Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Hans-Michael Hanisch

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Institut für Informatik

Lehrstuhl für Automatisierungstechnik

EnAS – Abschlußtreffen in Esslingen (20.06.08)

Thema: Verteiltes Steuerungssystems und Verifikation

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1. Vorteile der IEC 61499

2. Verteiltes Steuerungssystem

2. Konfigurationen

3. Simulation im geschlossenen Kreis

4. Verifikation im geschlossenen Kreis

Gliederung

Ausführungsmodell basierend auf IEC 61499

Wiederverwendbarkeit & Portierbarkeit

• Verwendung von IEC 61499-2 konformen Entwicklungsumgebungen• FBDK (www.holobloc.com)• FBench (sourceforge.net/projects/oooneida-fbench/)

– Erstellung der IEC 61499 Funktionsblöcken mit getrenntem Event- und Datenfluss in Form von Java Klassen

– Programmierung der Algorithmen in FBS, KOP, ST, Java– Verknüpfung der Algorithmen über Execution Control Chart (ECC)

• 4DIAC (www.fordiac.org)– Erstellung der IEC 61499 Funktionsblöcken mit getrenntem Event- und Datenfluss in Form

von C++ und oder Java Klassen– Programmierung der Algorithmen in ST, Java, C++

• Corfu ESS / Archimedes (seg.ee.upatras.gr/corfu)– Erstellung der IEC 61499 Funktionsblöcken mit getrenntem Event- und Datenfluss und

Konvertierung in spez. Ausführungsumgebungen– UML basierter Entwurf und Simulation des Eventflusses möglich– Archimedes Real-Time Ausführungsumgebungen für verschiedene Systeme (Java, Linux,

aJile)• ISaGRAF (www.icstriplex.com)

EnAS-Demonstrator

Greifer

Umsetzung des Greifers - Taskcontroller

• Interface des Taskcontrollers– REQ Sensoränderung– CNF Änderung der Ausgänge– Close, Hold, Deposite Initialisierung

verschiedener Tasks– Stop Stop des Taskcontroller in

einem sicheren Zustand

• ExecutionControlChart– Wait Taskcontroller beendet Task und bereit für weiteren– Ablaufgraphen der verschiedenen Tasks

Umsetzung des Greifers - Mastercontroller

• Interface des Mastercontrollers– Gripper & GripperO Abstimmung der

einzelnen MasterController zum Zugriff auf die Pallete

– finish Task beendet– Close, Hold, Deposite Initialisierung

verschiedener Tasks– Stop Stop des Taskcontrollers und

Weiterleitung über StopO

• ExecutionControlChart– Start Ausgangszustand des Mastercontrollers– Getactions auslesen der nächsten Aktion– Interaktion mit Taskcontroller

Umsetzung des Greifers – Distributed Controller

Umsetzung der Steuerung• Für jede mechatronische Komponente einen Controller

Aktivitätsdiagramm für den Ablauf mit 2 Paletten

Steuerungsadapter

• Zur Steuerung des EnAS-Demonstrators mittels unterschiedlicher Hardwareplattformen als auch der Modelle– W2-FBC– Netmaster I (drahtgebunden, funkbasiert)– Netmaster II (drahtgebunden, funkbasiert)

• Zur ausschließlichen Steuerung der Modelle– Simulation im geschlossenen Kreis

Simulation im geschlossenen Kreis

• Programmierung einer Anlagenvisualisierung– 2 sich bewegende Bilder für den Sauger und den

Hauptzylinder– Konvertierung der Bewegung von 0 bis 100 in Pixelwerte– Bild des Saugers mit X&Y – Bewegung– Bild des Hauptzylinders nutzt X Bewegung des Saugers als

Offset

• Kommunikation zwischen Modell und Anlagenvisualisierung sowie zwischen Steuerung und Modell

• Erstellung eines kausalen Anlagenmodels mit normierten Bewegungen von 0 bis 100%– Modellierung des Greifers aus 2 Zylindern mit

entsprechenden Endlagensensoren

Verifikation im geschlossenen Kreis

• Erstellung eines kausalen Anlagenmodells mittels NCES– Erweiterung um Dynamik möglich mittels TNCES

• Automatische Überführung der Steuerungsfunktionsbausteine in NCES– Graphical representation– Interface (Event In- and Outputs, Data In- and

Outputs, Internal variables)– Execution Control Chart– Algorithms– Function Blocks Hierarchy– Function Block Network– Application Model

Graphische Darstellung von Funktionsblöcken

Übersetzung ECC, Algorithmen und Interface

NCES Model des Greifers im geschlossenen Kreis

Ereichbarkeitsgraph

• automatische bzw. visuelle Überprüfung des Erreichbarkeitsgraphen auf die gewünschten Eigenschaften

•1629 verschiedene Zustände

• visuell durch farbige abgesetzte Kennzeichnung der Zustandsübergänge innerhalb des kausalen Anlagenmodells

• automatisch durch CTL und eCTL Formeln

Modell des zusammengeschalteten Systems für den Greifer

Verbale Spezifikation des geforderten oder verbotenen Verhaltens (z.B. Wird das Werkstück entnommen, wenn

das Förderband steht?)

Temporal-logische Ausdrücke:EF(not Pwp & Pmove)

Verifikation mittelsModel Checker

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4. Zusammenfassung

• Erstellung eines dezentralen und rekonfigurierbaren Steuerungssystems- 1. Definition von Modellen der Anlage (Dynamik, Struktur, Schnittstellen)- 2. Entwicklung von Visualisierungs-Function Blocks- 3. Entwurf der Steuerungen und HMI- 4. Ausarbeitung zwei verschiedener Abläufe mit 2 bzw. 3 Palleten

• Die Modelle werden parallel zum realen Prozess ausgeführtEngineering and Simulation Station

• Einbettung und Inbetriebnahme der Funkkomponenten (2,4 GHz Gateway, monoenergetischer Greifer, monoenergetische Ventilinsel)- Entwicklung entsprechender Service Interface Function Blocks für den Zugriff auf die

Funkkomponenten- Testläufe des Demonstrators

• Verifikation der Taskcontroller im geschlossenen Kreis- Ausarbeitung und Implemtierung der Übersetzungsregeln von IEC 61499 zu NCES- Implementierung eines Modellcheckers im Experten System SWI-Prolog

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!