António F. Nunes Gomes, António J. Pessoa de Magalhães
ARTIGO TÉCNICO
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PLATAFORMA WEB PARA TRADUÇÃO AUTOMÁTICA DE GRAFCETS E REDES DE PETRI EM PROGRAMAS DE PLCS RESUMO O presente artigo descreve a concepção, desenvolvimento e utilização da aplicação WEBGRAF, cuja missão é traduzir automaticamente modelos de controlo sequencial definidos em GRAFCET ou Redes de Petri para programas de PLCs em Lista de Instruções. A aplicação WEBGRAF tem a Web como ambiente de trabalho e cobre os preceitos da norma do GRAFCET e uma razoável diversidade de Redes de Petri. Apresenta-se assim como uma ferramenta poderosa, original, gratuita, universalmente acessível e facilmente reproduzível nas mais diversas plataformas de hardware e sistemas operativos. A aplicação WEBGRAF está disponível a partir do endereço http://gnomo.fe.up.pt/~maic/teses/agomes/ PALAVRAS-CHAVE: GRAFCET, Redes de Petri, Tecnologias Web, PLCs ABSTRACT The paper describes the design, implementation and usage of the WEBGRAF application, which automatically translates GRAFCET and Petri Nets control schemes into PLC programmes written in Instruction List. The WEBGRAF application is a Web based tool, handling the complete GRAFCET standard and a considerable set of Petri Nets classes. Therefore, it is an original, powerful, free and widely available tool that can be easily implemented on most hardware platforms and operating systems. The WEBGRAF application is available at the site http://gnomo.fe.up.pt/~maic/teses/agomes/ KEYWORDS: GRAFCET, Petri Nets, WEB Technologies, PLCs.
1. INTRODUÇÃO As soluções de controlo de sistemas de eventos discretos são frequentemente materializadas em controladores lógicos programáveis – PLCs – também designados por “autómatos programáveis” [4] [17]. Todavia, os modelos utilizados para representar soluções de controlo (Grafcets, Redes de Petri, ou outras [2]) diferem muito substancialmente das metodologias e linguagens de programação dos PLCs mais comuns (Diagramas de Contactos e Lista de Instruções) [19]. Por seu turno, a tradução manual tanto de Grafcets como de Redes de Petri em programas de PLCs é uma tarefa difícil, ingrata e propícia a erros. Justifica-se assim o interesse em desenvolver uma ferramenta capaz de efectuar automaticamente a tradução em causa. Conveniente é também que tal aplicação seja gratuita, esteja amplamente disponível e exija recursos computacionais mínimos aos seus utilizadores. O recurso à Internet e às tecnologias Web ganha particular relevância neste contexto, justificando o projecto relatado neste texto: a aplicação WEBGRAF. Através desta, a Internet estabelece uma ponte entre dois mundos que, não obstante os esforços que têm vindo a ser desenvolvidos para os aproximar, tendem em manter-se razoavelmente afastados: os “Modelos de Controlo Sequencial” e as “Linguagens de Programação dos PLCs”. A utilização da aplicação WEBGRAF tem por base uma página Web a partir da qual é possível seleccionar o modelo de controlo a traduzir – GRAFCET ou Rede de Petri – e enviar para um servidor Web um ficheiro contendo a explicitação textual (ASCII) do modelo em causa. Recebido este ficheiro, o servidor Web gera automática e dinamicamente um programa em Lista de Instruções, devidamente comentado, correspondente à tradução do
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modelo de controlo para a linguagem de programação de um dado PLC ou família de PLCs. De entre os muitos modelos e fabricantes de PLCs foi escolhido como alvo a família Simatic S7-200 da SIEMENS [16]. Naturalmente que outros PLCs podiam ter sido escolhidos. O facto do software de programação da SIEMENS STEP7-Micro/WIN 32 permitir receber muito facilmente o código gerado pelo tradutor – por simples “copiar” e “colar” – foi um elemento fundamental de decisão. A Figura 1.1 ilustra o processo de tradução implementado na aplicação WEBGRAF. Duas tecnologias Web merecem destaque: A linguagem XML (Extensible Markup Language) [1] e a programação em JSP (JavaServer Pages) [13]. A primeira serve a explicitação textual dos modelos de controlo – GRAFCET e Redes de Petri; a segunda é usada para tratamento dos dados XML e criação dinâmica de páginas Web contendo o correspondente programa para PLC. A explicitação de Grafcets em XML é outro aspecto inovador deste trabalho. De facto, tem por base a proposta de uma estrutura de dados totalmente original, uma vez que, tanto quanto os autores sabem, não são do conhecimento público tendências de normalização nesse sentido. Já no caso das Redes de Petri é seguida uma metodologia baseada em normas emergentes [20], visando assim compatibilizar a aplicação com estruturas de dados já comummente aceites. A programação em JSP, não obstante passar completamente despercebida aos utilizadores da aplicação WEBGRAF, tem uma importância capital. Correndo no servidor Web, contém os algoritmos de tradução de Grafcets e Redes
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PLATAFORMA WEB PARA TRADUÇÃO AUTOMÁTICA DE GRAFCETS E REDES DE PETRI EM PROGRAMAS DE PLCs
Listagem 4.2
Programa em Lista de Instruções para a Rede de Petri da Figura 4.4.
6. CONCLUSÕES Este artigo apresentou uma ferramenta de tradução automática de soluções de controlo sequencial definidas em GRAFCET ou Redes de Petri para uma das linguagens mais utilizadas na programação de PLCs: a Lista de Instruções. Esta ferramenta – denominada WEBGRAF – teve como plataforma alvo a Web, dado que, um dos seus requisitos, foi a utilização de tecnologias de fácil acesso, livres e de simples utilização. Tanto quanto é do conhecimento dos autores, trata-se de uma aplicação absolutamente original, pese embora outras aplicações Web existam em torno da concepção de controladores lógicos [5] [6]. Num futuro próximo os autores propõe-se refinar esta aplicação, tentando desenvolver ferramentas que permitam gerar os ficheiros XML de forma mais rápida, intuitiva e transparente. Recorda-se que a aplicação WEBGRAF está disponível a partir do endereço http://gnomo.fe.up.pt/~maic/teses/agomes/, onde diversos exemplos de aplicação e literatura adicional podem ser encontrados.
6. REFERÊNCIAS [1] Coelho, Pedro A., “XML, A Nova Linguagem da WEB”, 2ª Edição, FCA, 2000. [2] David, R., Alla, H., “Du Grafcet aux réseaux de Petri”, Paris: Hermes, cop. 1992. [3] Extensible Markup Language (XML) 1.0. (2002) W3C Recommendation, http://www.w3.org, 2003. [4] Francisco, António M. S., “Autómatos Programáveis”, 2ª Ed. Edições LIDEL – 2003. [5] Frey, G., Minas, M., “Visual PLC-Programming using Signal Interpreted Petri Nets”, Proc. American Control Conf. 2002 – ACC2002, pp. 5019-5024, May 2002. [6] Frey, G., Minas, M., “Internet-based development of logic controllers using Signal Interpreted Petri Nets and IEC 61131”, 2001. [7] Gomes, António F. N., “WEBGRAF – Aplicação WEB para Execução de GRAFCETs e Redes de Petri em Controladores Lógicos Programáveis”, Tese de Mestrado, FEUP, Porto, Portugal, Abril, 2004. [8] Gomes, António F. N.; Magalhães, António J. P., “WEBGRAF – Ferramenta Web de Apoio à Programação de Controladores Lógicos Programáveis”, 4as Jornadas Politécnicas de Engenharia, ISEP, Porto; Novembro, 2004. [9] Hayes, John P., “Introduction to Digital Logic Design”, Addison- Wesley, 1994. [10] Jones, A. H., Uzam, M., “Real-Time Implementation of Automation Petri Net Controllers Using Programmable Logic Controllers”, 4th IFAC Workshop on Algorithms and Architectures for Real-Time Control – AARTC’97, pp. 421– 426.1997, [11] Jones, A. H.; Uzam, M.; Khan, A. H.; Karimzadgan, D.; Kenway, S. B., “A General Methodology for Converting Petri Nets Into Ladder Logic: The TPLL Methodology”, in Proceedings of the CIMAT’96, France, May 29-31 1996, pp. 357-362. [12] Jüngel, Matthias; Kindler, Ekkart; Weber, Michael, “The Petri Net Markup Language”, 31st August 2000. [13] Kurniawan, Budi, “Java for the Web with Servlets, JSP, and EJB : A Developer’s guide to J2EE solutions”, 2002. [14] Machado, José M. “Da Especificação em Grafcet (IEC 60 848) à Implementação em Ladder (IEC 61131-3)”, Univ. Minho, Escola de Engenharia, 2003. [15] Mano, Morris, “Digital Design”, Second Edition, New Jersey : Prentice-Hall, cop. 1991. [16] Manual SIEMENS, “SIMATIC-Software, S7-200 Statement List and Ladder Logic Programming, Reference Manual”, 1996. [17] Melore, Phil “The PLC Tutor”, http://www.plcs.net, 2003. [18] Norma IEC 848 – Preparation of Function Charts for Control Systems, 1988. [19] Norma IEC 1131-3: PLC’s Programming Languages – Part 3, 1993. [20] Petri Net Markup Language, http://www.informatik.hu-berlin.de/top/pnml/about.html, 2003. [21] Ramadge and Wonham, “The Control of Discrete Event Systems”. Proc of The IEEE, Vol 77, No 1, Jan 1989. [22] Wegrzyn, A. “New Approach for logic Controller Modeling”, Proc. Controlo 2002, 5nd Portuguese Conference on Automatic Control, Aveiro, Portugal, September 5-7, 2002. [23] Wegrzyn, A., Bubacz, P. “XML Application for Modelling and Simulation of Concurrent Controllers”, The International Workshop on Discrete-Event System Design, DESDes’01,Przytok near Zielona Gora, Poland, June 27-29, 2001.
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