Proyecto de control y supervisión mediante software CodeSys de un proceso de cuatro depósitos acoplados simulado mediante hardware-in-the-loop en una Raspberry PI

Abstract

[ES] El objetivo de este TFM es el diseño del sistema de control y supervisión de un proceso compuesto por 4 depósitos interconectados entre sí. Se trata de un proceso multivariable altamente acoplado que se utiliza como benchmark de control. Dado que no se dispone físicamente del proceso, este se simulará en una Raspberry Pi a través de un código en Python con la técnica HIL (Hardware in the Loop) a tiempo real. Esto quiere decir que el simulador del proceso calculará las salidas del proceso en un tiempo de muestreo establecido para comprobar el correcto funcionamiento del controlador diseñado. La comunicación entre el proceso simulado y el controlador se realiza a través del protocolo ModBus TCP/IP, con una estructura Cliente ¿ Servidor. El controlador se implementará en un PLC simulado mediante el software CodeSys. Dicho controlador se encarga de realizar la comunicación ModBus con el simulador del proceso y de realizar el cálculo de las acciones de control por medio de PIDs. Los parámetros del PID se diseñarán mediante optimizado usando un Algoritmo Genético implementado en Matlab/Simulink. Para visualizar el estado de los depósitos y las acciones de control tomadas por el controlador se diseña un HMI en el visualizador que ofrece CodeSys.

[EN] The objective of this Master's Dissertation (MD) is the design of control and supervision system of a process composed by 4 tanks interconnected with each other. It is a highly coupled multivariable process that is used for control benchmarking. As we do not dispose of the physical system, the process will be simulated on a Raspberry PI using a Python script to implement the real time Hardware in the loop (HIL) technique. This means that the simulator will calculate the output of the process in an established sample time to verify the designed controller¿s proper functioning. The communication between the simulated process and the controller will be made using ModBus TCP/IP protocol with Client ¿ Server structure. The controller will be implemented on a simulated PLC using the CodeSys software. This controller will calculate the control actions via PIDs and will take the Modbus ¿ Server rol. PID parameters will be obtained by optimization using a Genetic Algorithm implemented on Matlab/Simulink. To visualize the state of the deposits and the control actions taken by the controller, a ¿Human ¿ Machine Interface¿ (HMI) called interface will be designed in a Visualizator offered by Codesys.