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MODELOS DE GRAFCET Y APLICACIONES DISTRIBUIDAS EN LA NORMA IEC 61499. UN CASO DE ESTUDIO. Oscar Miguel-Escrig, Julio-Ariel Romero-P´ erez Departmento de Ingenier´ ıa de Sistemas y Dise˜ no. Universitat Jaume I Av. Vicent Sos Baynat s/n. CP 12071 Castell´ o de la Plana. Espa˜ na e-mail: {omiguel,romeroj}@uji.es Resumen En este trabajo se presenta un caso de estudio en el que se dise˜ na una aplicaci´on mediante distintos modelos en Grafcet los cuales van a ser implemen- tados seg´ un el est´andar para el dise˜ no de aplica- ciones distribuidas IEC 61499. Los dise˜ nos plan- teados tienen en cuenta distintos grados de mo- dularidad de los componentes y, en base a estos modelos, se plantean distintas implementaciones, viendo c´omo los modelos influyen en la distribu- ci´on de los algoritmos de control. Palabras clave: Grafcet, IEC 61499, DCS 1. INTRODUCCI ´ ON En la actualidad la mayor parte de los sistemas de automatizaci´ on industrial se programan seg´ un el est´ andar IEC 61131 [5], ampliamente usado en la programaci´ on de Aut´ omatas Programables Indus- triales (APIs). Sin embargo, en los ´ ultimos a˜ nos se ha estado desarrollando el est´ andar IEC 61499 [3, 10], m´ as orientado a la programaci´ on de siste- mas de control distribuidos y reconfigurables. Di- cho est´ andar permite el dise˜ no centralizado de una aplicaci´ on de control cuya ejecuci´ on puede ser dis- tribuida entre distintos dispositivos de control los cuales no necesariamente deben ser del mismo fa- bricante. Esto mejora de forma considerable la in- teroperabilidad del software de control. Otra de las diferencias respecto al IEC 61131 es que el nuevo est´ andar cuenta con mecanismos para la modifica- ci´ on de las aplicaciones sin necesidad de detener su ejecuci´ on, facilitando la reconfiguraci´ on de los sistemas de control. Las caracter´ ısticas antes mencionadas hacen que el IEC 61499 est´ e siendo actualmente el centro de atenci´ on de numerosos trabajos para su uso en diferentes problemas de automatizaci´ on y control industrial. Muestra del inter´ es que entre los fabri- cantes de los equipos de control est´ a suscitando el IEC 61499, es el hecho de que ya existen entornos de programaci´ on comerciales que lo soportan co- mo Isagraf de Rockwell Automation, nxtSTUDIO de nxtCONTROL y EcoStruxure Automation Ex- pert de Schneider Electric, que actualmente est´ a en desarrollo. Existen varios m´ etodos de modelado del compor- tamiento de sistemas de automatizaci´ on: redes de Petri interpretadas para control, diagramas de Grafcet, diagramas de estado UML, entre otros. Estos modelos permiten una descripci´ on formal de las especificaciones del comportamiento de los sis- temas, evitando de esta forma las ambig¨ uedades a las que puede inducir una descripci´ on textual (des- cripci´ on informal) del comportamiento. Una de las caracter´ ısticas fundamentales de estos modelos es su grado de abstracci´ on, lo cual permite modelar el comportamiento de los sistemas independiente- mente de la forma y la tecnolog´ ıa que se use en la implementaci´ on final de los controladores. Varios trabajos de investigaci´ on han abordado el desa- rrollo de metodolog´ ıas para la traducci´ on de los modelos a aplicaciones para Aut´ omatas Progra- mables, teniendo en cuenta los distintos lenguajes de programaci´ on recogidos en la IEC-61131 (SFC, LD, FBD, ST, IL), [1, 6, 7, 9]. El objetivo de dichas metodolog´ ıas es sistematizar y en ´ ultima instancia automatizar el proceso de generaci´ on de los pro- gramas a partir de los modelos, reduciendo as´ ı las posibles fuentes de errores a la vez que se agiliza el proceso de programaci´ on. Hasta el momento, muy pocos trabajos han abor- dado el desarrollo de metodolog´ ıas que permitan el desarrollo de aplicaciones de control en el est´ andar IEC 61499. En particular, las ingenieras e ingenie- ros de control carecen de herramientas que permi- tan implementar, de forma sistem´ atica, controla- dores para sistemas de eventos discretos a partir de las t´ ecnicas de modelado con las que est´ an fa- miliarizados y que utilizan para describir de una manera formal el comportamiento din´ amico de los sistemas automatizados. Uno de los avances m´ as recientes en este sentido ha sido presentados en [8] donde se propone una primera aproximaci´ on a la metodolog´ ıa para la implementaci´ on distribuida de modelos de Grafcet usando la IEC 61499. En este trabajo se presenta un caso de estudio basado en una aplicaci´ on distribuida sencilla. A partir de un enunciado sobre la funcionalidad a implementar, se proponen varios modelos en Graf- XLII Jornadas de Autom´ atica Ingenier´ ıa de Control 380 https://doi.org/10.17979/spudc.9788497498043.380

Modelos de Grafcet y aplicaciones distribuidas en la norma

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MODELOS DE GRAFCET Y APLICACIONESDISTRIBUIDAS EN LA NORMA IEC 61499.

UN CASO DE ESTUDIO.

Oscar Miguel-Escrig, Julio-Ariel Romero-PerezDepartmento de Ingenierıa de Sistemas y Diseno. Universitat Jaume IAv. Vicent Sos Baynat s/n. CP 12071 Castello de la Plana. Espana

e-mail: {omiguel,romeroj}@uji.es

Resumen

En este trabajo se presenta un caso de estudio enel que se disena una aplicacion mediante distintosmodelos en Grafcet los cuales van a ser implemen-tados segun el estandar para el diseno de aplica-ciones distribuidas IEC 61499. Los disenos plan-teados tienen en cuenta distintos grados de mo-dularidad de los componentes y, en base a estosmodelos, se plantean distintas implementaciones,viendo como los modelos influyen en la distribu-cion de los algoritmos de control.

Palabras clave: Grafcet, IEC 61499, DCS

1. INTRODUCCION

En la actualidad la mayor parte de los sistemas deautomatizacion industrial se programan segun elestandar IEC 61131 [5], ampliamente usado en laprogramacion de Automatas Programables Indus-triales (APIs). Sin embargo, en los ultimos anosse ha estado desarrollando el estandar IEC 61499[3, 10], mas orientado a la programacion de siste-mas de control distribuidos y reconfigurables. Di-cho estandar permite el diseno centralizado de unaaplicacion de control cuya ejecucion puede ser dis-tribuida entre distintos dispositivos de control loscuales no necesariamente deben ser del mismo fa-bricante. Esto mejora de forma considerable la in-teroperabilidad del software de control. Otra de lasdiferencias respecto al IEC 61131 es que el nuevoestandar cuenta con mecanismos para la modifica-cion de las aplicaciones sin necesidad de detenersu ejecucion, facilitando la reconfiguracion de lossistemas de control.

Las caracterısticas antes mencionadas hacen queel IEC 61499 este siendo actualmente el centro deatencion de numerosos trabajos para su uso endiferentes problemas de automatizacion y controlindustrial. Muestra del interes que entre los fabri-cantes de los equipos de control esta suscitando elIEC 61499, es el hecho de que ya existen entornosde programacion comerciales que lo soportan co-mo Isagraf de Rockwell Automation, nxtSTUDIOde nxtCONTROL y EcoStruxure Automation Ex-

pert de Schneider Electric, que actualmente estaen desarrollo.

Existen varios metodos de modelado del compor-tamiento de sistemas de automatizacion: redesde Petri interpretadas para control, diagramas deGrafcet, diagramas de estado UML, entre otros.Estos modelos permiten una descripcion formal delas especificaciones del comportamiento de los sis-temas, evitando de esta forma las ambiguedades alas que puede inducir una descripcion textual (des-cripcion informal) del comportamiento. Una de lascaracterısticas fundamentales de estos modelos essu grado de abstraccion, lo cual permite modelarel comportamiento de los sistemas independiente-mente de la forma y la tecnologıa que se use en laimplementacion final de los controladores. Variostrabajos de investigacion han abordado el desa-rrollo de metodologıas para la traduccion de losmodelos a aplicaciones para Automatas Progra-mables, teniendo en cuenta los distintos lenguajesde programacion recogidos en la IEC-61131 (SFC,LD, FBD, ST, IL), [1, 6, 7, 9]. El objetivo de dichasmetodologıas es sistematizar y en ultima instanciaautomatizar el proceso de generacion de los pro-gramas a partir de los modelos, reduciendo ası lasposibles fuentes de errores a la vez que se agilizael proceso de programacion.

Hasta el momento, muy pocos trabajos han abor-dado el desarrollo de metodologıas que permitan eldesarrollo de aplicaciones de control en el estandarIEC 61499. En particular, las ingenieras e ingenie-ros de control carecen de herramientas que permi-tan implementar, de forma sistematica, controla-dores para sistemas de eventos discretos a partirde las tecnicas de modelado con las que estan fa-miliarizados y que utilizan para describir de unamanera formal el comportamiento dinamico de lossistemas automatizados. Uno de los avances masrecientes en este sentido ha sido presentados en[8] donde se propone una primera aproximacion ala metodologıa para la implementacion distribuidade modelos de Grafcet usando la IEC 61499.

En este trabajo se presenta un caso de estudiobasado en una aplicacion distribuida sencilla. Apartir de un enunciado sobre la funcionalidad aimplementar, se proponen varios modelos en Graf-

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cet, el cual se define en el estandar IEC 60848 [4],que luego se implementan en la norma IEC 61499.Se analizara como el planteamiento de los modelosinfluye en modularidad y distribucion del softwarede control que se obtiene a partir de los mismos.

El artıculo se distribuye como sigue. En la Seccion2 se describe la plataforma experimental sobre laque se desarrollan las aplicaciones y se describe lafuncionalidad a implementar. En la Seccion 3 sepresentan los diferentes modelos en Grafcet sobrelos que se trabajara la implementacion. En la Sec-cion 4 se presentan las distintas implementacionesen la norma IEC 61499. Finalmente en la Seccion5 se discuten las conclusiones del trabajo.

2. PRESENTACION DEL CASODE ESTUDIO

Se trata de maquinas formadas por modulos dedesplazamiento lineal (MDL) que pueden ser en-samblados para obtener diferentes configuracio-nes, como por ejemplo las mostradas en la Figura1. Cada MDL consta de un motor electrico paramover un cabezal a lo largo del modulo y 5 detec-tores de posicion del cabezal. Ademas, cada MDLtiene su propio dispositivo de control, compuestode una tarjeta BeagleBone Black, a la que estanconectados los detectores y el motor. De esta for-ma, el control total de una configuracion dada seconsigue mediante el sistema de control distribui-do (DCS, por sus siglas en ingles) formado porlos controladores de cada uno de los modulos queestan interconectados mediante una red de comu-nicaciones. Con esta arquitectura, la reconfigura-cion mecanica conlleva implıcitamente una recon-figuracion del hardware de control y el cambio en-tre configuraciones solo requiere anadir o quitar dela red de comunicaciones los dispositivos de con-trol de los modulos correspondientes.

La configuracion concreta usada en este estudiose muestra en la Figura 2. Con esta disposicionse pretende simular el comportamiento de unamaquina que debe realizar una operacion dada (es-tampado, agujereado, etc.) en cuatro puntos dife-rentes de una pieza. Los puntos para las operacio-nes son fijos y estan situados en las posiciones delos detectores 1 y 5 de los MDL en los ejes X eY, siendo los puntos concretos (1,1), (5,1), (5,5) y(1,5). El actuador que realiza la operacion esta enel extremo inferior del MDL del eje Z. Una vez queel actuador esta sobre una de estas posiciones, di-cho modulo debe bajar hasta la posicion 3, dondeel actuador se activa automaticamente para reali-zar la operacion. Una vez realizada la operacion,la maquina puede pasar al siguiente punto hastacompletar las cuatro operaciones. Se considera elestado en que se acaba la ultima operacion como

Figura 1: Ejemplos de configuraciones de maqui-nas mediante el ensamblado de varios MDLs.

estado inicial de la maquina.

El software de control resultante que garantiza elcomportamiento antes descrito va a depender engran medida del modelo en base al cual se realizael mismo. En la siguiente seccion se plantean dosmodelos en diagramas de Grafcet que modelan elcomportamiento de la tarea descrita. A partir dedichos modelos se obtendran 4 implementacionesdel software de control que satisface dicho funcio-namiento. Las diferencias fundamentales entre las4 implementaciones estaran en la distribucion y enla modularidad de la aplicacion de control obteni-da en la norma IEC 61499.

Todas las implementaciones se realizaran en elprograma open-source 4DIAC [2], que permite de-sarrollar aplicaciones distribuidas en el estandarIEC 61499. Para todas las soluciones que se des-criben se va a mantener la configuracion de losdispositivos encargados del control, que estan co-nectados entre sı mediante una red Ethernet comose muestra en la Figura 3.

3. Modelos de Grafcet

Para el modelado del comportamiento descrito enla seccion anterior se han considerado dos alterna-tivas: la primera consiste en un Grafcet unico y laotra considera un modelo jerarquico formado porvarios Grafcets. Se ha considerado unicamente elcontrol secuencial de la maquina y se ha excluido

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Figura 2: Maqueta real del caso en estudio.

Figura 3: Conexiones entre los dispositivos que for-man el DCS donde se implementaran las aplicacio-nes de control.

el control de los diferentes modos de marcha, paroy emergencia para simplificar el estudio.

El modelado mediante un Grafcet unico se mues-tra en la Figura 4. Este Grafcet integra tanto lasecuencia logica del control como las acciones quecada MDL debe desarrollar. En este caso se con-sidera que el retroceso del MDL Z se realiza au-tomaticamente, por lo que esta fase no se incluiraen la aplicacion de automatizacion. Por otro lado,el modelo jerarquico esta formado por un Grafcetprincipal que define la logica de funcionamiento,mostrado en la Figura 5 y tres Grafcets que defi-nen el funcionamiento generico de cada MDL, unode los cuales se muestra en la Figura 6, donde PX

representa la posicion actual y TX posicion de des-tino. Para indicar cuando se ha llegado al destinose ha incluido una variable booleana “XDone” cu-ya activacion dispara las transiciones del Grafcetque define el funcionamiento secuencial. Grafcetssimilares modelan el comportamiento de los MDLsde los ejes Y y Z.

Una diferencia fundamental entre estos dos mode-los es que el modelo jerarquico el Grafcet que defi-ne la logica del funcionamiento se abstrae del fun-cionamiento concreto de los modulos. Dicho dia-grama solo fija las posiciones a las que se debe

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PX=1

PZ=3

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Figura 4: Modelado del sistema mediante Grafcetunico.

mover cada modulo en cada momento. Son los dia-gramas que modelan el comportamiento de cadamodulo los que definen la accion concreta (BCK oFWD) en funcion de la posicion actual y de des-tino. Cabe destacar que para el modelado jerarqui-co se podrıa haber usado otras tecnicas de inter-accion entre diagramas, pero se ha elegido la sin-cronizacion mediante transiciones por su sencillezpara adaptarse a la situacion concreta del caso enestudio.

4. Implementaciones del softwarede control en IEC 61499

A partir de los modelos presentados en la seccionanterior se desarrollaran varias implementacionesdel software de control en la norma IEC 61499.Como cada MDL tiene su propio dispositivo decontrol, la recogida de datos y las ordenes a losactuadores se dan en el propio dispositivo, pro-piciando cierto grado de distribucion del control,inherente a la estructura del DCS formado porlas tres tarjetas BeagleBone Black interconecta-das. En lo referente al control logico secuencial, elalgoritmo puede ser implementado de forma cen-tralizada en una de las tarjetas o distribuida entrevarias de ellas.

4.1. Implementacion 1: algoritmocentralizado y baja modularidad

En primer lugar, podemos considerar un disenodel control secuencial centralizado. Para ello, po-

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Figura 5: Modelado del sistema mediante jerar-quıa de Grafcets. Grafcet de control secuencial.

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CX.FWD1 CX.BCK

PX=TX

PX>TX PX<TX

XDone

PX=TX

Figura 6: Modelado del sistema mediante jerar-quıa de Grafcets. Grafcet que modela el funciona-miento del MDL del eje X.

demos usar directamente el modelo de Grafcet pre-sentado en la Figura 4, el cual se muestra nueva-mente en la Figura 7 resaltando las acciones queafectan a cada dispositivo con su respectivo colorde acuerdo con la Figura 3.

Este diagrama de Grafcet se ha implementado enla norma IEC 61499 mediante el Execution ControlChart (ECC) de un bloque de funciones basicosegun los patrones de traduccion de los elementosde Grafcet a IEC 61499 propuestos en [8], Figura8. El bloque de funciones resultante junto con laaplicacion que implementa el control se presentanen la Figura 9.

El bloque CentralizedCtrl que implementa elcontrol descrito en el Grafcet propuesto consta detres entradas de datos pertenecientes a las posicio-nes medidas en cada eje y de tres salidas corres-

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Figura 7: Modelo de Grafcet unico mostrado en laFigura 4 indicando la distribucion de las accionesen los MDLs.

pondientes a la accion de control para cada eje. Laaplicacion muestra la distribucion de los elemen-tos, que viene indicada por el color de los bloquesde funciones, que se corresponde con el color deldispositivo que lo ejecuta segun se representa en laFigura 3. De esta forma las subaplicaciones Read

y los bloques que implementan la salida booleanao de PWM de la tarjeta de control seran ejecuta-dos por la tarjeta sobre la que deben medir y ac-tuar. Los bloques mencionados se deben mapearen estos dispositivos ya que las entradas y salidasestan justamente en estos dispositivos. Sin embar-go, el bloque CentralizedCtrl podrıa ejecutarseen cualquiera de los tres dispositivos, en este casose ha asignado al dispositivo que controla el eje Z.

Esta implementacion centralizada de la aplica-cion conlleva que todos los datos de posicion seantransmitidos a la tarjeta del eje Z y que esta envıelas acciones de control oportunas al resto de tarje-tas. A su vez, si se desean realizar modificacionesen la aplicacion de control solo se debe modifi-car el bloque CentralizedCtrl que implementael modelo de Grafcet.

4.2. Implementacion 2: algoritmodistribuido y baja modularidad

En el apartado anterior, si bien existıa cierta dis-tribucion en distintos dispositivos en cuanto a larecepcion y envıo de datos, el algoritmo de con-trol se encontraban unicamente en un dispositivo,

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Figura 8: ECC que implementa el Grafcet de con-trol secuencial de la Figura 4.

el que controla el eje Z. Gracias a la flexibilidad enla distribucion del codigo que aporta el estandarIEC 61499, esto puede no ser ası, es decir, dis-tintos dispositivos pueden encargarse simultanea-mente de ejecutar una aplicacion de control.

En este caso mantendremos como base de referen-cia el modelo de Grafcet mostrado en la Figura 4.Manteniendo la misma estructura, en la Figura 10se presentan tres diagramas de Grafcet, cada unocoloreado acorde al dispositivo en el que se van aimplementar. Todos presentan las mismas etapasy transiciones pero cada uno de ellos solo incluyenlas acciones de control correspondientes al dispo-sitivo donde sera implementado. La funcionalidadde la aplicacion se mantiene ya que 4DIAC permi-te que los bloques que implementan estos modelosde Grafcet se puedan ejecutar simultaneamente.

Por lo tanto, una aproximacion sistematica parala distribucion del control consiste en esta divisionen varios diagramas de Grafcet para luego imple-mentar cada uno de ellos en bloques de funcionesindependientes.

Se han desarrollado tres bloques de funciones lla-mados Ctrl_X, Ctrl_Y y Ctrl_Z, cada uno conte-niendo sus respectivas acciones de control. Estosbloques se han introducido en la aplicacion que semuestra en la Figura 11 y se han mapeado cadauno en su respectivo dispositivo.

La aplicacion resultante implementa los algorit-

Figura 9: Implementacion en 4DIAC de la aplica-cion de control centralizada.

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Figura 10: Distribucion en tres Grafcets del Graf-cet original presentado en la Figura 7.

mos de control de forma distribuida, siendo estosejecutados en todos los dispositivos simultanea-mente. Sobre la transmision de datos, esta dis-tribucion implica que los valores de posicion delos ejes ahora tienen que ser transmitidos a todoslos dispositivos, a diferencia del caso anterior, enel que se transmitıan todos a un solo dispositivo.Sin embargo, las acciones de control resultantes seaplican directamente dentro del mismo dispositi-vo, no requiriendo ası transmision de las mismas.En el caso anterior, las acciones de control debıanser transmitidas a los dispositivos pertinentes.

Por otra parte, en el caso de modificarse la apli-cacion de control se deberıan modificar los tresbloques de funciones, a diferencia del caso ante-rior, en el que solo se modificarıa un bloque. Esto,

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Figura 11: Implementacion en 4DIAC de la apli-cacion de control distribuida.

desde el punto de vista de la flexibilidad y recon-figurabilidad del software de control, supone unclaro inconveniente.

4.3. Implementacion 3: algoritmocentralizado y modular

Las implementaciones 1 y 2 se realizaron a partirde un modelo de Grafcet unico que contiene tan-to el control logico secuencial como las accionesconcretas a desarrollar por cada eje. Este enfoquees practico para la aplicacion concreta ya que elfuncionamiento de cada MDL es sencillo, sin em-bargo, para otras maquinas o modulos las accionespueden ser mas complejas.

Para la implementacion 3 consideraremos el mo-delo jerarquico presentado en la seccion 3 en el quese separa el funcionamiento generico de un MDLdel control secuencial que coordina la operacionde la maquina. El Grafcet que describe el funcio-namiento de un MDL (Figura 6) se ha implemen-tado mediante un bloque de funciones basico y,junto con los bloques de funciones encargados deobtener la posicion del eje y actuar sobre el mismo(READ y PWM) se han encapsulado en una subaplica-cion. Esta subaplicacion, que tiene como entradala posicion de destino a la que debe ir el eje ycomo salida la variable booleana Done, puede serconsiderada como un driver del MDL.

Por otro lado, el Grafcet que describe el controlsecuencial (Figura 5) se implementara de formacentralizada en un unico dispositivo, aunque evi-dentemente, las acciones seran desarrollada por losdispositivos de control de cada modulo. Esto se hadestacado en la Figura 12 coloreando las accionesque afectan a cada uno de los dispositivos con sucolor respectivo.

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Figura 12: Modelo de Grafcet jerarquico (Figura5) indicando la distribucion de las acciones.

La aplicacion en 4DIAC que implementa este con-trol se presenta en la Figura 13, en la que cadasubaplicacion de los MDL se ha mapeado en surespectivo dispositivo. Sin embargo, como en elprimer caso, el bloque Ctrl_Log_Centr que im-plementa el modelo de Grafcet de la Figura 12puede ser mapeado en cualquier dispositivo, y eneste caso se ha asignado a la BeagleBone Blackque controla el MDL del eje Z.

Esta implementacion modular favorece el reempla-zo de los modulos ya que la aplicacion a desarrollarno cambia, con lo cual, si se aporta el driver co-rrespondiente al nuevo modulo los cambios en laaplicacion son mınimos.

Figura 13: Implementacion de la aplicacion modu-lar y con algoritmos centralizados.

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4.4. Implementacion 4: algoritmodistribuido y modular

La aplicacion del apartado anterior presenta el al-goritmo de control secuencial centralizado en unsolo dispositivo. Sin embargo, este puede ser distri-buidos entre los diferentes dispositivos encargadosdel control de los modulos. Para ello partimos deldiagrama de Grafcet propuesto en la Figura 12.Tal y como se ha visto en la Seccion 4.2, este dia-grama de Grafcet se puede dividir en tres diagra-mas con la misma estructura (etapa y transicio-nes), pero cada uno de ellos solo con las accionesque se deben desarrollar en cada dispositivo. En laFigura 14 se recogen los tres diagramas de Grafcetque permiten obtener una aplicacion distribuida.

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Figura 14: Distribucion en tres Grafcets del Graf-cet modular centralizado de la Figura 12.

Cada uno de estos diagramas de Grafcet se ha im-plementado en un bloque de funciones basico, lla-mados Ctrl_Log_X, Ctrl_Log_Y y Ctrl_Log_Z, yse han mapeado en su correspondiente dispositivocomo se muestra en la aplicacion de la Figura 15.

Respecto al control de cada uno de los MBL, semantienen las subaplicaciones que implementan elcontrol como se modela en la Figura 6.

En la aplicacion resultante los datos sobre el es-tado de los ejes, los booleanos “Done”, se trans-miten entre todos los dispositivos, sin embargo, laposicion de destino a transmitir a cada eje que-da dentro del propio dispositivo. Esto mismo su-cedıa en el segundo caso mostrado. Sin embargo,a diferencia de aquella implementacion, si en es-ta se desea modificar la aplicacion, por ejemplopara cambiar las posiciones de un eje en las quela maquina tiene que hacer las operaciones, solo

Figura 15: Implementacion de la aplicacion modu-lar distribuida.

es necesario modificar las posiciones de destino dedicho eje, quedando el resto de bloques intactos.

Ademas, como en el caso modular centralizado,cada modulo puede ser reemplazado o modificado,modificando sus respectivos drivers, sin tener quealterar los algoritmos de control presentados en laFigura 14.

5. CONCLUSION

En este trabajo se presentan diferentes imple-mentaciones del software de control en la normaIEC 61499 a partir de una descripcion funcionalen modelos de Grafcet. Se considera un caso de es-tudio que consiste en una maquina compuesta portres modulos de desplazamiento lineal controladoscada uno de ellos por tarjetas independientes.

Dos modelos de Grafcet han sido propuestos, unode ellos con una concepcion mas centralizada deldiseno de sistemas secuenciales y otro centrado enuna concepcion mas modular. Estos modelos hanservido de base para la implementacion de las apli-caciones en la norma IEC 61499, proponiendosedos implementaciones por cada modelo, y centran-do la atencion en la distribucion de los algoritmosde control que permite esta norma.

El estudio de las cuatro implementaciones permi-te hacer las siguientes observaciones. En cuanto ala distribucion de las funcionalidades de la maqui-

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na, en el caso del modelo mediante Grafcet unico,la funcion de los dispositivos de control de cadamodulo se limita a la lectura de sensores y activa-cion de salidas. Por otro lado, el modelo jerarquicopermite, ademas de las operaciones relacionadascon sensores y actuadores, definir en el dispositi-vo de control de cada modulo su comportamientogenerico, que consiste en moverse hacia las posi-ciones indicadas. En ambos modelos, el codigo quedefine el comportamiento secuencial del la maqui-na puede ser o no distribuido entre los dispositi-vos de control de cada modulo. Esta distribucionse consigue replicando la estructura del modelo deGrafcet en cada dispositivo, pero incluyendo uni-camente las acciones correspondientes a cada uno.

Podemos concluir que el modelo de Grafcet influyeen el software de control obtenido mediante la nor-ma IEC 61499. En particular, el caso presentado sebeneficia de las ventajas del diseno basado en com-ponentes a traves de la implementacion del mode-lo de Grafcet jerarquico, ya que los modulos dedesplazamiento lineal se pueden identificar clara-mente como componentes. Sin embargo, al tratar-se de una aplicacion donde los diferentes modulosdeben interactuar en multiples ocasiones duranteun ciclo de operacion, la distribucion de los algo-ritmos implica un intercambio de datos constanteentre los modulos de control. Estas caracterısticasde los sistemas y de las aplicaciones deben ser te-nidas en cuenta en el diseno e implementacion delos sistemas de automatizacion.

Agradecimientos

Este trabajo ha sido financiado por la UniversitatJaume I con nº de proyecto 18I411-UJI-B2018-39y por la CEICE con nº de beca ACIF/2018/244.

English summary

GRAFCET MODELS AND DIS-TRIBUTED APPLICATIONS INIEC 61499 STANDARD. A CASESTUDY.

Abstract

In this work a case study is presented in which the

behaviour of a modular machine is modeled with diffe-

rent Grafcet models and the control software is imple-

mented according to the standard IEC 61499 that en-

hances the design of distributed applications. The pro-

posed models take into account different degrees of mo-

dularity of the components and, based on these models,

different implementations are proposed, seeing how the

models influence the distribution of the control algo-

rithms.

Keywords: Grafcet, IEC 61499, DCS

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XLII Jornadas de Automatica Ingenierıa de Control

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