Modelagem de sistemas de proteção técnica contra incêndio em ...

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


Figura A.3 - Modelo funcional da estratgia de funcionamento do sistema de combate a


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


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


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


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 pr-alarme


Reset

Aguardar 30 seg.

Pr-alarme Stand by


Deteco de fumaa

Iniciar pr-alarme


Reset

Aguardar 30 seg.

Pr-alarme Stand by

Deteco de fumaa

Stand by

Reset


Reiniciar sistema

Iniciar pr-alarme


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

Modelagem de sistemas de proteção técnica contra incêndio em ...

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