Integration of sensor and actuator networks and the SCADA System to promote the migration of the legacy flexible manufacturing system towards the industry 4.0 concept

Se implementan redes de sensores y actuadores en los procesos de fabricación automatizados utilizando buses de campo industriales, donde las unidades de automatización y los sistemas de supervisión también están conectados a intercambiar información operacional. En el contexto de la cuarta revolución industrial entrante, llamada Industria 4.0, la gestión de las instalaciones de legado es una cuestión primordial a tratar. Este documento presenta una solución para mejorar la conectividad de un sistema de fabricación flexible heredado, que constituye el primer paso en la adopción del concepto de Industria 4.0. Tal sistema incluye el PROCESO de bus de campo FIELD BUS (PROFIBUS) alrededor del cual se interconectan los sensores, actuadores y controladores. En orden para establecer una comunicación efectiva entre la red de sensores y actuadores y una red de supervision se implementa un enfoque de hardware y software que incluye la conectividad Ethernet. Este se prevé que la labor contribuya a la migración de los sistemas heredados hacia la desafiante industria 4.0 marco. Los resultados experimentales prueban el correcto funcionamiento del FMS y la viabilidad de la propuesta.Networks of sensors and actuators in automated manufacturing processes are implemented using industrial fieldbuses, where automation units and supervisory systems are also connected to exchange operational information. In the context of the incoming fourth industrial revolution, called Industry 4.0, the management of legacy facilities is a paramount issue to deal with. This paper presents a solution to enhance the connectivity of a legacy Flexible Manufacturing System, which constitutes the first step in the adoption of the Industry 4.0 concept. Such a system includes the fieldbus PROcess FIeld BUS (PROFIBUS) around which sensors, actuators, and controllers are interconnected. In order to establish effective communication between the sensors and actuators network and a supervisory system, a hardware and software approach including Ethernet connectivity is implemented. This work is envisioned to contribute to the migration of legacy systems towards the challenging Industry 4.0 framework. The experimental results prove the proper operation of the FMS and the feasibility of the proposal.peerReviewe

A Survey on Industrial Control System Testbeds and Datasets for Security Research

The increasing digitization and interconnection of legacy Industrial Control Systems (ICSs) open new vulnerability surfaces, exposing such systems to malicious attackers. Furthermore, since ICSs are often employed in critical infrastructures (e.g., nuclear plants) and manufacturing companies (e.g., chemical industries), attacks can lead to devastating physical damages. In dealing with this security requirement, the research community focuses on developing new security mechanisms such as Intrusion Detection Systems (IDSs), facilitated by leveraging modern machine learning techniques. However, these algorithms require a testing platform and a considerable amount of data to be trained and tested accurately. To satisfy this prerequisite, Academia, Industry, and Government are increasingly proposing testbed (i.e., scaled-down versions of ICSs or simulations) to test the performances of the IDSs. Furthermore, to enable researchers to cross-validate security systems (e.g., security-by-design concepts or anomaly detectors), several datasets have been collected from testbeds and shared with the community. In this paper, we provide a deep and comprehensive overview of ICSs, presenting the architecture design, the employed devices, and the security protocols implemented. We then collect, compare, and describe testbeds and datasets in the literature, highlighting key challenges and design guidelines to keep in mind in the design phases. Furthermore, we enrich our work by reporting the best performing IDS algorithms tested on every dataset to create a baseline in state of the art for this field. Finally, driven by knowledge accumulated during this survey's development, we report advice and good practices on the development, the choice, and the utilization of testbeds, datasets, and IDSs

Machine learning based anomaly detection for industry 4.0 systems.

223 p.This thesis studies anomaly detection in industrial systems using technologies from the Fourth Industrial Revolution (4IR), such as the Internet of Things, Artificial Intelligence, 3D Printing, and Augmented Reality. The goal is to provide tools that can be used in real-world scenarios to detect system anomalies, intending to improve production and maintenance processes. The thesis investigates the applicability and implementation of 4IR technology architectures, AI-driven machine learning systems, and advanced visualization tools to support decision-making based on the detection of anomalies. The work covers a range of topics, including the conception of a 4IR system based on a generic architecture, the design of a data acquisition system for analysis and modelling, the creation of ensemble supervised and semi-supervised models for anomaly detection, the detection of anomalies through frequency analysis, and the visualization of associated data using Visual Analytics. The results show that the proposed methodology for integrating anomaly detection systems in new or existing industries is valid and that combining 4IR architectures, ensemble machine learning models, and Visual Analytics tools significantly enhances theanomaly detection processes for industrial systems. Furthermore, the thesis presents a guiding framework for data engineers and end-users

Real-time Control and Vibrations Analysis of a Completely Automated Miniaturized Rig

Drilling Automation has become an important research effort in the Oil and Gas Industry since the fall of Oil prices in 2008. The cyclical nature of our industry and the fierce competition is pushing operators and drilling service companies to either be more efficient, or fade. A miniaturized autonomous drilling machine was built for the Society of Petroleum Engineering – (SPE) DSATS 2016 Drillbotics™ International Competition with the objective of performing optimal operations in terms of rate of penetration and energy efficiency. The miniaturized rig uses state-of-the-art sensors, control algorithms, and innovative instrumentation solutions, leading to a significant amount of data to be analyzed in real-time. High-frequency data was acquired using LabVIEW and analyzed in real-time using the MATLAB programming environment. The results of the analysis are used in a closed-loop control algorithm to optimize the rate of penetration, energy efficiency and mitigate drilling equipment failures. Using real-time instrumentation data an automated step-test procedure was implemented to optimize drilling parameters on the fly. Remote control and surveillance is possible through an in-house developed web server and smartphone app. During the initial testing phase, vibration-induced dysfunctions were mitigated and a 110% rate of penetration improvement was observed compared to initial tests. In addition, control structure was enhanced with stand-alone micro controller driven controllers that improved weight on bit (WOB) and RPM control accuracy by 305%

Developing an Effective Detection Framework for Targeted Ransomware Attacks in Brownfield Industrial Internet of Things

The Industrial Internet of Things (IIoT) is being interconnected with many critical industrial activities, creating major cyber security concerns. The key concern is with edge systems of Brownfield IIoT, where new devices and technologies are deployed to interoperate with legacy industrial control systems and leverage the benefits of IoT. These edge devices, such as edge gateways, have opened the way to advanced attacks such as targeted ransomware. Various pre-existing security solutions can detect and mitigate such attacks but are often ineffective due to the heterogeneous nature of the IIoT devices and protocols and their interoperability demands. Consequently, developing new detection solutions is essential. The key challenges in developing detection solutions for targeted ransomware attacks in IIoT systems include 1) understanding attacks and their behaviour, 2) designing accurate IIoT system models to test attacks, 3) obtaining realistic data representing IIoT systems' activities and connectivities, and 4) identifying attacks. This thesis provides important contributions to the research focusing on investigating targeted ransomware attacks against IIoT edge systems and developing a new detection framework. The first contribution is developing the world's first example of ransomware, specifically targeting IIoT edge gateways. The experiments' results demonstrate that such an attack is now possible on edge gateways. Also, the kernel-related activity parameters appear to be significant indicators of the crypto-ransomware attacks' behaviour, much more so than for similar attacks in workstations. The second contribution is developing a new holistic end-to-end IIoT security testbed (i.e., Brown-IIoTbed) that can be easily reproduced and reconfigured to support new processes and security scenarios. The results prove that Brown-IIoTbed operates efficiently in terms of its functions and security testing. The third contribution is generating a first-of-its-kind dataset tailored for IIoT systems covering targeted ransomware attacks and their activities, called X-IIoTID. The dataset includes connectivity- and device-agnostic features collected from various data sources. The final contribution is developing a new asynchronous peer-to-peer federated deep learning framework tailored for IIoT edge gateways for detecting targeted ransomware attacks. The framework's effectiveness has been evaluated against pre-existing datasets and the newly developed X-IIoTID dataset

XVII Simposio CEA de Control Inteligente: Reunión anual del grupo de Control Inteligente del comité español de automática (CEA). Libro de Actas, León, 27-29 de junio de 2022

Al igual que en las ediciones anteriores, el XVII Simposio CEA de Control Inteligente ha tratado de mantener los objetivos propuestos por el Grupo Temático de CEA y desarrollar unas jornadas de convivencia en las que se han desarrollado actividades científicas de investigación, de formación de doctores, de relaciones con la industria y, por supuesto, actividades culturales y de relaciones sociales de todos los miembros que formamos esta comunidad científica. Este año, el lugar elegido para la celebración del Simposio ha sido la ciudad de León y le ha correspondido la organización del mismo al Grupo de Investigación SUPPRESS de la Universidad de León, dirigido por el profesor Manuel Domínguez. Con más de 90 asistentes en algunas de las actividades del Simposio, hemos conseguido batir récords de asistencia y generar un ambiente más que propicio para desarrollar distintas discusiones científicas de gran calado. Esto demuestra el interés que suscita nuestra disciplina en estos tiempos. Durante los últimos años el control inteligente está demostrando ser una herramienta esencial para contribuir a solucionar los grandes retos que se nos van a plantear en el futuro. Pero, hasta la fecha no habíamos experimentado, tan de primera mano, los efectos derivados del cambio climático, la falta de recursos energéticos y de materias primas, las pandemias, la falta de recursos hídricos, la ciberseguridad o los incendios. Por ello, más que nunca se antoja necesario reflexionar, reforzar nuestros vínculos o crear nuevas sinergias para contribuir y poner nuestro valioso conocimiento a disposición de nuestra sociedad. En este sentido nossentimos orgullosos de presentar las contribuciones tan valiosas que recoge este documento. Estas han superado todas nuestras expectativas, lo que da muestras del sentido de responsabilidad que tiene el Grupo Temático CEA de Control Inteligente con su tiemp

XLIII Jornadas de Automática: libro de actas: 7, 8 y 9 de septiembre de 2022, Logroño (La Rioja)

[Resumen] Las Jornadas de Automática (JA) son el evento más importante del Comité Español de Automática (CEA), entidad científico-técnica con más de cincuenta años de vida y destinada a la difusión e implantación de la Automática en la sociedad. Este año se celebra la cuadragésima tercera edición de las JA, que constituyen el punto de encuentro de la comunidad de Automática de nuestro país. La presente edición permitirá dar visibilidad a los nuevos retos y resultados del ámbito, y su uso en un gran número de aplicaciones, entre otras, las energías renovables, la bioingeniería o la robótica asistencial. Además de la componente científica, que se ve reflejada en este libro de actas, las JA son un punto de encuentro de las diferentes generaciones de profesores, investigadores y profesionales, incluyendo la componente social que es de vital importancia. Esta edición 2022 de las JA se celebra en Logroño, capital de La Rioja, región mundialmente conocida por la calidad de sus vinos de Denominación de Origen y que ha asumido el desafío de poder ganar competitividad a través de la transformación verde y digital. Pero también por ser la cuna del castellano e impulsar el Valle de la Lengua con la ayuda de las nuevas tecnologías, entre ellas la Automática Inteligente. Los organizadores de estas JA, pertenecientes al Área de Ingeniería de Sistemas y Automática del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de La Rioja (UR), constituyen un pilar fundamental en el apoyo a la región para el estudio, implementación y difusión de estos retos. Esta edición, la primera en formato íntegramente presencial después de la pandemia de la covid-19, cuenta con más de 200 asistentes y se celebra a caballo entre el Edificio Politécnico de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial y el Monasterio de Yuso situado en San Millán de la Cogolla, dos marcos excepcionales para la realización de las JA. Como parte del programa científico, dos sesiones plenarias harán hincapié, respectivamente, sobre soluciones de control para afrontar los nuevos retos energéticos, y sobre la calidad de los datos para una inteligencia artificial (IA) imparcial y confiable. También, dos mesas redondas debatirán aplicaciones de la IA y la implantación de la tecnología digital en la actividad profesional. Adicionalmente, destacaremos dos clases magistrales alineadas con tecnología de última generación que serán impartidas por profesionales de la empresa. Las JA también van a albergar dos competiciones: CEABOT, con robots humanoides, y el Concurso de Ingeniería de Control, enfocado a UAVs. A todas estas actividades hay que añadir las reuniones de los grupos temáticos de CEA, las exhibiciones de pósteres con las comunicaciones presentadas a las JA y los expositores de las empresas. Por último, durante el evento se va a proceder a la entrega del “Premio Nacional de Automática” (edición 2022) y del “Premio CEA al Talento Femenino en Automática”, patrocinado por el Gobierno de La Rioja (en su primera edición), además de diversos galardones enmarcados dentro de las actividades de los grupos temáticos de CEA. Las actas de las XLIII Jornadas de Automática están formadas por un total de 143 comunicaciones, organizadas en torno a los nueve Grupos Temáticos y a las dos Líneas Estratégicas de CEA. Los trabajos seleccionados han sido sometidos a un proceso de revisión por pares

Recent Development of Hybrid Renewable Energy Systems

Abstract: The use of renewable energies continues to increase. However, the energy obtained from renewable resources is variable over time. The amount of energy produced from the renewable energy sources (RES) over time depends on the meteorological conditions of the region chosen, the season, the relief, etc. So, variable power and nonguaranteed energy produced by renewable sources implies intermittence of the grid. The key lies in supply sources integrated to a hybrid system (HS)

Manipulador aéreo con brazos antropomórficos de articulaciones flexibles

[Resumen] Este artículo presenta el primer robot manipulador aéreo con dos brazos antropomórficos diseñado para aplicarse en tareas de inspección y mantenimiento en entornos industriales de difícil acceso para operarios humanos. El robot consiste en una plataforma aérea multirrotor equipada con dos brazos antropomórficos ultraligeros, así como el sistema de control integrado de la plataforma y los brazos. Una de las principales características del manipulador es la flexibilidad mecánica proporcionada en todas las articulaciones, lo que aumenta la seguridad en las interacciones físicas con el entorno y la protección del propio robot. Para ello se ha introducido un compacto y simple mecanismo de transmisión por muelle entre el eje del servo y el enlace de salida. La estructura en aluminio de los brazos ha sido cuidadosamente diseñada de forma que los actuadores estén aislados frente a cargas radiales y axiales que los puedan dañar. El manipulador desarrollado ha sido validado a través de experimentos en base fija y en pruebas de vuelo en exteriores.Ministerio de Economía y Competitividad; DPI2014-5983-C2-1-