Benefits of transferring from IEC 61131-3 toIEC 61499

Thumbnail Image

Files

Aalto_Jaakko_3025.pdf (13.93 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Bachelor'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

3025-05-30

Department

Major/Subject

Automaatio- ja systeemitekniikka

Mcode

ELEC3014

Degree programme

Sähkötekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

5+24

Series

Abstract

Automation trends are shifting towards distributed control systems to enable more cost-effective production via system reconfigurability and reusability. Shorter product life cycles and a higher product variety are driving the shift. This thesis studies two prominent standards in the field of industrial automation, IEC 61131-3 and IEC 61499, and focuses on methods and benefits of transitioning between them. The newer standard IEC 61499 was created as a framework for designing and implementing distributed control systems. However it has not been adopted by the automation industry as its predecessor IEC 61131-3 dominates the industry, extensively deployed across both small- and large-scale systems. Despite its prevalence, IEC 61131-3 is argued to be suboptimal for large and complex systems. Therefore researching transition methods to IEC 61499 and the resulting benefits is of significant relevance. The thesis comprises of a literature review and an experimental part in which a simple IEC 61131-3 system is redesigned in IEC 61499. The system comprises of three programmable logic computers and mostly pneumatic actuators. The programs are implemented in Step7 as sequential flow charts. The experiment uses IEC 61499 composite function blocks to redesign the IEC 61131-3 programs according to IEC 61499. The redesigned IEC 61499 function blocks are simulated to ensure similar behavior and successful transformation. The programs are compared in order to evaluate achieved benefits, which include clear separation of control logic and hardware, event-driven execution and higher system level abstraction. The experimented redesign approach requires further development as it is completely manual. However, it proves redesigning systems is possible with the proposed approach. The achieved benefits require further studies on large-scale industrial systems to evaluate scalability and cost-effectiveness of the transition process.

Teollinen automaatio on siirtymässä hajautettuihin järjestelmiin (distributed control systems, DCS). Siirtymän taustalla vaikuttavat tuotteiden lyhyet elinkaaret ja erilaisuus. Tämä kandidaatintyö esittelee kaksi teollisen automaation standardia: IEC 61131-3 ja IEC 61499. Työ tutkii kokeellisesti siirtymisen hyötyjä uudempaan IEC 61499 standardiin ja vertailee eri lähestymistapoja siirtymään. IEC 61499 standardi kehitettiin ohjaamaan hajautettujen järjestelmien toteutusta. Teollisuus ei kuitenkaan ole ottanut sitä laajasti käyttöön ja se on jäänyt akateemisen tutkimuksen kohteeksi. Sen edeltäjä IEC 61131-3 on laajasti käytetty teollisuudessa, mutta sen soveltuvuutta isoille järjestelmille kyseenalaistetaan. Tämän takia on tärkeää tutkia IEC 61499 standardiin siirtymisen hyötyjä. Työ koostuu kirjallisuuskatsauksesta siirtymämenetelmiin ja kokeellisesta osiosta, jossa yksinkertaiselle IEC 61131-3 järjestelmälle suunnitellaan IEC 61499 mukainen ohjaus. Järjestelmä koostuu kolmesta ohjelmoitavasta logiikasta, joiden ohjaus on toteutettu Step7 ohjelmistolla käyttäen järjestyksellistä vuokaaviota (sequential flow chart, SFC). Kokeellisessa osuudessa hyödynnetään IEC 61499 komposiittitoimilohkoja (composite function block, CFB) SFC-ohjelmien uudelleensuunnittelussa. Tuloksien arviointi toteutetaan simuloimalla toimilohkoja ja vertaamalla käytöstä alkuperäiseen käytökseen. Uudelleensuunnittelun hyötyihin lukeutuvat selkeä ohjauslogiikan erittely laitteistoon ja korkeampi järjestelmätason abstraktio. Työssä esitetty siirtymätapa vaatii lisää kehitystä, koska se on täysin manuaalinen ja aikaavievä. Koe kuitenkin todistaa, että siirtymä standardien välillä on mahdollista toteuttaa. IEC 61499 standardin hyötyjä täytyy jatkotutkia teollisessa mittakaavassa, jotta siirtymän skaalautuvuutta ja kustannustehokkuutta voidaan arvioida.

Description

Supervisor

Forsman, Pekka

Thesis advisor

Aaltonen, Harri

Keywords

IEC 61499, IEC 61131-3, redesign, benefits, siirtymä, uudelleensuunnittelu

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506174781

Collections

[kand] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC