FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

Atualizao do FEUPAutom e criaode software simulador / SCADA

genrico

Bruno Miguel Fernandes Augusto

PARA APRECIAO POR JRI

Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotcnica e de Computadores

Orientador: Professor Doutor Armando Jorge Miranda de Sousa

29 de Junho de 2015

c Bruno Augusto, 2015

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Resumo

A simulao , hoje em dia, usada em muitas aplicaes com grandes benefcios, quer para en-sino, quer em aplicaes industriais. No ensino existem ainda poucas ferramentas que possibilitema rpida e gil simulao de sistemas simples e respetivo controlo na lgica dos sistemas orienta-dos a eventos discretos, no espetro dos Autmatos Programveis. Esta a rea de interveno daUnidade Curricular (UC) Sistemas e Automao do MIEEC da FEUP.

Nesta Dissertao desenvolveu-se a ferramenta FEUPSim, um simulador e SCADA, que co-munica com o softPLC FEUPAutom tambm ele atualizado no mbito deste trabalho. Foi utili-zado o FreePascal/Lazarus como ferramenta de programao livre e aberta com o propsito deobter aplicaes cross-platform. Foi utilizado ainda o protocolo de comunicaes ModBusTCPpara tirar proveito de comunicaes normalizadas permitindo que as ferramentas desenvolvidascomuniquem com outros equipamentos e aplicaes.

O FEUPSim uma ferramenta que permite ao seu utilizador criar entidades tal como figurasgeomtricas, imagens, sensores, etc., onde o aspeto e o movimento ao longo do tempo dessas en-tidades depende de entradas e sadas do FEUPAutom. Como estratgia para manter facilidade deutilizao, o sistema foi mantido em 2D apesar de poder futuramente ser alargado a 3D. ComoSCADA, o FEUPSim pode ser ligado a equipamentos reais ou outras aplicaes e permite a visu-alizao interessante (incluindo animaes) de um sistema remoto. Existe ainda a possibilidadedo registo temporal dos detalhes relevantes (histrico do sistema). As facilidades de manipulaode projetos do FEUPSim e do FEUPAutom foram criadas/atualizadas por forma a tirar proveito dagravao de ficheiros XML, sem que se perdesse compatibilidade com projetos antigos.

O FEUPSim foi testado com sucesso atravs de diversos casos de estudo: um semforo, umelevador e um limpa para-brisas. A aplicao foi tambm testada pelos estudantes da UC menci-onada e validada na forma de inquritos, que revelaram um elevado interesse e aceitao relativa-mente ao trabalho desenvolvido. Espera-se assim que os professores e os prprios estudantes defuturas ocorrncias da UC possam criar as suas prprias simulaes.

No fim desta dissertao so tiradas concluses dos benefcios que tanto a atualizao doFEUPAutom como a criao do simulador FEUPSim trazem UC. As duas novas aplicaes fo-ram extensivamente testadas em Windows, tendo sido ainda realizados alguns testes com sucessoem Linux e espera-se brevemente fazer testes sob a plataforma Mac OS X. As ferramentas desen-volvidas sero disponibilizadas sem custos comunidade.

O trabalho futuro inclui integrar as duas aplicaes para estudo aprofundado da interaotempo real, estudar o alargamento para outros protocolos de comunicao, testes em ambientesreais e eventualmente automatizar a validao de programas de controlo.

Palavras chave: Simulao, SCADA, PLC, SoftPLC, Automao, Ensino, Eventos Discretos

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Abstract

The simulation is nowadays used in many applications with great benefits both for teaching andindustrial applications. In education there are few tools that enable the fast and agile simulation ofsimple systems and respective control of the systems oriented to discrete event, in the spectrum ofPLCs. This is the area of intervention of the course Systems and Automation from the programMIEEC at FEUP.

In this Dissertation it was developed the FEUPSim tool, a simulator and SCADA, which com-municates with the SoftPLC FEUPAutom who also was updated in this work. It was used theFreePascal/Lazarus as free and open programming tool in order to obtain cross-platform appli-cations. It was also used ModbusTCP communications protocol to take advantage of enablingcommunications standard developed tools to communicate with other devices and applications.

FEUPSim is a tool that allows the user to create entities such as geometric shapes, images,sensors, etc., where the look and movement over time of these entities depends on inputs andoutputs of FEUPAutom. As a strategy to maintain ease of use, the system was kept 2D althoughit may be extended in the future to 3D. As SCADA the FEUPSim can be linked to real equipmentor other applications and allows interesting viewing (including animation) of a remote system.There is also the possibility of temporal record of relevant details (history system). The handlingfeatures of FEUPSim and FEUPAutom projects were created/updated in order to take advantageof the XML file recording, without losing retro-compatibility with older projects.

FEUPSim was tested with success through several case-studies: a traffic light, a lift, a cleanwind-shield. The application was also tested by the students of course mentioned and validatedin the form of surveys, which have shown the high interest and acceptance in relation to the workdeveloped. It is expected that teachers and the students themselves for future occurrences of thecourse can create their own simulations.

At the end of this Dissertation, conclusions are drawn to both the update of FEUPAutom andthe creation of FEUPSim simulator bring to course. The two new applications were extensivelytested on Windows and there were also some successfully tests on Linux, and is expected to maketests under Mac OS X in the near future. The platform tools will be made available free of chargeto the community.

Future work includes integrating the two applications for in-depth study of real-time interac-tion, consider extending to other communication protocols, tests in real environments and eventu-ally automate the validation of monitoring evaluations.

Keywords: Simulation, SCADA, PLC, SoftPLC, Automation, Education, Discrete Events

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Agradecimentos

Em primeiro lugar quero agradeo aos meus pais por todo o apoio ao longo destes 23 anos,onde foram o pilar de toda a minha vida pessoal e acadmica. Foram muitas as horas que perderamcomigo sem nunca exigir menos que mximo e, graas a eles, encontro-me aqui nesta ltima etapaantes de partir para o mundo laboral.

minha namorada Ana Miranda (aka Licas) quero agradecer por todo o apoio que me deuao longo destes no to curtos 5 meses de dissertao, pela pacincia de me ensinar a diferenaentre o tem e o tm, por todas as horas ao meu lado na sala i105 onde passvamos, por vezes,tardes inteiras sem nunca falar (pois cada um estava a concentrado no seu trabalho) e, finalmente,pelos passeios de 10 mins que fazamos quando eu comeava a stressar demasiado porque algono funcionava como eu tinha projetado.

Quero ainda agradecer ao grande Xvitor por vir sempre sexta-feira com histrias novaspara contar, por toda a amizade demonstrada ao longo do curso onde fizemos um site de venda detabletes, um mini-segway bbado ou at mesmo um trabalho de 20 valores sobre o comboio maisrpido do mundo!!! Ao Miguel Fernandes (Sr. mete-se em tudo) por ser um stressado maior doque eu com o seu prprio trabalho, fazendo com que os meus problemas parecessem menores aotentar ajud-lo. Ao Maqtista por chegar todos os dias i105 com boa disposio e sempre comuma msica nova para pr na cabea de todos os presentes. E claro a todos os meus amigos queme ajudaram a chegar at aqui!

Por fim, gostaria de agradecer ao meu incansvel orientador, o Doutor Armando Sousa porter acreditado e confiado em mim para a realizao desta dissertao e mesmo quando o seutempo livre tendia para o negativo, arranjar sempre um bocadinho para me ajudar e ter as reuniessemanais que me mantiveram no ritmo certo!

Bruno Augusto

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What we do for ourselves dies with us.What we do for others and the world remains and is immortal.

Albert Pine

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Contedo

1 Introduo 11.1 Enquadramento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Objetivos e Motivao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Estrutura do Documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Reviso Bibliogrfica 32.1 Simuladores de automao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.1 SimTwo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1.2 Factory I/O . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.3 Comparao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2 SCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.1 CitectSCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.2 Winlog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.3 Integraxor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3 SoftPLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3.1 FEUPAutom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.3.2 Beremiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3.3 ISaGRAF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.3.4 Sysmac Studio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4 Estudo das normas aplicveis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.4.1 IEC 60848 Grafcet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.4.2 IEC 61131-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.4.3 Grafcet vs SFC . . . . . . . . . . . . . .