Hierarchical Component-based programming of control systems

Abstract

Current programming techniques in industrial automation tend to mix control logic with hardware implementation, making it difficult to reuse the control logic during the plant life cycle if a certain hardware component has to be replaced for a different one. Hierarchically structured and component-based design approaches have been implemented in IEC 61131 and IEC 61499 with the goal of decoupling control logic from hardware implementation, thus enabling the reuse of the components which encapsulate control logic. In this work we show how these state of the art approaches still do not succeed in creating reusable components at every level in the component hierarchy, and therefore we propose a new component-based design approach that further decouples control logic from hardware implementation. This new approach is implemented in IEC 61499 in order to compare it against the state of the art approach and show the improvements in component reuse and plant reconfiguration effort.

Aktuelle Programmierpraktiken in der industriellen Automation tendieren zu einer Kombination aus Logik und Hardwareimplementierung, die die Wiederverwendbarkeit der Steuerungslogik bei Austausch gewisser Teile während dem Lebenszyklus einer Anlage erschweren. Hierarchisch strukturierte und komponentenbasierte Entwurfsansätze sind in IEC 61131 und IEC 61499 implementiert worden, mit dem Ziel der Entkopplung von Steuerungslogik und Hardwareimplementierung. Diese Arbeit zeigt, dass diese State of the Art Ansätze noch immer keine Erfolge in der Erstellung von wiederverwendbaren Komponenten in jeder Ebene der Komponentenhierarchie verzeichnen können. Als Lösungskonzept wird ein neuer komponentenbasierter Entwurfsansatz mit weitgehender Entkopplung von Steuerungslogik und Hardwareimplementierung vorgeschlagen. Die Implementierung dieses neuen Ansatzes wird in IEC 61499 vorgenommen um einen Vergleich mit der State of the Art Methode zu ermöglichen. Hierbei können die Verbesserungen in der Wiederverwendbarkeit von Komponenten und der Aufwand der Anlagenrekonfiguration gezeigt werden.