江森自控加速开发磁轴承离心液体冷却器工业控制器
挑战
解决方案
结果
- 设计迭代从几个月减少到几天
- 交付高质量的软件
- 发展加速
“使用我们之前的方法，我们仍将致力于控制器。有了基于模型的设计，我们不仅更快地发布了它;我们也交付了一个更稳定的产品。控制器调得非常好，我们99%的客户都只运行默认配置而不做任何调整。”
柯蒂斯·克兰，江森自控
大型建筑、数据中心和其他设施依靠冷水机来冷却和除湿空气;他们也为工业和商业应用提供冷冻水。采暖、通风和空调(HVAC)系统通常占商业建筑年总能耗的一半，这使它们成为提高能源效率的好选择。
纽约®磁离心式冷水机组江森自控(YMC2)系统采用主动磁轴承技术，消除了对油润滑轴承的需求，使冷水机组能耗更低:比油润滑的变速离心冷水机组能耗低10-15%，比传统的定速冷水机组能耗低40%。除了这项技术，最新的YMC2系统还采用了重新设计的变速驱动器、蒸发器和先进的控制系统。
江森自控的工程师使用基于模型的设计与MATLAB®和仿真软件®开发YMC2冷水机组的专有容量控制逻辑，持续监测和微调冷水机组的操作，以保持最佳性能。
江森自控高级工程师Curtis Crane表示:“基于模型的设计使我们能够比传统方法更快地交付更高质量的控制系统。”“我们在Simulink中设计了一个完全集成的控制系统，通过仿真对其进行验证和优化，为我们的生产冷水机生成了约50万行代码。其结果是，该系统可以更快地达到设定值，提供精确的控制，几乎不需要现场配置或维护。”
挑战
江森自控(Johnson Controls)的工程师们试图开发下一代的控制器，多年来，这种控制器变得越来越复杂。最早的约克冷水机组配有气动控制面板;后来的版本有机电和电子控制。工程师们将每个新的控制器设计都建立在其前身的基础上，对其进行更新以支持新的硬件功能。随着时间的推移，随着不同控制元素的出现，这种设计也受到了挑战。
江森自控还发现了开发过程效率低下的问题。新功能和bug的修复必须用C语言编程，进行台架测试，然后在真正的冷水机上重新测试，这导致了缓慢的迭代。由于调试手写的代码需要在冷水机上进行大量昂贵的测试，因此从书面规范中实现一个新想法可能需要数月时间。江森自控公司不仅决定重新设计冷水机控制系统，而且还彻底检查其开发过程。
解决方案
江森自控的工程师使用基于模型的设计来加速开发更高效、更稳定的冷水机组控制系统。
该团队使用Stateflow在Simulink中对控制器建模®为主要组件创建状态机的层次结构。线性控制元件，包括比例积分导数(PID)控制，在MATLAB中实现，并利用MATLAB函数块集成到Simulink模型中。
控制模型包括30多个参考模型，每个模型包含数千个块。
在设计控制器的同时，江森自控公司的工程师在Simulink中开发了一个冷水机组模型。工程师们使用控制和工厂模型进行了广泛的闭环模拟。模拟场景包括极端温度和其他难以或不可能在真实硬件上测试的条件。
使用嵌入式编码器®，工程师们从他们的Simulink和Stateflow模型中生成了50多万行C代码。他们使用PIL api和Embedded Coder提供的示例创建了一个循环中处理器(PIL)测试环境。在通过PIL测试验证代码之后，他们使用在生产控制面板上运行的软件进行硬件在环(HIL)测试。
该团队实现了一个日志功能，每100毫秒记录一次来自控制面板的数据，并在MATLAB中生成该数据的多个图，以帮助调试和故障排除。
经过测试、确认和优化软件，江森自控公司在生产YMC2系统上实现了该控制器。
结果
设计迭代从几个月减少到几天．克莱恩说:“用我们之前的方法，手工编写设计更改并在冷水机上调试可能需要数月时间。”“使用Simulink，我们可以更新模型，模拟它，生成代码，并在一两天内让更新的控制器在冷水机上运行。”
交付高质量的软件．Crane说:“因为我们已经在Simulink中彻底模拟了控制器，在HIL测试中发现的99%的问题都不在控制器上。”“我们对Embedded Coder生成的代码没有任何问题。”
发展加速．江森自控的首席工程师Robert Turney说:“有了MATLAB和Simulink，我们可以——这是第一次——看到我们的控件发生了什么，这使得调试更容易，加速了开发。”“生成代码而不是将设计发送给程序员编码，这也加快了开发速度，同时最小化了人为错误。”
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