Implementação de controle supervisório em CLP de um sistema flexível de manufatura com aplicação em planta física e virtual
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
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Carlos Andrey Maia
Carmela Maria Polito Braga
Carmela Maria Polito Braga
Resumo
Com o avanço tecnológico das últimas décadas, e o desenvolvimento de inúmeros sistemas dirigidos a eventos discretos, como sistemas flexíveis de manufatura, filas de serviços, sistemas de comunicação, de tráfego urbano, robótica, dentre outros, surgiram técnicas de controle formais para esta classe de sistemas, com regras lógicas, baseadas em eventos, que determinam sua evolução. A Teoria de Controle Supervisório é um método de controle formal para SEDs que sintetiza um supervisor não bloqueante e minimamente restritivo, que desabilita a ocorrência de eventos, modelando o comportamento do sistema de maneira a obedecer determinadas especificações. Os controladores lógicos programáveis constituem-se, ainda nos dias de hoje, como a principal solução tecnológica adotada no controle de sistemas automatizados. Diversas técnicas de implementação dos supervisores, obtidos por meio da TCS, em CLP, foram desenvolvidas e apresentadas nas últimas décadas, e lidam com limitações cíclicas dos circuitos eletrônicos. Além disso, com o surgimento de tecnologias como comissionamento virtual, sistemas ciber físicos e gêmeos digitais, novas soluções que permitem o desenvolvimento de modelos virtuais, capazes de simular o comportamento dinâmico de plantas industriais, têm se tornado cada vez mais presentes neste contexto. Este trabalho realiza o estudo, modelagem e implementação do controle supervisório em CLP, utilizando como estudo de caso um sistema flexível de manufatura. Diferentes metodologias são investigadas e problemas típicos de implementação são apresentados e possíveis soluções discutidas. São desenvolvidas três implementações com estruturas distintas, aplicadas em: um modelo virtual desenvolvido em software de simulação 3D; um protótipo didático do sistema; um modelo composto com sincronização entre planta física e virtual. Também é apresentada uma solução alternativa, quanto à política de geração de eventos controláveis, pela estrutura de controle. Os resultados obtidos demonstram o sucesso de cada proposta, bem como os desafios e limitações encontrados.
Abstract
With the technological advancement of recent decades and the development of numerous discrete event-driven systems, such as flexible manufacturing systems, service queues, communication systems, urban traffic systems, robotics, among others, formal control techniques for this class of systems have emerged, based on logical, event-driven rules that determine their evolution. Supervisory Control Theory is a formal control method for DES that synthesizes a non-blocking and minimally restrictive supervisor, which disables the occurrence of events, modeling the system's behavior to comply with certain specifications. Programmable logic controllers remain, even today, the main technological solution adopted in the control of automated systems. Various techniques for implementing supervisors, obtained through SCT, in PLC, have been developed and presented over the past decades, dealing with cyclical limitations of electronic circuits. Furthermore, with the emergence of technologies such as virtual commissioning, cyber-physical systems, and digital twins, new solutions that allow the development of virtual models capable of simulating the dynamic behavior of industrial plants have become increasingly prevalent in this context. This work conducts the study, modeling, and implementation of supervisory control in PLC, using a flexible manufacturing system as a case study. Different methodologies are investigated, and typical implementation problems are presented, with possible solutions discussed. Three implementations with distinct structures are developed, applied to: a virtual model developed in 3D simulation software; an educational prototype of the system; and a composite model with synchronization between physical and virtual plants. An alternative solution regarding the policy of generating controllable events by the control structure is also presented. The obtained results demonstrate the success of each proposal, as well as the challenges and limitations encountered.
Assunto
Engenharia elétrica, Teoria do controle, Controladores programáveis
Palavras-chave
Teoria de controle supervisório, Controlador lógico programável, Sistemas a eventos discretos, Laboratório virtual
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