Escalonamento dinâmico para redes industriais

Abstract

A crescente concorrência nos meios industriais leva as indústrias a tentarem optimizar a sua produção quer em termos de redução de custos quer de qualidade de produtos. O investimento cada vez maior na automação industrial é consequência desse factor. Para atingir os elevados níveis de automação, os sistemas industriais tomaram-se cada vez mais complexos, o número de equipamento instalado aumentou consideravelmente. A medida que a indústria requer maior poder de processamento, maior robustez, flexibilidade e modularidade, os sistemas de automação industrial tomam-se cada vez mais abrangentes, usando equipamento inteligente espalhado por toda a fábrica e ligado por uma ou várias redes de comunicação. Em certos tipos de redes locais industriais, de que é exemplo o FIP - Factov Instrulnentation Protocol, o fluxo de informação periódica é controlado pelo estabelecimento de janelas temporais específicas nas quais devem ser transmitidas as variáveis dos processos. Essas janelas são definidas numa tabela de escalonamento offline com base nos períodos de amostragem das diferentes variáveis do processo. A construção da tabela, ou escalonamento, pode ser baseada em algoritmos conhecidos ou em regras particulares. No caso particular do FIP, a tabela de escalonamento é construída off-line e é carregada no árbitro de barramento e em todos os nodos que o podem substituir como árbitro em caso de falha daquele. Tal procedimento põe sérias restrições à alteração das características das variáveis ou à introdução de novas variáveis, sendo necessário parar todo o sistema para reconfiguração da tabela de escalonamento dos árbitros. Outro método de escalonamento poderá ser estudado com vista a melhorar o desempenho desse tipo de sistemas. Nesta dissertação faz-se um estudo comparativo de vários métodos do escalonamento aplicáveis às variáveis a transmitir num barramento, nomeadamente, escalonamento estático, dinâmico e, em particular, escalonamento por planos. Uma solução baseada em escalonamento por planos é aplicada num pequeno sistema construído para permitir a realização de testes experimentais. O sistema é implementado por forma a constituir um sistema distribuído de tempo real crítico. Neste tipo de sistemas, os resultados são validados não só pelo valor calculado mas também pelo instante em que estão a ser consumidos, isto é, resultados fora do prazo, apesar de inicialmente correctos, podem tomar-se errados por desactualização. Nestes sistemas distribuídos, os diversos nodos inteligentes (nodos com capacidade de processamento) estão espalhados por todo o ambiente industrial e comunicam entre si através do barramento a que estão ligados. Neste caso, não só o atraso de produção dos dados deve ser determinístico mas também deve ser limitado o atraso que sofrem nas comunicações entre nodos e mesmo no processo de recepção. O sistema de teste é constituído por três estações. Uma delas assume as funções de árbitro do barramento (BA). O árbitro é o responsável pela elaboração de planos que indicam qual a variável que deverá circular no barramento num dado instante. É também responsável por convidar a estação produtora dessa variável a enviá-la para o barramento. As outras duas estações produzem elou consomem as referidas variáveis. O protocolo de comunicação entre as estações é definido segundo o modelo Produtor(es) - Distribuidor - Consumidor(es).