基于模型设计的多轴收获机PLC系统的开发
挑战
解决方案
结果
- 在硬件可用之前，90%的设计都经过了验证
- 开发进度缩短了几个月
- 新功能在几天内实现
“基于模型的设计极大地加快了开发速度，使得只需要很少的额外工作就能提供额外的功能成为可能，并让我们对所交付的软件有了很高的信心。如果没有建模和仿真，我们可能仍然难以让系统启动和运行。”
文森特•Theunynck Vintecc
比利时咨询公司Vintecc的一个重要客户最近重新设计并建造了一台高度定制架构的收获机。有一个780马力的发动机驱动三个独立的后轴和两个独立的车轮在前轴上，收割机能够收集和运输100吨的产品在一次负载。
Vintecc使用Simulink设计和实现了整个收割机的控制系统，包括动力系统、收集器和所有其他机械和液压组件®和基于模型的设计。
Vintecc的创始人兼首席工程师文森特•特恩尼克(Vincent Theunynck)表示:“对于任何大型机器来说，安全性和可靠性都至关重要。”“通过在Simulink中建模和模拟控制软件、动力系统和其他核心组件，我们可以看到它是如何工作的。我们在实际机器上测试之前，首先在模型在环仿真中，然后在硬件在环仿真中验证了软件的执行效果。”
挑战
早期版本的收割机更小，更容易控制，只需要简单的电子控制，不需要软件。新的收割机，具有更多的功能和更大的容量，需要一个明显更复杂的控制系统。unynck需要对收割机的动力系统和液压元件进行精确建模，以便在硬件可用之前对控制器进行基于仿真的调试和验证。
尽管Theunynck有用C开发控制器的经验，但他之前几乎没有使用结构化文本(Structured Text, ST)的经验。为了确保整个系统按照预期运行，Theunynck希望避免手动编写plc代码，并在实际机器上调试控制代码。相反，他想通过仿真来调试和验证他的设计，然后自动生成PLC系统的IEC 61131-3 - ST源代码。
解决方案
Vintecc使用基于模型设计的MATLAB软件对整个收割机控制系统进行建模、仿真和实现®、Simulink和Simscape™。
unynck将整个控制系统设计分成三个主要的应用程序，每个程序在单独的PLC上实现，并通过CAN网络彼此通信。
Vintecc为每个包含Stateflow的控制器创建了一个模型®图来管理执行模式和Simulink元素，如PID控制器块，以控制收割机的液压和机械系统。
利用Simscape, Vintecc开发了包括轮胎和车身元素的工厂模型;液压泵、马达和气缸;动力系统部件;和机械联系。
为了验证牵引力控制、自动轴对准、巡航控制、自动倒车和他的控制设计的其他功能，Theunynck在Simulink中对控制器和植物模型进行了模型在环(MIL)仿真。
后生成CODESYS®与Simulink PLC Coder™控制器模型兼容的ST，他在CODESYS环境中编译了应用程序，并将他的控制设计部署到IFM EcoMat移动产品家族的三个PLC上。
使用车辆网络工具箱™，Theunynck在工厂模型上实现了CAN接口，使模型能够通过CAN总线发送和接收消息。他进行了硬件在环(HIL)模拟，其中PLC控制器通过CAN消息与Simulink工厂模型通信，他使用Simulink Desktop real - time™实时运行该模型。
在整个开发过程中，Theunynck使用MATLAB对仿真结果进行后处理和可视化。
在通过仿真验证和验证了90%的软件后，剩下的唯一步骤是在实际硬件上测试PLC控制系统，以确保在完成的系统交付给客户之前正确的参数调优。
结果
在硬件可用之前，90%的设计都经过了验证．Theunynck说:“这些机器的部署时间非常短，所以它们必须非常可靠。”“我们严格的验证和验证过程将潜在错误的数量减少到绝对最小，确保机器将继续完全运行，不会停机或中断客户的业务。”
开发进度缩短了几个月．Theunynck说:“基于模型的设计缩短了两到三个月的开发时间，因为它使我们能够自动生成生产软件，并通过模拟验证功能行为。”“结果，我们能够开发出比我们最初打算的更多的自动化功能，给客户软件投资带来更大的回报。”
新功能在几天内实现．Theunynck说:“在项目进行得很好时，客户要求增加两个新功能:巡航控制和自动倒车。”“如果采用传统的手工编码方法，这些更改至少需要10天的时间才能实现。通过基于模型的设计，我在两天内实现并测试了这两个功能。”
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