M-Target for Simulink

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Schnelle Entwicklung von Regelungen und Ablaufsteuerungen durch modellbasierte Entwicklung

Das Programmpaket MATLAB^® und die zugehörige Simulationsumgebung Simulink^® von MathWorks gelten weltweit als Standard im Bereich der Modellierung dynamischer Systeme in technologisch anspruchsvollen Prozessen.

In diese Entwicklungsumgebung integriert M-Target for Simulink^® die Bachmann-Steuerung als umfassend unterstütztes Zielsystem. Das ermöglicht dem Benutzer, sein Automatisierungsprogramm in der vertrauten grafischen Simulink®-Programmierumgebung zu erstellen. In Kombination mit einem Anlagenmodell lassen sich sämtliche Betriebszustände des Programms vorab durch Simulation testen und optimieren. Die anschließende Codegenerierung und die Installation auf der Bachmann-Steuerung erfolgen automatisch im Hintergrund und erfordern keine Kenntnisse einer Programmiersprache. Diese vollständig integrierte Toolchain ermöglicht eine effiziente, zeitsparende Programmierung und Inbetriebnahme des Bachmann-Automatisierungssystems.

Mit M-Target können Applikationen inklusive ihrer Kommunikations- und Softwareschnittstellen zu anderen Softwareprogrammen, wie IEC 61131-3 und C/C++ Applikationen, vollständig in Simulink^® erstellt, getestet, online diagnostiziert und direkt auf der M200-Steuerung ausgeführt werden. Dieselbe Applikation kann ohne Anpassungen auf allen M200-Prozessormodulen der Serien MX, MC und MH verwendet werden. Das Deployment erfolgt direkt aus Simulink^® heraus. Dadurch reduzieren sich Entwicklungs-, Test- und Wartungsaufwände beim Wechsel oder Ausbau der Steuerungshardware.

Auf dem Bachmann-Automatisierungssystem können aus Simulink^® generierte Echtzeit-Applikationen parallel zu bestehenden PLC- sowie C/C++ Applikationen betrieben werden. Dadurch lassen sich neue Funktionen nahtlos in bestehende Automatisierungsarchitekturen integrieren.

Ein weiteres Merkmal ist das transparente und einfache Lizenzmodell, bei dem Benutzer von klar kalkulierbaren Kosten ohne komplexe lizenzabhängige Funktionseinschränkungen profitieren.

Features

Erstellung kompletter Applikationen inklusive Kommunikations- und Softwareschnittstellen direkt aus Simulink^®
Konfigurierbare und parametrierbare Applikationen ermöglichen eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anforderungen
Erstellung herkömmlicher sowie redundant ausführbarer Steuerungsapplikationen
Unterstützung von SIL- und HIL-Tests
Co-Simulation zwischen Simulink^® am Engineering-PC und der M200-Steuerung für Prototypenentwicklung und Teststände
Zuverlässige, automatische Codegenerierung schließt Fehlerquellen bei der manuellen Programmerstellung für die Zielsteuerung aus
Ausführung derselben Applikation auf allen unterstützten M200-Prozessormodulen
Paralleler Betrieb mit IEC 61131-3 und C/C++ Applikationen auf demselben Steuerungssystem
Direkte Online-Diagnose und Parametrierung von Echtzeit-Applikationen über Simulink^®
Austausch oder Aktualisierung von Applikationen ohne Neustart der Steuerung möglich
Transparentes und einfaches Lizenzmodell

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1. Modellierung

Sowohl Prozess (Strecke) als auch Regler- und Steuerprogramme werden in Simulink^® modelliert. Die Verwendung von verschiedensten anwendungsorientierten Toolboxen kann dabei die Arbeit für den Entwickler zusätzlich beschleunigen. Durch die zahlreichen domänenspezifischen Erweiterungen für physikalische Modellierung wie Simscape Electrical^TM, Simscape Fluids^TM, Simscape Multibody^TM usw. kann dies auch direkt in einer dem jeweiligen Prozessexperten bekannten Beschreibungswelt erfolgen. Für die mathematische Modellierung bietet MATLAB^® und Simulink^® zudem eine Fülle an fertigen Algorithmen. Etablierte Dienstleistungsunternehmen offerieren Modellentwicklungen in allen Domänen.

Bereits in dieser Phase können Schnittstellen zu IEC 61131-3-Programmen, C/C++ Modulen sowie weiteren Softwarekomponenten berücksichtigt und modelliert werden. Somit entsteht ein vollständiges digitales Abbild der späteren Applikation inklusive ihrer Vernetzung.

2. Simulation

Das entstandene vollständige Modell wird nun offline am Computer simuliert. Umfassende Testreihen möglicher Betriebszustände und Fehlersituationen können bereits in dieser Phase durchgespielt werden. Nahtlos folgen iterative Modellanpassungen und neue Simulationen.

Die leistungsfähigen Verfahren/Solver von MATLAB^® und Simulink^® ermöglichen die numerische Berechnung komplexer dynamischer Systeme. Umfangreiche Visualisierungsfunktionen wie Kurvenverläufe, Oberflächenplots und animierte 3D-CAD-Modelle unterstützen die Analyse, Validierung und Optimierung von Simulationsmodellen.

3. Generierung und Download

In diesem Schritt wird zunächst das Prozessmodell vom eigentlichen Steuer- oder Reglerteil separiert. Anschließend erfolgt per Mausklick die automatische Codegenerierung und die Erstellung des Anwendungsprogramms für das Echtzeitsystem.

Die fertige Applikation wird direkt aus der Bedienoberfläche von Simulink^® auf die Steuerung geladen. Dabei werden neben der eigentlichen Anwendung auch die erforderlichen Kommunikations- und Programmschnittstellen automatisch berücksichtigt.

Alternativ können Bibliotheken für IEC 61131-3-Programme oder für C/C++ generiert werden. Im Gegensatz zu direkt ausführbaren Softwaremodulen werden diese in den jeweiligen Entwicklungsumgebungen zur weiteren Applikationserstellung verwendet.

4. Test und Optimierung

Das erzeugte Echtzeitprogramm läuft nun in der Steuerung ab. Über die bei der Codegenerierung integrierten Kommunikationsschnittstellen tauscht es direkt mit Simulink^® am PC Daten aus. Im sogenannten "External Mode" stehen die tatsächlichen Prozesswerte (Variablen, Kanalwerte) online in Simulink^® zur Verfügung. Gleichzeitig lassen sich Variablenwerte und interne Parameter der Simulink^®-Blöcke im Echtzeitprogramm verändern.

Das Simulink^®-Modell ist in diesem Modus nur das grafische Frontend für Visualisierung und Parametervorgabe, während die Algorithmen auf dem Steuerungssystem laufen. In der realen Ablaufumgebung lässt sich die gefundene Lösung so verifizieren und weiter optimieren.

Für jede Entwicklungsphase steht eine passende Testmöglichkeit zur Verfügung: Neben Software-in-the-Loop-Tests (SIL) können Hardware-in-the-Loop-Tests (HIL) sowie Co-Simulationen eingerichtet werden. Dadurch lassen sich Funktionen und Systemverhalten frühzeitig absichern und Risiken bei der Inbetriebnahme deutlich reduzieren. Zur iterativen Verbesserung kann in einen vorangegangenen Prozessschritt gewechselt und dort nachgebessert werden.

5. Betrieb

Sobald ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht ist, kann der Projektierungs-PC von der Steuerung getrennt werden. Diese läuft autonom in Echtzeit weiter. Alle Schnittstellen zu parallel ablaufenden Anwendungsprogrammen auf derselben (oder anderen) Steuerung(en) bleiben bestehen. Die publizierten Prozessgrößen können über das Engineeringtool SolutionCenter oder in Visualisierungen dargestellt werden.

Das aus Simulink^® generierte Applikationsprogramm kann dauerhaft parallel zu bestehenden IEC 61131-3 und C/C++ Anwendungen betrieben werden. Aktualisierungen oder der Austausch von Applikationen können dabei ohne Neustart der Steuerung erfolgen. Dies erhöht die Anlagenverfügbarkeit und minimiert Stillstandszeiten bei Wartung und Weiterentwicklung.

Auch im laufenden Betrieb steht eine umfassende OnlineDiagnose direkt aus Simulink^® zur Verfügung. Hierdurch können Prozessdaten analysiert, Parameter angepasst und Optimierungen vorgenommen werden, ohne den modellbasierten Entwicklungsworkflow zu verlassen.

Einsatzgebiete

M-Target for Simulink^® eignet sich für die modellbasierte Entwicklung, Simulation und den Echtzeitbetrieb anspruchsvoller Automatisierungs-, Steuerungs- und Regelungsaufgaben auf Bachmann-Steuerungen.

Dank der direkten Integration in Simulink^®, der Ausführung derselben Applikation auf allen unterstützten M200-Prozessormodulen sowie der Möglichkeit zur Online-Diagnose eignet sich M-Target sowohl für die Entwicklung innovativer Prototypen als auch für den langfristigen industriellen Einsatz in Serienmaschinen und Anlagen.

Typische Einsatzgebiete sind:

Maschinenbau und Sondermaschinenbau
Motion Control und Antriebstechnik (Positionierung, Synchronisation, Servo- und Mehrachsregelungen)
Forschung & Entwicklung (F&E) für Rapid Prototyping sowie die Entwicklung und Validierung neuer Regelungs- und Steuerungsalgorithmen
Prüfstandsautomatisierung mit SIL-, HIL- und CoSimulationen
Industrie- und Prozessautomatisierung
Energie- und Umwelttechnik, beispielsweise Wind-, Wasser- und Energiespeicheranwendungen
OEM- und Serienanwendungen mit wiederverwendbaren Softwarekomponenten

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