Title: Lego Mindstorms NXT as platform for distributed applications based on IEC61499
Language: English
Authors: Windhab, Dominik 
Qualification level: Diploma
Keywords: NXT; mindstorms; IEC61499; 61499; token; token-bus; RS485; Bluetooth
NXT; mindstorms; IEC61499; 61499; token; token-bus; RS485; Bluetooth
Advisor: Vincze, Markus
Assisting Advisor: Zoitl, Alois
Issue Date: 2011
Number of Pages: 66
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Heutzutage haben Erzeuger von Produkten welcher Art auch mit ähnlichen Problemen zu kämpfen. Sie müssen auf einen sich ständig wechselnden Markt sehr schnell reagieren um wettbewerbsfähig zu bleiben.
Einer schnelle Reaktion steht allerdings die zunehmende Komplexität von verteilten Systemen wie sie in modernen Industrieanlagen gefunden werden können entgegen. Der Trend geht ganz klar auch in Zukunft immer weiter zur Dezentralisierung aber gleichzeitig können die Methoden der Softwareentwicklung nicht mit diesem Fortschritt mithalten. Der noch relativ junge Standard IEC61499 wurde entwickelt um genau diese Probleme in den Griff zu bekommen. Die ``Fordiac Runtime Environment'' (FORTE) ist eine solche Implementierung mit offenem Quellcode. Sie ist sowohl auf einem PC als auch auf weniger leistungsfähigen eingebetteten Systemen lauffähig. Eine Hardware Plattform die von FORTE unterstützt wird ist der Lego Mindstorms NXT. Die zentrale Recheneinheit ist ein ARM Prozessor und derzeit ist es möglich Programme für lokale Anwendungen zu entwickeln. In dieser Diplomarbeit werden die Kommunikationsschnittstellen des NXT analysiert und die Laufzeitumgebung FORTE wird erweitert um Kommunikation zwischen NXT Bausteinen zu ermöglichen.
Der Lego Mindstroms NXT bietet die Möglichkeiten drahtlos via Bluetooth oder kabelgebunden via RS485 Schnittstelle Daten auszutauschen. Die erarbeitete Lösung basiert auf einer Mischform der beiden Möglichkeiten.
Die kabelgebunden Teilnehmer sind in der Lage ein Netzwerk basierend auf dem Token-Bus (IEEE 802.4) Protokoll zu erstellen und verwalten. Weiters gibt es die Möglichkeit, dass Geräte die nicht an den Bus angeschlossen sind dennoch über Bluetooth an der Kommunikation teilnehmen können.
Die erstellte Software stellt die Verwaltung des Netzwerkes sicher, bleibt dabei aber transparent für den Entwickler auf eines IEC61499 basierenden Systems. Es ist möglich ein Funktionsblocknetzwerk zu modellieren ohne genaues Wissen über die Kommunikationsmechanismen zu haben. Der große Vorteil liegt darin, dass verteilte Systeme sehr schnell modelliert und aufgebaut werden können ohne präzise Kenntnisse über die verwendete Hardware. Das System kann dann auch für Lehr- und Anschauungszwecke verwendet werden um Studenten den Standard IEC61499 näher zu bringen und ihn dadurch weiter zu verbreiten.

These days manufactures producing goods of many different areas face the same problems. They have to react on an always changing market very fast to stay competitive. This fact is in contradiction to the complexity of distributed systems that can be found in modern systems intended for industrial automation. There is no question that the distributed approach for industrial automation is on the rise but at the same time the software development methods for these systems cannot keep pace with this progress. IEC61499 is an emerging standard designated to help to get these problems under control. The ``Fordiac Runtime Environment'' (FORTE) is an open source implementation of the IEC61499 standard which runs on a PC as well as on small embedded systems. One platform supported by FORTE is the Lego Mindstroms NXT brick. It features an ARM processor and the FORTE currently allows to create local applications based on IEC61499. In this thesis the communication interfaces offered by the NXT will be analyzed and the FORTE will be enhanced to allow multiple NXT bricks to communicate with each other.
The NXT brick offers the possibility to communicate via the Bluetooth wireless technology and a cable based RS485 interface. The final solution represents a hybrid variant of the wireless and the cable based approach. Devices are able to form and maintain a backbone network based on the token bus (IEEE 802.4) protocol. Furthermore there is the possibility for devices that are not physically connected to the token ring to join communication via Bluetooth.
The resulting software ensures the maintenance of the network infrastructure but stays completely transparent to the IEC61499 developer. It is possible to model a function block network without knowledge about the communication mechanisms. The big advantage is that distributed systems can be built quickly without having to deal with the underlying hardware. This system can be used for educational purposes to introduce students to the IEC61499 and hence helps to establish the standard.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-45349
http://hdl.handle.net/20.500.12708/12263
Library ID: AC07809567
Organisation: E376 - Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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