Implementação de Redes de Petri Interpretadas para Controle como Método Padrão para Comissionamento de Projetos de Automação com Controladores Lógico Programáveis

Abstract

O presente trabalho aborda o desafio da padronização no desenvolvimento de software para Controladores Lógicos Programáveis (CLP) no contexto da automação de processos industriais. A ausência de um método formal na indústria frequentemente leva à criação de lógicas de controle de maneira ad hoc, resultando em softwares de difícil manutenção, baixa escalabilidade e suscetíveis a falhas críticas de comportamento, como o "efeito avalanche". Visando solucionar essa lacuna, este estudo propõe, implementa e analisa uma Metodologia de Desenvolvimento sistemática baseada no formalismo das Redes de Petri para a geração de código de controle robusto e verificável. A metodologia foi aplicada a um caso de estudo prático, um sistema de mistura por batelada, utilizando a plataforma Siemens TIA Portal. O processo iniciou com a modelagem direta da lógica do processo como uma Rede de Petri Interpretada para Controle (CIPN). Em seguida, o modelo foi submetido à verificação formal com o auxílio da ferramenta TINA, que comprovou matematicamente propriedades de segurança e funcionamento, como a ausência de travamentos (deadlocks) e a previsibilidade do sistema. Por fim, o modelo verificado foi sistematicamente traduzido para um código estruturado em ladder, garantindo total fidelidade ao comportamento projetado. Os resultados demonstram que a abordagem produz um controlador inerentemente mais seguro e de fácil manutenção, validando o método como um caminho eficaz para a padronização do desenvolvimento de software na empresa, com impactos positivos na qualidade do produto final, na segurança operacional e na otimização dos custos e tempos de engenharia.

This work addresses the challenge of standardization in software development for Programmable Logic Controllers (PLC) within the context of industrial automation. The absence of a formal method in the industry often leads to the creation of control logic in an ad hoc manner, resulting in low maintainability and susceptibility to logical flaws, such as the avalanche effect. Aiming to solve this gap, this study proposes and evaluates a systematic Development Methodology based on the formalism of Petri Nets. The methodology was applied to a practical case study, a batch mixing system, using the Siemens TIA Portal platform. The process consisted of the direct modeling of the control logic as a Control Interpreted Petri Net (CIPN), followed by the formal verification of its safety and operational properties with the TINA tool. Subsequently, the verified model was systematically translated into ladder code, ensuring full fidelity to the designed behavior. The results demonstrate that the developed model is mathematically robust, free from deadlocks, and predictable. The final implementation proved to be immune to critical timing flaws, such as the avalanche effect. The work validates the method as a viable path for standardization within the company, with direct impacts on the quality, safety, and maintainability of the software, in addition to optimizing commissioning and engineering time.