtica
Extino manual
ouLigar alarme Extino
automtica
Extino manual
Ligar bomba
Ligar sprinklers
Ligar bomba
Ligar sprinklers
33
sistema e de seu comportamento dinmico e, como uma forma de especificar as funes
envolvidas.
3.1. Fundamentos da Rede de Petri
O conceito de rede de Petri foi introduzido inicialmente por Carl Adam Petri, em sua
tese de doutorado em 1962 como uma tcnica de modelagem grfica e matemtica de relaes
entre condies e eventos no estudo de protocolos de comunicao entre componentes
assncronos (VASSILIS; ACHILLES; PANAYOTIS, 1997).
Embora ocorresse uma ampla divulgao acadmica ao longo de vrios anos, o seu
potencial s foi mais amplamente reconhecido na metade da dcada de oitenta, onde esta
teoria foi usada para implementaes prticas nas reas de informtica e manufatura devido
disponibilidade de compartilhamento de novos recursos computacionais (VALENCIA, 2004).
Entre as principais caractersticas desta ferramenta esto as facilidades de
interpretao grfica, identificao de estados e aes numa maneira clara e a possibilidade de
representao de sistemas dinmicos em diferentes nveis de detalhe (MURATA, 1989;
PETERSON 1981).
Segundo Zurawski e Zhou (1994), como uma ferramenta matemtica, um modelo em
rede de Petri pode ser descrito por um sistema de equaes lineares ou outros modelos
matemticos que refletem o comportamento do sistema, o qual possibilita a anlise formal do
mesmo. Esta caracterstica permite realizar a verificao formal das propriedades
comportamentais do sistema.
Segundo Arata (2005), a representao dos sistemas fsicos atravs da rede de Petri
permite a verificao das chamadas boas propriedades como: limitao, vivacidade e
reversibilidade, que em termos prticos correspondem respectivamente a existncia de um
34
nmero finito de estados vlidos, a no existncia de auto-travamento (deadlocks) e a
possibilidade do processo ser repetido infinitamente sem a sua degradao.
3.1.1 Caractersticas e vantagens da rede de Petri
Segundo Hasegawa (1996), a rede de Petri tem as seguintes vantagens e
caractersticas:
representa a dinmica e a estrutura do sistema segundo o nvel de detalhamento desejado;
identifica estados e aes de modo claro e explcito, facilitando com isto a monitorao do
sistema em tempo real;
tem a capacidade para representar de forma natural as caractersticas funcionais dos SEDs
(sincronizao, assincronismo, concorrncia, causalidade, conflito, compartilhamento de
recursos, etc.);
associa elementos de diferentes significados numa mesma representao, ou segundo o
propsito do modelo (avaliao de desempenho, implementao do controle, etc);
oferece um formalismo grfico que permite a documentao e monitorao do sistema,
facilitando assim o dilogo entre o projetista e as pessoas que participam no processo de
projeto ou de anlise do comportamento do sistema (projetista, operador, gerente, etc.);
constitui-se como uma teoria bem fundamentada para a verificao de propriedades
qualitativas;
possui uma semntica formal que permite que o mesmo modelo possa ser utilizado tanto
para a anlise de propriedades comportamentais (anlise qualitativa e/ou quantitativa) e
avaliao do desempenho, assim como para a construo de simuladores e controladores
(para implementar ou gerar cdigos para controle de sistemas). Alm de servir para
verificar comportamentos indesejveis como bloqueio, limitao, etc;
35
incorpora conceitos de modelagem do tipo refinamento (top down) e do tipo composio
modular (bottom up) atravs de tcnicas como: compartimentalizao, reutilizao,
decomposio, etc;
Moore e Brennan (1996) apresentam mais algumas caractersticas da rede de Petri:
podem-se considerar regras de tempo associadas s transies* para representar o tempo
requerido para completar uma atividade, neste caso, a transio temporizada s pode
disparar aps o trmino do tempo associado. A regra pode ser estocstica, baseada em
uma funo de probabilidade, um valor computado, ou uma constante;
regras de deciso podem ser associadas aos lugares para resolver casos onde mais de uma
transio est habilitada pela mesma marca ou conjunto de marcas;
podem-se considerar atributos nas marcas para especificar um conjunto de caractersticas
associadas a estas marcas. Os valores destes atributos podem ser mudados nas
transies;
podem-se considerar outros tipos de arcos, que proporcionam uma lgica adicional
transio: o arco habilitador que habilita a transio, caso o lugar a que se refere esteja
marcado, sem consumir a marca e o arco inibidor, que desabilita a transio caso o
lugar a que se refere esteja marcado.
3.1.2 Elementos da rede de Petri
A rede de Petri** um grafo bipartido (os arcos s podem interligar elementos de
* termos da rede de Petri esto em arial.
** As definies apresentadas aqui sobre rede de Petri se referem a uma classe especfica denominada
rede de Petri generalizada (REISIG, 1992)
36
natureza diferente) composto de lugares (representados por crculos), transies
(representado por barras), arcos orientados interligando os componentes anteriores e
marcas (utilizadas para definir o estado de uma rede de Petri). A execuo de uma rede de
Petri controlada pelo nmero de marcas e sua distribuio na rede. As marcas residem nos
lugares e determinam o disparo das transies da rede.
Uma transio dispara removendo as marcas dos seus lugares de entrada e criando
novas marcas em seus lugares de sada; a relao de elementos de entrada e/ou sada
definida pelo sentido dos arcos (PETERSON, 1981). As regras bsicas para a modelagem da
evoluo dos estados da rede de Petri so as seguintes:
uma transio s pode ser disparada se todos os seus lugares de entrada esto
marcados (possuem marca(s));
no disparo, a transio remove a(s) marca(s) de cada lugar de entrada e insere-as em
cada lugar de sada;
as marcas no tem identificao.
3.1.3 Estrutura de uma rede de Petri
Uma estrutura de rede de Petri pode ser definida formalmente como uma qudrupla (P, T, I,
O) onde:
P= {p1, p2, .... , pm } o conjunto de lugares da rede, onde m I o nmero total de
lugares da rede.
T= {t1, t2, .... , tn } o conjunto de transies, onde n I o nmero total de transies
da rede.
37
I: (P, T) a funo que define os arcos de entrada em relao s transies. Se I(pj, ti) =
k, existem k I arcos orientados do lugar pj, para a transio ti,.
O: (T, P) a funo que define os arcos de sada em relao s transies.
Na representao grfica a existncia de mltiplos arcos conectando lugares e
transies, pode ser realizada de forma compacta por um nico arco rotulado com seu peso
ou multiplicidade k (vide Figura 3.2)
a) b)
Figura 3.2 - a) Arcos mltiplos b) Representao compacta
3.1.4 Marcao de uma rede de Petri
Uma rede de Petri com marcas em seus lugares chamada de rede de Petri marcada
(P, T, I, O, M0), onde M0 um vetor que representa a marcao inicial. Graficamente estas
marcas so modeladas por pontos pretos no interior dos lugares. Uma distribuio particular
das marcas nos lugares da rede representa um estado do sistema.
Uma marcao geralmente descrita por:
M=(M(p1), M(p2), ..., M(pm)) onde, M(pi) o nmero de marcas do lugar pi (M(pi) I).
A evoluo da marcao (de acordo com regras de disparo de transies) representa o
comportamento dinmico do sistema.
p3
p2
t1
p1
2
3
p2
p3 t1
p1
38
O disparo de uma transio na rede de Petri corresponde a ocorrncia de um evento
que altera o estado do sistema, isto , altera a marcao atual (Mi) para uma nova marcao
(Mi+1). Uma transio ti T fica habilitada para disparar se e somente se cada lugar de
entrada pj (tal que I(pj,ti)>0) contm pelo menos um nmero de marcas igual ao peso do arco
(pj,ti), ou seja: M(pj)I((pj,ti) para qualquer lugar pj P.
O disparo de uma transio ti habilitada remove de cada lugar de entrada pj um
nmero de marcas igual ao peso do arco I(pj,ti) que conecta pj a ti. Depositando, tambm, em
cada lugar de sada pq um nmero de marcas igual ao peso do arco O(ti,pq) que conecta ti a
pq. A Figura 3.3 ilustra a alterao da marcao aps o disparo de uma transio.
Figura 3.3 a) Transio habilitada b) Marcao aps o disparo
A Figura 3.4 mostra um exemplo de rede de Petri com seus elementos bsicos e alguns
elementos adicionais*. Neste exemplo, o sistema est inicialmente na condio de espera,
representado por uma marca no lugar stand by. Quando o sistema recebe o sinal do
dispositivo de deteco de fumaa, o procedimento de pr-alarme iniciado. Este processo
de pr-alarme pode ser cancelado at 30 segundos depois de iniciado o procedimento. Depois
deste tempo, se o procedimento de pr-alarme no cancelado, o processo de alarme
iniciado, ativando os dispositivos de notificao.
p2
2
3 4
p3
p5 t1
p4
p1
p2
2
3 4
p2
p3 t1
p4
p1
* arcos habilitadores, inibidores e transies temporizadas (DAVID, ALLA, 1992).
39
Se o sistema cancelado durante o processo de pr-alarme, o sistema regressa
condio de stand by.
As Figuras 3.4, 3.5, 3.6 e 3.7 ilustram a aplicao da regra de disparo explicando a
seqncia dos estados da rede de Petri. Na Figura 3.4, a marca no lugar stand by junto com a
marca no lugar deteco de fumaa habilitam a transio iniciar pr-alarme. Com o disparo
desta transio, tem-se a alterao do estado da rede que indicado na Figura 3.5.
A condio pr-alarme habilita a transio temporizada aguardar 30 segundos e a
transio reiniciar sistema. Se durante o tempo atribudo transio temporizada, a
condio reset encontrar-se sem marca, o sistema altera ao estado de alarme (Figura 3.6),
caso contrrio, o sistema volta condio stand by.
Finalmente, quando a condio alarme est marcada (Figura 3.6), a transio
iniciar dispositivos de notificao habilitada e, quando disparada, resulta na nova condio
dispositivos de notificao ativados, indicado na Figura 3.7.
Figura 3.4 - Rede de Petri com seus elementos bsicos
ArcoMarca Lugar
Arco inibidor
Arco habilitador
Iniciar pr-alarme
Reiniciar sistema
Alarme Dispositivos de notificao ativados
Reset
Pr-alarme Stand by
Iniciar dispositivos de notificao
Deteco de fumaa
Aguardar 30 seg.
Transio temporizada
Transio
40
Figura 3.5 - Sistema em estado de pr-alarme
Figura 3.6 - Sistema em estado alarme
Figura 3.7 - Dispositivos de notificao ativados
Reiniciar sistema
Reiniciar sistema
Iniciar dispositivos de notificao
Iniciar pr-alarme
Alarme Dispositivos de notificao ativados
Reset
Aguardar 30 seg.
Pr-alarme Stand by
Iniciar dispositivos de notificao
Deteco de fumaa
Iniciar pr-alarme
Alarme Dispositivos de notificao ativados
Reset
Aguardar 30 seg.
Pr-alarme Stand by
Deteco de fumaa
Stand by
Reset
Iniciar dispositivos de notificao
Reiniciar sistema
Iniciar pr-alarme
Alarme Dispositivos de notificao ativados
Aguardar 30 seg.
Pr-alarme
Deteco de fumaa
41
3.1.5 Anlise da rede de Petri
Uma vantagem de aplicar a rede de Petri ao estudo de SEDs a sua formalizao
matemtica para a verificao das propriedades de um sistema modelado com esta tcnica
(CARDOSO; VALETTE, 1997). Uma vez que o modelo em rede de Petri construdo, este
pode ser usado em duas formas de avaliao:
Lgica: valida a lgica do modelo. Esta uma anlise esttica com base na descrio da
estrutura, dos dados e das regras que manipulam os dados e executam as tarefas. Assim,
verifica-se se a combinao de regras, dados e estrutura representam as entidades do
sistema, isto , se a composio das partes e as relaes entre elas so consistentes e
completas. Isto realizado pela execuo passo a passo do modelo (disparo individual das
transies controlado pelo projetista) para garantir que o modelo descreve
apropriadamente a estrutura do sistema. Pode-se dizer que se realiza, neste caso, um
debugging no modelo.
Comportamental: examina-se o comportamento dinmico do modelo, isto , sua
funcionalidade. A avaliao do comportamento compreende a resposta das seguintes
perguntas:
1. O modelo produz todas as sadas devidas para um dado estmulo?
2. A informao chega s funes corretas e na seqncia correta? Isto , as entradas so
processadas no modo requerido?
3. O comportamento do modelo pode ser comparado com os requerimentos dos usurios?
Para avaliar o comportamento, existem muitas tcnicas, tais como: a simulao e a anlise
do espao de estados.
42
A anlise das propriedades de um sistema modelado em rede de Petri realizada atravs de 4
mtodos (ZURAWSKI; ZHOU 1994) a seguir explicados:
A. Gerao da rvore de alcanabilidade
Este mtodo envolve a enumerao de todas as marcaes (estados de um sistema)
possveis ou alcanveis a partir da marcao inicial M0, a qual a raiz da rvore (estado
inicial). Cada n representa uma marcao alcanvel e cada ligao representa o disparo de
uma transio (ocorrncia de um evento) (MURATA, 1989).
Um grande nmero de propriedades procedurais podem ser estudadas utilizando este
mtodo, entretanto, por ser um mtodo exaustivo torna-se pouco efetivo para a anlise de
modelos com um nmero considervel de lugares e transies.
B. Anlise da equao de estado
Neste mtodo, o comportamento do sistema em estudo analisado atravs das
equaes algbricas da rede de Petri (ZURAWSKI; ZHOU, 1994). Nesta abordagem, a matriz
de incidncia, que indica as conexes entre lugares e transies utilizada para representar
a estrutura do sistema. A equao de estado representa uma alterao na distribuio das
marcas (estados) como resultado do disparo de uma transio (ocorrncia de um evento).
C. Simulao
Esta tcnica usada quando o sistema relativamente complexo e intratvel utilizando
mtodos analticos. Tambm efetiva no estgio final do projeto para propsitos de
43
validao. A maior parte da anlise por simulao realizada para estudos de desempenho.
Assim sendo, o comportamento do modelo em diferentes condies (cenrios) pode ser
examinado executando-os com entradas consistentes (CARDOSO; VALETTE, 1997).
No entanto, a simulao s pode assegurar resultados para os casos simulados. Assim,
para garantir uma generalizao necessrio considerar uma estratgia de simulao/teste que
evite a necessidade de simular todas as situaes, pois, isto pode resultar em problemas
relacionados com a capacidade de computao e com o registro dos resultados de modelos
complexos.
D. Tcnicas de reduo
Este mtodo consiste na reduo de um modelo complexo em um modelo mais
simples e tratvel, porm, sem perder as propriedades principais. A tcnica de transformar
modelos abstratos em modelos mais refinados (refinamentos sucessivos) de maneira
hierrquica um procedimento tambm utilizado para a sntese das redes de Petri
(CARDOSO; VALETTE, 1997). Evidentemente, neste caso, perdem-se os detalhes e a
preciso nos resultados da anlise.
3.2 Classes de rede de Petri
Existem diferentes tipos de rede de Petri encontradas na literatura sendo que estes
podem ser organizados em trs classes fundamentais:
rede de Petri bsica ou ordinria;
redues de rede de Petri ordinrias;
extenses das rede de Petri ordinrias.
44
a) Rede de Petri Ordinria
O modelo bsico de rede de Petri foi proposto por Carl Adam Petri em 1962 e
tambm chamado de rede de Petri ordinria. Consiste em um grafo bipartido onde os lugares
tm capacidade ilimitada de alojar marcas, as transies so conectadas aos lugares
atravs de arcos direcionados formando caminhos que compem a estrutura da rede, e uma
regra estabelece o comportamento dinmico das marcas que modelam os estados do sistema
(DAVID; ALLA, 1992). A partir desta classe de rede de Petri tm sido realizadas as
derivaes visando aumentar o poder de modelagem e a aplicao em casos prticos.
b) Redues de Rede de Petri ordinrias
As redues so descries simplificadas que procuram sintetizar a apresentao
grfica dos modelos. Entre estas esto:
Rede de Petri generalizada: corresponde a uma derivao da rede de Petri ordinria em
que h possibilidade de atribuir pesos aos arcos (SILVA, 1985). adequada para
representar um nvel mais alto de abstrao em que se considera o sistema dividido em
blocos funcionais e suas principais relaes.
Rede de Petri de capacidade finita (limitada): denominada tambm lugar/transio e
corresponde a uma derivao da rede de Petri generalizada onde se introduz capacidades
associadas aos lugares (valores inteiros positivos) para o nmero de marcas que eles
podem receber (DAVID; ALLA, 1992). Esta rede permite modelar entidades fsicas que
possuem capacidade limitada, como dispositivos de armazenamento temporrio, etc.
Rede de Petri colorida: adequada para condensar a descrio e anlise de sistemas
compostos por diversos subsistemas de estrutura e comportamento semelhantes, capazes
45
de trabalharem em paralelo (JENSEN, 1990). A rede de Petri colorida tenta manter uma
representao compacta em casos nos quais deve ser especificado o fluxo de diversos itens
na mesma seqncia de processos. Assim, estes itens (ou elementos) no so mais
representados por marcas de um mesmo tipo. Ao contrrio, cada elemento no modelo
deve ser representado por um tipo especfico de marca (marcas individualizadas por uma
varivel que as identifica). Da mesma forma, podem-se definir arcos com inscries
fixas, onde se estabelece uma correspondncia entre um tipo de marca e o tipo indicado
na inscrio do arco.
c) Extenses da Rede de Petri ordinrias
O nmero crescente de aplicaes da rede de Petri e as limitaes da rede de Petri
ordinria para modelar sistemas complexos motivou o desenvolvimento de uma srie de
extenses ao seu conceito, de acordo com as necessidades de cada tipo de aplicao.
As extenses da rede de Petri ordinria fazem referncia a modelos que incorporam
regras adicionais de funcionalidade para aumentar seu poder de modelagem. So consideradas
trs subclasses (DAVID, ALLA, 1992):
Modelos equivalentes a mquina de Touring: correspondem s redes de Petri com arcos
inibidores e s redes de Petri com prioridade.
Modelos para sistemas contnuos e hbridos: correspondem s redes de Petri contnuas e s
redes de Petri hbridas.
Modelos de sistemas que evoluem em funo da ocorrncia de eventos externos ou do
tempo: correspondem s redes de Petri sincronizadas, redes de Petri temporizadas e redes
de Petri estocsticas.
46
Uma outra forma de classificar a rede de Petri em funo de sua aplicao prtica.
Assim tem-se as interpretaes da rede de Petri.
Rede de Petri interpretada
Estas so estruturas especficas baseadas em rede de Petri ordinrias ou lugar/transio
que se destacam em virtude da sua aplicao prtica. Algumas destas redes so definidas para
a especificao de programas de controle de controladores lgicos e se constituem em
ferramentas efetivas para aplicaes em automao de sistemas e processos. A estas redes so
associados elementos que representam condies e aes existentes no sistema e podem
indicar o estado de atuadores, sensores, etc., permitindo assim, modelar a interao com o
ambiente externo (CARDOSO; VALETTE, 1997).
Por exemplo, na modelagem de sistemas complexos e com diferentes nveis de
abstrao se evidencia um ponto fraco em uma de suas principais caractersticas: a facilidade
de visualizao do sistema (ARAKAKI; SANTOS FILHO; MIYAGI, 1992; MIYAGI, 1996).
Visando sanar estas limitaes, foram propostas novas tcnicas derivadas da rede de Petri, isto
, tipos de rede de Petri interpretadas, tais como: GRAFCET (DAVID, ALLA, 1992), MFG
(HASEGAWA; MIYAGI; TAKAHASHI, 1989), E-MFG (SANTOS FILHO, 1993), SFC
(MIYAGI, 199