Μοντελοποίηση και έλεγχος βιομηχανικών συστημάτων

• Κύριος συγγραφέας: Δεληγιάννης, Βασίλειος
• Άλλοι συγγραφείς: Μάνεσης, Σταμάτης
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2009
• Θέματα: Μοντελοποίηση; Σταθμοί εποπτικού ελέγχου και συλλογής δεδομένων; Βιομηχανικά συστήματα; Γενικευμένα αυτόματα; Προγραμματιζόμενοι λογικοί ελεγκτές; Modelling; Industrial systems; Global automata; Programmable logic controllers; Supervisory control and data acquisition systems; 629.801 511 8

Κύριος στόχος της παρούσας διατριβής ήταν να συμβάλλει στην συστηματοποίηση του έργου του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού όταν αναλύει, μοντελοποιεί και σχεδιάζει τον έλεγχο ενός βιομηχανικού συστήματος. Για την μοντελοποίηση βιομηχανικών συστημάτων έχουν προταθεί διάφορες μέθοδοι, όπως τα δίκτυα Petri και όλες οι μορφές αυτομάτων ελέγχου. Τα αυτόματα αποτέλεσαν την βάση για την δημιουργία μιας νέας μεθόδου μοντελοποίησης στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Τα Γενικευμένα Αυτόματα (Global Automata), όπως ονομάστηκε η νέα μέθοδος, δανείζονται χαρακτηριστικά από τις διάφορες προϋπάρχουσες μορφές αυτομάτων, ενώ εισαγάγουν νέες παραμέτρους μοντελοποίησης ώστε να καλύψουν τις όποιες ανάγκες των σύγχρονων βιομηχανικών συστημάτων. Βάσει της μεθόδου αναπτύχθηκαν διάφορα εργαλεία με στόχο την αύξηση της δύναμης μοντελοποίησης της. Το πρώτο εργαλείο περιλαμβάνει μια συστηματοποιημένη τεχνική συγχώνευσης καταστάσεων ενός μοντέλου και αποσκοπεί στον περιορισμό της υπέρμετρης αύξησης του γράφου καταστάσεων, ο οποίος σε περιπτώσεις μεγάλων συστημάτων μπορεί να φτάσει τις δεκάδες χιλιάδες καταστάσεις. Το δεύτερο εργαλείο που αναπτύχθηκε, αποτελεί την σύνθεση αυτομάτων με στόχο την δημιουργία ενός νέου αυτομάτου που έχει την ίδια ακριβώς συμπεριφορά με τα αρχικά. Η σύνθεση επιτρέπει την δημιουργία μοντέλου ακόμα και ενός συστήματος υψηλής πολυπλοκότητας, μέσω σύνθεσης των μοντέλων όλων των υποσυστημάτων του. Τέλος, τα γενικευμένα αυτόματα επιτρέπουν την δημιουργία ιεραρχικών μοντέλων που αποτελούνται από πλήθος αυτομάτων ιεραρχικά δομημένων. Σε αυτή την περίπτωση το αυτόματο του ανωτέρου επιπέδου έχει τον ρόλο του επόπτη-συντονιστή και τροφοδοτεί τα αυτόματα του κατώτερου επιπέδου με δεδομένα, τιμές αναφοράς κτλ. Αναφορικά με τον προγραμματισμό των βιομηχανικών ελεγκτών που θα επωμιστούν τον έλεγχο της διεργασίας παρουσιάζονται δύο εργαλεία παραγωγής κώδικα από ένα γενικευμένο αυτόματο. Το πρώτο εργαλείο παρουσιάζει συστηματικά τα βήματα μετατροπής ενός αυτομάτου σε εκτελέσιμο κώδικα μιας γλώσσας προγραμματισμού υψηλού επιπέδου. Η χρησιμότητα είναι σημαντική κατά την διάρκεια εξομοίωσης ενός μοντέλου και επαλήθευσης της ορθής λειτουργίας του ελεγκτή, αλλά όχι μόνο. Οι σύγχρονες βιομηχανίες είναι εξοπλισμένες με Σταθμούς Εποπτικού Έλεγχου και Συλλογής Πληροφοριών (SCADA) οι οποίοι στην πλειονότητά τους φέρουν ενσωματωμένη δυνατότητα εκτέλεσης κώδικα σε μια γλώσσα υψηλού επιπέδου. Με εκτέλεση του παραγόμενου, από το εργαλείο, κώδικα σε λογισμικό SCADA, μπορεί να επιτευχθεί και έλεγχος του συστήματος. Βέβαια, ο επικρατέστερος τύπος ελεγκτή παραμένει το Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής, λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών που διαθέτει και υπερισχύει συγκριτικά με τις εναλλακτικές προσεγγίσεις. Η υλοποίηση των γενικευμένων αυτομάτων σε PLC επιτυγχάνεται μέσω του δεύτερου εργαλείου, το οποίο δημιουργήθηκε με βάση το διεθνές πρότυπο IEC 61131-3 και περιγράφει όλα τα συστηματικά βήματα που πρέπει να ακολουθήσει ο μηχανικός για να υλοποιήσει την στρατηγική ελέγχου, που εμπεριέχει ένα γενικευμένο αυτόματα, σε ένα PLC. Το πρότυπο IEC 61131-3 περιλαμβάνει ένα σύνολο πέντε γλωσσών και το εργαλείο σύνθεσης τις περιλαμβάνει όλες δίνοντας κατάλληλες κατευθύνσεις υλοποίησης με βάση τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της καθεμιάς. Η παρουσίαση των γενικευμένων αυτομάτων και των εργαλείων που αναπτύχθηκαν ολοκληρώνεται μέσω παραδειγμάτων χρήσης. Οι παρουσιαζόμενες εφαρμογές αποτελούν είτε θεωρητικά συστήματα για επεξήγηση, είτε πραγματικές εφαρμογές υλοποιημένες ως εργαστηριακές διατάξεις ή ως πραγματικά συστήματα παραγωγής.