Closing the Gap between supervisory control theory and the real world: implementing supervisors in simulated industrial environments

Abstract

The expansion of global industry requires increasingly sophisticated and flexible automation and control systems. This work intends to address the challenge of implementing these systems by leveraging Supervisory Control Theory (SCT), which offers a formal, simple, and flexible method for controlling production plants. SCT abstracts these plants as Discrete Event Systems (DES) and models their behavior through automata triggered by discrete events. By translating automata models into Structured Text code adhering to the IEC61131 standard, this work bridges the gap between SCT and real-world applications. The implementation was tested using a Python library developed to synthesize and generate structured text code, integrating TCT library functionalities. Three manufacturing plants of varying complexity were modeled using Factory I/O software, with supervisors synthesized for each plant and their respective Structured Text code implemented on the openPLC platform. This research demonstrates the feasibility and effectiveness of supervisor-based control systems in simulated and very realistic industrial environments, addressing key issues such as the avalanche effect, causality, and event choice. The findings of this work underscore the potential for modular and efficient supervisory control design in the industry, laying the groundwork for future research and applications in SCT implementation.

La expansión de la industria mundial exige sistemas de automatización y control cada vez más sofisticados y flexibles . Este trabajo pretende abordar el reto de implantar estos sistemas aprovechando la Teoría del Control Supervisorio (SCT), que ofrece un método formal, sencillo y flexible para controlar las plantas de producción. SCT abstrae estas plantas como Sistemas de Eventos Discretos (DES) y modela su comportamiento a través de autómatas activados por eventos discretos . Al traducir los modelos de autómatas a código de Texto Estructurado conforme a la norma IEC61131 , este trabajo tiende un puente entre el SCT y las aplicaciones del mundo real. La implementación se probó utilizando una biblioteca Python desarrollada para sintetizar y generar código de texto estructurado , integrando funcionalidades de la biblioteca TCT. Se modelaron tres plantas de fabricación de diversa complejidad utilizando el software Factory I/O, con supervisores sintetizados para cada planta y su respectivo código de Texto Estructurado implementado en la plataforma openPLC. Esta investigación demuestra la viabilidad y eficacia de los sistemas de control basados en supervisores en entornos industriales simulados y muy realistas, abordando cuestiones clave como el efecto avalancha, la causalidad y la elección de eventos. Los resultados de este trabajo subrayan el potencial de para el diseño de control supervisor modular y eficiente en la industria, sentando las bases para futuras investigaciones y aplicaciones en la implementación de SCT (Texto tomado de la fuente).