Digital twin implementation with functional mock-up interface for automation systems
Loading...
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
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
58
Series
Abstract
Industrial automation has developed over the years to be more and more software based, where the industrial components are controlled by using applications running on an automation system. In order to assure the proper functionality of the applications, they need to be tested thoroughly before being installed in the target destination. This testing is often done by manually changing input values of the applications to make sure they react correctly depending on the input that is given. This type of manual work is often very slow and prone to errors due to the repetitive nature of the testing. The testing could be substantially accelerated by using pre-made models to execute simulations whose values the tests can use. This thesis aims to develop a system to ease testing of industrial automation system applications using the FMI (Functional Mock-up Interface)-standard and OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture). The system is implemented by using an OPC UA server which can create an information model in the server’s Address Space according to a model located in an FMI-file whose simulation can then be executed remotely using a client connected to the server. The client can then transfer the simulation data to an OPC UA server located in an automation system that can then use the simulation values in application testing. Using the simulations provided by the FMU (Functional Mock-up Unit)-files was successfully initiated using an OPC UA client-server combination. The simulation values were then transferred to the automation system using OPC UA, after which the values were used to test out different applications on the automation system side. The system provided a reasonably easy way for a tester to execute even multiple FMU-simulations at a time. With little configuration of the parameters of an FMU-simulation, it was possible to use the simulations to test out components such as measurement units and PID-controllers. However, it was determined, that the development of standardized FMU-files, made to match real-life industrial components, would further increase the usability of the system for application testing purposes.Teollisuusautomaatio on kehittynyt vuosien varrella yhä enemmän ohjelmistopohjaiseksi, jolloin teollisuuslaitteistoa ohjataan automaatiojärjestelmässä käyvillä sovelluksilla. Sovellusten asianmukaisen toiminnan varmistamiseksi ne on testattava perusteellisesti ennen niiden käyttöönottoa. Sovelluksen testaaminen tehdään usein manuaalisesti muuttamalla sovellusten syötteitä, jotta voidaan varmistaa, että ne reagoivat oikein annettujen syötteiden mukaan. Tämänkaltainen manuaalinen työ on usein hyvin hidasta ja altista virheille, johtuen testauksen toistuvasta luonteesta. Testausta voitaisiin huomattavasti nopeuttaa käyttämällä valmiita malleja, joissa on sisällytettynä suoritettavia simulaatioita, joiden arvoja testit voivat käyttää. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on kehittää prototyyppi teollisuusautomaatiojärjestelmän sovellusten testauksen helpottamiseksi käyttäen FMI (Functional Mock-up Interface) -standardia ja OPC UA:ta (Open Platform Communications Unified Architecture). Prototyyppi toteutetaan käyttämällä OPC UA -palvelinta, joka voi luoda tietomallin palvelimen osoiteavaruuteen FMI-tiedostossa olevan mallin mukaisesti, minkä jälkeen mallin simulaatio voidaan suorittaa etäkäyttöisesti palvelimeen yhdistetyn asiakaspalvelimen avulla. Asiakaspalvelin voi sitten siirtää simulaatiodatat automaatiojärjestelmässä sijaitsevalle OPC UA -palvelimelle, joka voi käyttää simulaatioarvoja sovellustestauksessa. Prototyypin avulla mallin simulaatiot, jotka tarjotaan FMU (Functional Mock-up Unit) -tiedostoilla, saatiin onnistuneesti käynnistettyä OPC UA asiakas-palvelin-yhdistelmällä. Simulaatioarvoja käytettiin sitten erilaisten sovellusten testaamiseen automaatiojärjestelmän puolella. Prototyyppi tarjosi testaajalle kohtuullisen helpon tavan suorittaa jopa useita FMU-simulaatioita samanaikaisesti. Pienellä määrällä FMU-simulaation parametrien konfigurointia oli mahdollista käyttää simulaatioita esimerkiksi mittausyksiköiden ja PID-säätimien testaamiseen. Kuitenkin todettiin, että standardoitujen FMU-tiedostojen kehittäminen, jotka on tehty vastaamaan todellisia teollisuuskomponentteja, parantaisi järjestelmän käytettävyyttä sovellustestauksessa entisestään.Description
Supervisor
Vyatkin, ValeriyThesis advisor
Seilonen, IlkkaKaraila, Mika