Διαδικασία ανάπτυξης βιομηχανικών εφαρμογών ελέγχου και εργαλείο υποστήριξής της
Authors: Τρανώρης Χρήστος 
Published: August 2021

Η αναβάθμιση της διαδικασίας ανάπτυξης εφαρμογών λογισμικού που αφορούν τον έλεγχο βιομηχανικών συστημάτων, είναι ένα θέμα που απασχολεί για δεκαετίες του μηχανικούς ελέγχου αλλά και τους μηχανικούς λογισμικού. Κατά την ανάπτυξη των βιομηχανικών εφαρμογών, οι μηχανικοί καλούνται να ικανοποιήσουν πληθώρα απαιτήσεων μεταξύ των οποίων: συμβατότητα με το υπάρχον εγκατεστημένο υλικό, συμβατότητα με τις ήδη εγκατεστημένες παλαιότερες εφαρμογές και επαναχρησιμοποίηση τμημάτων λογισμικού. Για τους παραπάνω λόγους, αναζητούνται συνεχώς λύσεις οι οποίες: θα προσφέρουν μια περισσότερο φιλική προς το μηχανικό ελέγχου διαδικασία ανάπτυξης η οποία θα υποστηρίζει επεκτασιμότητα των εφαρμογών, θα διευκολύνει την επαναχρησιμοποίηση τμημάτων του λογισμικού, θα ενισχύει την συντήρηση του λογισμικού και θα είναι ανεξάρτητη από το υλικό εκτέλεσης των βιομηχανικών συστημάτων. Η International Electrotechnical Commission (IEC) για να αντιμετωπίσει τις απαιτήσεις των σύγχρονων συστημάτων δημιούργησε το πρότυπο IEC61499 το οποίο έρχεται να επεκτείνει το Function Block του IEC61131. Το IEC61499, καθορίζει μια μεθοδολογία σχεδιασμού, όπου το Function Block είναι το βασικό δομικό συστατικό για την ανάπτυξη διαλειτουργικών κατανεμημένων εφαρμογών αυτοματισμού και ελέγχου. Οι εφαρμογές ελέγχου μπορούν να υλοποιηθούν από Function Block δίκτυα διασυνδέοντας τις εισόδους και εξόδους τους. Το IEC61499 προτείνει επίσης τον σχεδιασμό εργαλείων λογισμικού για την υποστήριξη (εν μέρει αυτοματοποίηση) της διαδικασίας ανάπτυξης. Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται μια νέα προσέγγιση για τον σχεδιασμό κατανεμημένων βιομηχανικών εφαρμογών και πιο συγκεκριμένα Συστημάτων Μέτρησης και Ελέγχου Βιομηχανικών Διεργασιών1 (IPMCSs) όπως τα ορίζει το πρότυπο IEC. Η προσέγγιση εστιάζει στον ορισμό μιας μεθοδολογίας για την φάση της ανάλυσης και κύρια την τεκμηρίωση των απαιτήσεων και τον μετέπειτα μετασχηματισμό του μοντέλου ανάλυσης σε μοντέλο σχεδιασμού. Η προτεινόμενη προσέγγιση βασίζεται σε κατάλληλα οριζόμενες έννοιες και τεχνικές και αξιοποιεί τελευταίες τάσεις από το χώρο της Μηχανιστικής Λογισμικού (Software Engineering), όπως είναι η έννοια της μετα-μοντελοποίησης (Meta-modeling) όπως αυτή ορίζεται στα πλαίσια της βασισμένης σε μοντέλα ανάπτυξης (Model Driven Development) και της Unified Modeling Language (UML) και των επεκτάσεων της (UML Profiles) και εφαρμογή αυτών στο σχεδιασμό βιομηχανικών εφαρμογών. Για την ομαλή μετάβαση από τις καταγεγραμμένες απαιτήσεις σε μοντέλα σχεδιασμού τεκμηριώθηκε και παρουσιάζεται ένα σύνολο κανόνων μετασχηματισμού το οποίο περιγράφηκε αυστηρά με χρήση της Object Constraint Language. Για να αξιοποιηθεί η προτεινόμενη προσέγγιση από μηχανικούς ελέγχου, σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένα εργαλείο λογισμικού συμβατό με το πρότυπο IEC61499. Το εργαλείο που έχει το όνομα CORFU ESS έρχεται να υποστηρίξει: α) την φάση της ανάλυσης, β) τον μετασχηματισμό του μοντέλου ανάλυσης σε μοντέλο σχεδιασμού, γ) τον σχεδιασμό εφαρμογών με Function Blocks όπως ορίζει το IEC61499, δ) την κατανομή των Function Block στις συσκευές των βιομηχανικών δικτύων και ε) τον έλεγχο των τελικών Function Block δικτύων. Η προσέγγιση εφαρμόσθηκε σε μελέτες περίπτωσης για να επιδείξει την εφαρμοσιμότητα της προτεινόμενης διαδικασίας, την αποτελεσματικότητα του εργαλείου που αναπτύχθηκε και την δυνατότητα της διαδικασίας και του εργαλείου να καλύψουν απαιτήσεις μικρής ή μεγάλης κλίμακας εφαρμογών.