Automatische Generierung von IEC 61131-3 Steuerungscode aus einer GRAFCET-Spezifikation

Publication date
2013
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Schumacher, Frank
Advisor
Referee
Frey, Georg
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2013-09-27
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Steuerungstechnik
Formalisierung
Codegenerierung
Abstract
Grafische Beschreibungsmittel zur Spezifikation von Steuerungsabläufen zeigen geeignete An-satzpunkte für die Unterstützung eines systematischen Steuerungsentwurfs an der Engineering-Schnittstelle zwischen Planungs- und Realisierungsphase. Insbesondere die automatische Gene-rierung von Steuerungscode ermöglicht hier eine effizientere Vorgehensweise. Dennoch haben for-male Methoden bisher wenig Akzeptanz in der praktischen Anwendung gefunden. Eine mögliche Ursache hierfür ist, dass Steuerungsprogrammierer aufgrund ihrer beruflichen Ausbildung zumeist keine Kenntnisse dieser formalen Beschreibungsmittel und Methoden besitzen, so dass die ent-sprechenden Forschungsansätze nur schwer in der Praxis integriert werden können. Die vorliegende Arbeit widmet sich aus diesem Grund dem grafischen Beschreibungsmittel GRAFCET und schlägt einen anderen Weg für die Einführung formaler Methoden im Steuerungs-entwurf vor. GRAFCET ist ein gemäß IEC 60848 definiertes, grafisches Beschreibungsmittel zur Spezifikation von Steuerungsabläufen und ersetzt seit dem Jahr 2002 den zuvor in Deutschland gültigen Standard DIN 40719-6 „Regeln für Funktionspläne“. Seit 2005 ist GRAFCET Bestandteil von Zwischen- und Abschlussprüfungen in der beruflichen Ausbildung und ist Steuerungspro-grammierern somit bekannt. Ein systematischer Steuerungsentwurf mit GRAFCET, zu dem diese Arbeit beiträgt, spricht folglich die Steuerungsprogrammierer direkt an und beinhaltet das Potential, in der praktischen Anwendung akzeptiert zu werden. Um formale Methoden, insbesondere zur automatischen Generierung von Steuerungscode, allgemeingültig auf GRAFCET anwenden zu können, bedarf es zunächst einer geeigneten formalen Definition von Struktur und dynamischem Verhalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher ein formales Modell für GRAFCET definiert, welches insbesondere zeitabhängige Bedingungen und Elemente zur hierarchischen Strukturierung gemäß IEC 60848 berücksichtigt. Somit werden alle wesentlichen, in IEC 60848 definierten grafischen Elemente in dem Konzept zur automatischen Generierung berücksichtigt. Das Konzept legt die methodische Vorgehensweise fest, nach der Steuerungscode auf Basis einer GRAFCET-Spezifikation und unter Anwendung rechnergestützter, formaler Methoden automatisch generiert werden kann. Der automatisch generierte Steuerungscode entspricht den Anforderungen der IEC 61131-3. Des Weiteren wurden softwarebasierte Werkzeuge prototypisch implementiert, die das Erstellen einer GRAFCET-Spezifikation sowie eine automatische Generierung IEC 61131-3 konformen Steuerungscodes ermöglichen und dadurch eine geeignete Infrastruktur für eine rechnergestützte Transformation zur Verfügung stellen. Anhand eines konkreten Anlagenbeispiels wird aufgezeigt, dass die erarbeitete Methode und Werkzeugunterstützung eine formale Vorgehensweise im Steuerungsentwurf unterstützt und dort systematisch angewendet werden kann.
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