Desarrollo e implementación de algoritmos avanzados de control mediante PLCs industriales. Aplicación a la automatización y control híbrido de un proceso industrial mediante un autómata PLCnext Technology

Abstract

[ES] En el presente proyecto se ha desarrollado un control predictivo basado en modelo con capacidad de escalabilidad para procesos multivariables. Para su diseño se ha llevado a cabo la identificación y modelado de un sistema multivariable, seguido de su validación mediante simulación. Se ha utilizado el software de cálculo numérico Matlab para la implementación inicial y la optimización de parámetros, y posteriormente se ha transferido el control a un PLC industrial de la marca Phoenix Contact. Para la implementación en el PLC, se ha considerado el uso de la herramienta PLCcoder, pero finalmente se ha optado por desarrollar funciones en texto estructurado en el autómata. Para demostrar y validar el funcionamiento del sistema propuesto, se ha utilizado una maqueta de helicóptero como sistema multivariable. Además de controlar este sistema, se ha logrado automatizar un sistema compuesto por elementos industriales, como cilindros neumáticos, motores neumáticos y pinzas de agarre, mediante el PLC. También se ha desarrollado una interfaz hombre-máquina (HMI) que facilita la interacción entre el PLC y los procesos controlados. Esta automatización, combinada con el control de procesos, permite establecer un enfoque híbrido en el PLC industrial. Se ha eligido un PLC de la marca Phoenix Contact debido a su ecosistema de software abierto y su hardware modular, que se adapta a nuestras necesidades.

[EN] In this project, a scalable model-based predictive control system for multivariable processes has been developed. The design involved the identification and modeling of a multivariable system, followed by its validation through simulation. The numerical computing software Matlab was used for the initial implementation and parameter optimization, and subsequently, control was transferred to an industrial PLC from Phoenix Contact. While the possibility of using the PLCcoder tool for control implementation was considered, ultimately, structured text functions were developed in the controller. To demonstrate and validate the operation of the proposed system, a helicopter model was used as the multivariable system. In addition to controlling this system, the PLC successfully automated a system consisting of industrial elements such as pneumatic cylinders, pneumatic motors, and grippers. An HMI (Human-Machine Interface) was also developed to enable interaction between the PLC and the controlled processes. This automation, combined with process control, enables a hybrid approach within the industrial PLC. A Phoenix Contact PLC was chosen due to its open software ecosystem and modular hardware that can be tailored to our needs.

[CAT] En el present projecte s'ha desenvolupat un control predictiu basat en model amb capacitat d'escalabilitat per a processos multivariables. Per al seu disseny es va dur a terme la identificació i modelatge d'un sistema multivariable, seguit de la seua validació mitjançant simulació. Es va utilitzar el programari de càlcul numèric Matlab per a la implementació inicial i l'optimització de paràmetres, i posteriorment es va transferir el control a un PLC industrial de la marca Phoenix Contact. Per a la implementació en el PLC, es va considerar l'ús de l'eina PLCcoder, però finalment es va optar per desenvolupar funcions en text estructurat en l'autòmat. Per a demostrar i validar el funcionament del sistema proposat, es va utilitzar una maqueta d'helicòpter com a sistema multivariable. A més de controlar aquest sistema, es va aconseguir automatitzar un sistema compost per elements industrials, com a cilindres pneumàtics, motors pneumàtics i pinces d'agarre, mitjançant el PLC. També es va desenvolupar una interfície home-màquina (HMI) que facilita la interacció entre el PLC i els processos controlats. Aquesta automatització, combinada amb el control de processos, permet establir un enfocament híbrid en el PLC industrial. Es va triar un PLC de la marca Phoenix Contact a causa del seu ecosistema de programari obert i el seu maquinari modular, que s'adapta a les nostres necessitats.