Simulation of IEC 61499-compliant controls in Modelica

This thesis focuses on representing IEC 61499-compliant control systems with particular attention to computational efficiency and scalability. By leveraging the integration of Modelica and C code, the initial nucleus of a model library called IEC61499Lib was developed along the concepts and abstractions set forth. The thesis highlights the library's capabilities in simulating digital control systems and accurately representing the IEC61499 standard. Various applications are examined to demonstrate the potential use of the library in real-world scenarios, along with the integration of IEC61499 with the IEC61131-3 standard, improving interoperability and facilitating the development of advanced control solutions. By addressing the challenges of combining imperative and declarative modelling for Cyber-Physical Systems (CPS), the research contributes to the advancement of simulation-centric Digital Twins (DT). As highlighted by the development of IEC61499Lib, the integration of IEC61499 into the Modelica ecosystem, which was carried out with the OpenModelica translator to maximise experience sharing, provides a comprehensive framework for efficient and reliable control systems, meeting the requirements of Industry 4.0. This approach ensures flexibility, adaptability, and integration of control systems, thereby contributing to the advancement and simulation of digital technologies in industrial automation.

Questa tesi si concentra sulla rappresentazione di sistemi di controllo conformi alla norma IEC 61499, con particolare attenzione all'efficienza computazionale e alla scalabilità. Sfruttando l'integrazione di Modelica e codice C, è stato sviluppato il nucleo iniziale di una libreria di modelli chiamata IEC61499Lib, basata sui concetti e le astrazioni definite. La tesi mette in evidenza le capacità della libreria nella simulazione di sistemi di controllo digitale e nella rappresentazione accurata dello standard IEC61499. Vengono esaminate varie applicazioni per dimostrare il potenziale utilizzo della libreria in scenari reali, insieme all'integrazione di IEC61499 con lo standard IEC61131-3, migliorando l'interoperabilità e facilitando lo sviluppo di soluzioni di controllo avanzate. Affrontando le sfide della combinazione di modellazione imperativa e dichiarativa per i sistemi ciberfisici (Cyber-Physical Systems), la ricerca contribuisce all'avanzamento dei gemelli digitali (Digital Twins) centrati sulla simulazione. Come evidenziato dallo sviluppo di IEC61499Lib, l'integrazione di IEC61499 nell'ecosistema Modelica, effettuata con il traduttore OpenModelica per massimizzare la condivisione delle esperienze, fornisce un quadro completo per sistemi di controllo efficienti e affidabili, rispondendo ai requisiti dell'Industria 4.0. Questo approccio garantisce flessibilità, adattabilità e integrazione dei sistemi di controllo, contribuendo così all'avanzamento e alla simulazione delle tecnologie digitali nell'automazione industriale.