PLC-systeem voor meerassige bietenrooier met modelgebaseerd ontwerp

Ontvang onze
casebook

Door Vincent Theunyck, Partner bij Vintecc, Creator of Smarter Machines

Onze competenties

Model-Based Design
PLC deployment
Simulatie
Matlab/Simulink modeleren

“Model-Based Design versnelde de ontwikkeling enorm en maakte het mogelijk om met weinig extra werk extra features aan te bieden. Dit gaf ons veel vertrouwen in de software die we leverden. Zonder modellering en simulatie zouden we misschien nog steeds moeite hebben om het systeem aan de gang te krijgen.”

Vincent Theunynck

Partner

Vintecc

Matlab/Simulink modeleren, Simulatie

Vintecc, partner van Mathworks, heeft een bietrooier opnieuw ontworpen en gebouwd met een sterk op maat gemaakte architectuur. Met een motor van 780 pk die drie onafhankelijke achterassen en twee onafhankelijke wielen op de vooras aandrijft, is de oogstmachine in staat om 100 ton product in één enkele lading te verzamelen en te vervoeren. Vintecc ontwierp en implementeerde het besturingssysteem voor de hele oogstmachine, inclusief de aandrijflijn, opvangbak en alle andere mechanische en hydraulische componenten, met behulp van Simulink® en Model-Based Design.

"Bij elke grote machine zijn veiligheid en betrouwbaarheid van cruciaal belang", zegt Vincent Theunynck, partner en ingenieur bij Vintecc. “Door de besturingssoftware, de aandrijflijn en andere kerncomponenten in Simulink te modelleren en te simuleren, konden we zien hoe het allemaal werkte. We hebben geverifieerd of de software presteerde zoals initieel bedoeld voordat we op de eigenlijke machine testten - eerst in model-in-the-loop-simulaties, daarna in hardware-in-the-loop-simulaties".

Uitdaging

Onze uitdaging? Het ontwikkelen van een PLC-gebaseerd besturingssysteem voor een vierassige bietenrooier met een capaciteit van 100 ton.

De vorige versie van de bietrooier was kleiner en gemakkelijker te besturen. Hiervoor waren enkel eenvoudige elektronische bediening nodig en geen software. De nieuwe bietrooier, met meer functionaliteiten en een veel grotere capaciteit, vereiste een aanzienlijk complexer besturingssysteem. We moesten de aandrijflijn en hydraulische componenten van de bietrooier nauwkeurig modelleren om op simulatie gebaseerde foutopsporing en verificatie van de controllers mogelijk te maken voordat de hardware beschikbaar was.

Hoewel Vintecc ervaring had met het ontwikkelen van controllers in C, was er nog weinig ervaring met Structured Text (ST). Om ervoor te zorgen dat het systeem zich zou gedragen zoals verwacht, wilde Vincent de PLC's niet handmatig coderen en de besturingscode op de eigenlijke machine debuggen. In plaats daarvan wilde hij zijn ontwerp debuggen en verifiëren door middel van simulatie en vervolgens automatisch IEC 61131-3 ST-broncode genereren voor de PLC-systemen.

Oplossing

Bietrooier met Vintecc besturingssysteem.

De oplossing was om modelgebaseerd ontwerp te gebruiken om controller- en installatiemodellen te ontwikkelen, ontwerpen te verifiëren met MIL- en HIL-simulaties en gestructureerde productietekst te genereren voor PLC-implementatie. was the solution!

Vintecc heeft het complete besturingssysteem van de bietenrooier gemodelleerd, gesimuleerd en geïmplementeerd met behulp van Model-Based Design met MATLAB.^®, Simulink en Simscape™.

Vincent verdeelde het ontwerp van het besturingssysteem in drie grote applicatieprogramma's, elk geïmplementeerd op een afzonderlijke PLC en met elkaar communicerend via een CAN-netwerk.

“We hebben voor elke controller een model gemaakt waarin Stateflow grafieken is opgenomen^® om uitvoeringsmodi te beheren en Simulink-elementen zoals PID-controllerblokken om de hydraulische en mechanische systemen van de oogstmachine .”

Met behulp van Simscape ontwikkelde Vintecc fabrieksmodellen die banden en carrosserie-elementen bevatten; hydraulische pompen, motoren en cilinders; aandrijflijn componenten; en mechanische verbindingen.

Om de tractiecontrole, automatische asuitlijning, cruisecontrol, auto-reverse en andere functies van zijn bedieningsontwerp te verifiëren, voerde Vincent model-in-the-loop (MIL) simulaties uit van de controller en plantmodellen in Simulink.

Na het genereren van CODESYS^® compliant ST van de controllermodellen met Simulink PLC Coder™, stelde Vincent de applicatie samen in de CODESYS-omgeving en implementeerde hij zijn besturingsontwerpen op drie PLC's uit de IFM EcoMat Mobile-productfamilie.

Met behulp van Vehicle Network Toolbox™ implementeerde Vintecc een CAN-interface op de fabrieksmodellen, waardoor de modellen berichten kunnen verzenden en ontvangen via een CAN-bus. Vincent voerde hardware-in-the-loop (HIL)-simulaties uit waarbij de PLC-controllers via CAN-berichten communiceerden met de Simulink-fabrieksmodellen, die hij in realtime uitvoerde met Simulink Desktop Real-Time™.

Tijdens de ontwikkeling heeft Vintecc MATLAB gebruikt om simulatieresultaten na te bewerken en te visualiseren.

Nadat 90% van de software via simulatie was geverifieerd en gevalideerd, was de enige resterende stap om het PLC-besturingssysteem te testen op de eigenlijke hardware om een correcte parameterafstemming te garanderen vooraleer het voltooide systeem werd geleverd aan de klant.

Het resultaat

- 90% van het ontwerp is geverifieerd nog voor de hardware beschikbaar was. “Deze machines worden in zeer korte tijd ingezet, dus ze moeten uiterst betrouwbaar zijn”, zegt Vincent Theunynck. "Onze strenge verificatie- en validatieproces heeft het aantal potentiële fouten tot een absoluut minimum teruggebracht, zodat de machine volledig operationeel blijft, zonder uitvaltijd of onderbreking van de bedrijfsvoering van de klant."

- Ontwikkelingsschema met maanden verkort. "Model-Based Design verkortte de ontwikkeling met twee tot drie maanden omdat het ons in staat stelde om automatisch productiesoftware te genereren en functioneel gedrag te verifiëren door middel van simulatie", zegt Vincent Theunynck. “Hierdoor waren we in staat om meer automatische functies te ontwikkelen dan we aanvankelijk hadden bedoeld, waardoor de klant een hoger rendement op zijn software-investering kreeg.”

- Nieuwe functies binnen enkele dagen geïmplementeerd. "In het begin van het project vroeg de klant om twee nieuwe functies: cruise control en auto-reverse", zegt Vincent. Met Model-Based Design heb ik beide functies in slechts twee dagen geïmplementeerd en getest.”