Accelerating the commissioning of PLCs using 3D simulations

Thumbnail Image

Files

master_Vänninen_Sampo_2024.pdf (5.8 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-09-18

Department

Major/Subject

Control, Robotics and Autonomous Systems

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Automation and Electrical Engineering

Language

en

Pages

60

Series

Abstract

This thesis investigates the feasibility of integrating an IEC 61499 runtime into a simulation environment. The goal was to improve the support for virtual commissioning of PLCs in Visual Components simulation software. A literature review of PLC programming using virtual commissioning was conducted, which showed a lack of research on the overall implementation details of IEC 61499 runtimes. To accomplish the research goals, a new architecture is introduced which details a runtime capable of running in single-threaded constrained environments. The architecture specification is provided in a language-agnostic way, allowing the implementation in any object-oriented programming language, while being a lightweight implementation of the core features of the IEC 61499 standard. To test the architecture, a proof of concept was developed using Python and tested using an existing IEC 61499 digital twin. Capability to control the digital twin without external software using the IEC 61499 application developed in a commercial IDE was demonstrated, validating the design of the architecture. Benefits and downsides of the runtime integration approach were discovered and are discussed.

Tämä maisterityö tutkii IEC 61499 yhteensopivan ajonaikaisen ympäristön sisällyttämistä simulaatio-ohjelmistoon. Tavoitteena on parantaa PLC:eiden virtuaalista käyttöönottoa hyödyntäen Visual Components -simulaatiohjelmistoa. Tavoitteen saavuttamiseksi työ kuvaa uuden arkkitehtuurin joka mallintaa ajonaikaisen ympäristön mikä on suunniteltu toimimaan vähällä määrällä resursseja yksiytimisissä ympäristöissä. Arkkitehtuuri on kuvattu yleisellä tasolla, mahdollistaen toteutuksen useimmilla oliopohjaisilla ohjelmointikielillä. Arkkitehtuuri testattiin toteuttamalla se Python-kielellä ja valmiilla simulaatiomallilla, joka käytti IEC 61499-standardilla toteutettua ohjelmaa ohjaukseen. Arkkitehtuuri mahdollisti saman ohjausohjelman ajamisen simulaation sisällä, kopioiden simulaatiomallin toiminnan ilman erillistä PLC-ympäristöä. Ajoympäristön sisällyttämisestä simulaatioympäristöön löytyi sekä hyötyjä että haittoja. Kirjallisuuskatsaus PLC-ohjelmoinnista hyödyntäen virtuaalista käyttöönottoa oli osa maisterityötä, joka toi ilmi vähäisen määrän tutkimustuloksia liittyen IEC 61499 ajoympäristöjen toteutusmenetelmiin. Tässä työssä kuvattu arkkitehtuuri toimii viitteenä toteuttamaan IEC 61499 standardin perusominaisuuksia yksinkertaisella arkkitehtuurilla, josta voi olla hyötyä ajoympäristöjen toiminnan opettamisessa sekä tutkimisessa.

Description

Supervisor

Vyatkin, Valeriy

Thesis advisor

Ubis, Fernando

Keywords

IEC 61499, virtual commissioning, 3D simulation software, PLC runtime, PLC programming, factory simulation

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202411217301

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC