Uso de gemelos digitales para la validación y verificación de software en el estándar de programación industrial IEC-61131
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Títol
Uso de gemelos digitales para la validación y verificación de software en el estándar de programación industrial IEC-61131Autoria
Tutor/Supervisor; Universitat.Departament
Miguel Escrig, Óscar; Universitat Jaume I. Departament d'Enginyeria de Sistemes Industrials i DissenyData de publicació
2023-10-26Editor
Universitat Jaume IResum
Durante las últimas décadas, el uso de tecnologías de control y la automatización de
procesos se ha vuelto cada vez más común en la industria, evolucionando
significativamente desde su aparición en los años 60. Con ... [+]
Durante las últimas décadas, el uso de tecnologías de control y la automatización de
procesos se ha vuelto cada vez más común en la industria, evolucionando
significativamente desde su aparición en los años 60. Con el fin de controlar los distintos
procesos industriales, se introducen los autómatas programables o PLCs (Programmable
Logic Controllers), usados para gestionar actuadores (ej.motores) u otros dispositivos en
función de la información recibida a través de las entradas (ej. sensores) acorde a la lógica
de control que implementan.
Esta creciente digitalización de la industria provoca una tendencia hacia la
optimización y el diseño de procesos mediante el uso de tecnologías avanzadas, resultando
en una cuarta revolución industrial o Industria 4.0, caracterizada por el uso de máquinas y
fábricas inteligentes. Interesa resaltar, entre estas nuevas tecnologías, la utilización de
gemelos digitales.
Un gemelo digital es una réplica virtual de un sistema físico, a menudo en formato
3D, que reproduce su comportamiento en tiempo real. A diferencia de las simulaciones
clásicas, donde las interacciones están programadas de antemano, en los gemelos
digitales, las interacciones entre elementos se basan en leyes físicas básicas, lo que
permite una emulación más realista del sistema y la identificación de posibles fallos antes
de su implementación en el mundo físico. Esto facilita el estudio del comportamiento del
software de forma previa a su implementación en un sistema real.
Para explorar en profundidad cómo los gemelos digitales pueden utilizarse como
herramienta para validar y verificar el software de control de sistemas reales, se obtendrá
un gemelo digital de un sistema neumático específico (proporcionado por el área de
Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universitat Jaume I), utilizando la herramienta de
simulación Factory I/O. En este programa se recreará virtualmente el entorno del sistema,
incluyendo sus componentes y su interacción, en un formato tridimensional inmersivo.
Una vez obtenido el gemelo digital, se procede al desarrollo del software de control
necesario para dirigir el comportamiento del sistema. Para esto, se utilizará CODESYS®, un
entorno de desarrollo integrado para programar aplicaciones de controlador reconocido a
nivel internacional y ampliamente utilizado en la programación de sistemas industriales.
Este entorno sigue los estándares de programación establecidos por la normativa
IEC-61131.
Cuando se programa un PLC, es común que los principales fabricantes adopten los
conceptos del estándar IEC-61131, ampliamente reconocido a nivel internacional como una
referencia para la programación de sistemas de control industrial. Entre los cinco lenguajes
definidos por esta normativa, el siguiente proyecto se centra en el SFC (Sequential Function
Chart) que, como se verá más adelante, permite programar de manera más visual.
Previamente a la implementación del programa mediante SFC, se utilizará el lenguaje
GRAFCET, definido en la norma IEC-60848, al ser este un lenguaje de modelado gráfico.
El siguiente paso de este proyecto es la utilización del gemelo digital desarrollado
para llevar a cabo pruebas del software de control. Esto permite realizar una evaluación
precisa del rendimiento del software en un entorno virtual antes de su implementación en el
sistema físico real. De este modo, en primer lugar, se verifica el código, asegurándose de
que cumple con los requisitos establecidos de forma teórica comprobados en el entorno virtual. Y, en segundo lugar, se pasa a la validación del código para garantizar que funcione
de manera óptima en el sistema real, cumpliendo así con las funciones requeridas.
En este trabajo de final de grado, se pretende discutir las ventajas y limitaciones del
uso de gemelos digitales como método para la validación y verificación de software
desarrollado según el estándar IEC-61131, así como las herramientas necesarias para su
implementación, mediante un ejemplo práctico. Como se ha visto, este método consiste en
replicar de la manera más fidedigna posible el sistema en el que se va a implementar el
software, de modo que se obtiene una copia virtual en la que se puede evaluar el programa
sin asumir riesgos en la realidad. Se busca evaluar la incidencia de los gemelos digitales en
la eficacia y la fiabilidad de los procesos de control y automatización industrial, a la vez que
se asegura el cumplimiento de los estándares establecidos. [-]
Paraules clau / Matèries
Descripció
Treball Final de Grau en Enginyeria en Tecnologies Industrials. Codi: ET1040. Curs: 2022-2023
Tipus de document
info:eu-repo/semantics/bachelorThesisDrets d'accés
info:eu-repo/semantics/openAccess