Modellbasierte Entwicklung/Simulation

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1 M-Target for Simulink Schnelle Entwicklung von Regelungen und Ablaufsteuerungen Das Programmpaket MATLAB und die zugehörige Toolbox Simulink von Mathworks Inc. gilt weltweit als Standard im Bereich der Modellierung dynamischer Systeme in technologisch anspruchsvollen Prozessen. Mit der vollständigen Integration der M1-Steuerung als Zielsystem wird eine komfortable und effiziente Umsetzung der MATLAB -Funktionen auf ein M1- Steuerungssystem ermöglicht. Der Anwender kann sich ausschließlich auf die Arbeit in der vertrauten, grafischen Simulink -Programmierumgebung konzentrieren, dort das System in seiner Gesamtheit übersichtlich modellieren und die Auswirkung von Änderungen bereits vor der Übertragung auf ein M1-Steuerungssystem simulieren. Die Generierung des Codes für das M1-Zielsystem erfolgt automatisch im Hintergrund und verlangt keine Kenntnisse einer Programmiersprache. Diese vollständige Integration ermöglicht eine effiziente Programmierung und Inbetriebnahme des M1-Steuerungssystems. Schnellere Implementierung von Steuerungen durch kürzere Regler-Design-Phasen Kürzere Inbetriebnahmezeiten durch zuverlässige, automatische Codegenerierung Höhere Übereinstimmung zwischen Maschinen- und Reglermodell Bereits vorhandene MATLAB / Simulink -Bibliotheken können in neuen Simulationen der Regler-Programme wieder verwendet werden. Die Integration von Bachmann»Ready-to-use«Software-Modulen erleichtert die Entwicklung komplexer, kundenspezifischer Software. Die eindeutige und unmittelbare Wechselwirkung zwischen Prozess-, Steuerungs- und Regler modell unterstützen eine stabilere Modellierung des Gesamtprozesses. Die Übertragung auf die M1-Steuerung erfolgt automatisch aus der MATLAB / Simulink -Umgebung heraus, Parametervariationen im Modell werden online im M1-Zielsystem (Target) umgesetzt. Ablaufsteuerungen können durch die optionale Stateflow-Toolbox implementiert werden. Artikel Artikel-Nr. M-Target for Simulink Einmallizenz M-Target for Simulink hreswartung

2 Entwicklungsprozess 1. Modellierung Sowohl Prozess (Strecke) als auch Reglerund Steuerprogramme werden in Simulink modelliert. Die Verwendung von verschie densten anwendungsorientierten Toolboxen kann dabei die Arbeit für den Entwickler zusätzlich beschleunigen. Durch die zahlreichen domänenspezifischen Erweiter-ungen für physikalische Modellierung wie SimHydraulics, SimMechanics etc. kann dies direkt in einer dem jeweiligen Prozess experten bekannten Beschreibungswelt erfolgen. Für die mathematische Modellierung bietet MATLAB und Simulink zudem eine Fülle an fertigen Algorithmen. Etablierte Dienstleistungsunternehmen offerieren Modellentwicklungen in allen Domänen. 2. Simulation Das entstandene vollständige Modell wird nun offline am Rechner simuliert. Umfassende Testreihen aller möglichen Betriebs zustände oder Fehlersituationen werden durchgespielt. Nahtlos folgen iterative Modellanpassungen und neue Simulationen. Die hochwertigen Verfahren/Solver zur numerischen Berechnung von Differentialgleichungen bewähren sich auch abseits einfacher analytischer Systeme. Hervorragende grafische Darstellungsmöglichkeiten, wie Kurven, Oberflächenplots bis hin zu animierten 3D-CAD-Modellen, optimieren den Arbeitsablauf. 1. Modellierung 2. Simulation 3. Generierung und Download 4. Test und Optimierung 5. Betrieb Download Commands Parameters Monitoring Prozess 367

3 3. Generierung und Download In diesem Schritt wird zunächst das Prozessmodell vom eigentlichen Steuer- oder Reglerteil separiert. Anschließend erfolgt per Mausklick die automatische Code-Generierung und die Erstellung der Applikation für das Echtzeitsystem. Diese kann direkt aus der Simulink -Oberfläche in die Steuerung geladen werden. Optional können auch Bibliotheken für IEC Programme oder Bibliotheken für C/C++ generiert werden, die dann in den jeweiligen Entwicklungsumgebungen zur Applikationserstellung verwendet werden. 4. Test und Optimierung Das erzeugte Echtzeitprogramm läuft nun in der Steuerung ab. Über die während der Code-Generierung integrierten Kommunikationsschnittstellen kann dieses jedoch direkt mit der Simulink -Oberfläche am PC Daten austauschen. Im sogenannten»external Mode«stehen dann die tatsächlichen Prozesswerte (Variablen, Kanalwerte) direkt in Simulink online zur Verfügung. Gleichzeitig können von dort aus Variablenwerte oder interne Parameter der Simulink - Blöcke im Echtzeitprogramm verändert werden. Das vom Entwickler erstellte Simulink -Modell ist in diesem Modus nur das grafische Front-End für die Visualisierung von Prozesswerten und Vorgabe von Parametern. Die Algorithmen werden auf dem Steuerungssystem ausgeführt. Unter Verwendung der realen Ablaufumgebung lässt sich die gefundene Lösung verifizieren und weiter optimieren. Gegebenenfalls kann in einen vorangegangenen Prozessschritt gewechselt und dort Adaptionen vorgenommen werden (iterative Verbesserung). 5. Betrieb Sobald ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht ist, kann der Projektierungs-PC von der Steuerung getrennt werden diese läuft autonom in Echtzeit weiter. Alle Schnitt stellen zu parallel ablaufenden Applikatio nen auf derselben (oder anderen) Steuerung(en) bleiben bestehen. Die publizierten Prozessgrößen können über das allgemeine Engineering-Tool SolutionCenter oder in Visualisierungen dargestellt werden. External Mode Online-Daten direkt aus dem Echtzeitsystem in Simulink anzeigen und verändern 368

4 M-Target for Simulink Anwendungsbereiche Modellbasierte Entwicklung Offline-Simulation Hardware-In-The-Loop Echtzeitprogrammierung Regelungstechnik Signalverarbeitung Abläufe- und Zustandsmaschinen, mit Simulink / automatische Code-Generierung (PID, Observer, Fuzzy, MIMO usw.), synchrone oder blockweise Verarbeitung (Frame-Based-Processing), mit Stateflow Signalschnittstellen 1) Digitale Signale Analoge Signale Temperaturfühler Position, Winkel, Lage Kraft-/Dehnungsmessung Vibrationen, Beschleunigungen Sondersignale Software-Schnittstellen Prozesskommunikation Software-Schnittstelle M-Target Dateisystem Monitoring 24 V Einheitssignal (zählerfähig, interrupt-fähig) 24 V Einheitssignal (PWM-fähig) 5 V TTL / ±1 V, ±10 V Einheitssignal / 0(4) bis 20 ma Einheitssignal / PT100 PT1000 Thermoelemente Typ J, K, N usw. Inkrementalgeber, SSI Dehnmessbrücken ICP-Beschleunigungssensoren (bis 50 ks/sec) Schrittmotoransteuerung, PWM (DC-Motoren) SVI (Standard Variablen Interface), SMI (Standard Module Interface) von Signalen und Parametern C/C++ (M-Target-Modelle können mit Legacy Code ergänzt werden) in Form von Softwaremodulen oder Bibliotheken für IEC und C/C++, auf Flash-Wechselmedien, Festmedien, RAM, remanentem RAM»External Mode«von Simulink Für Verwendung von Scopes, Displays Workspace Blöcken in Simulink und Online-Monitoring aller SVI-Variablern mit dem Engineering-Tool SolutionCenter Scope 1) Über Bachmann M1-I/O-Module 369

5 M-Target for Simulink Echtzeitsystem Echtzeitbetriebssystem VxWorks Multitasking, preemptive Mehrere M-Target-Modelle, gleichzeitig / unterschiedliche Prioritäten möglich Prioritätsebenen 255 Task-Modelle Single-Rate/Single-Task, Multi-Rate/Single-Task, Multi-Rate/ Multi-Task Zykluszeiten Ab 200 µs frei wählbar (anwendungsabhängig) Synchronisation Hardware-Interrupts (Signal-Schnittstellen), Hardware-Takt (Sync), CPU, Software-Module (Prozesse) in IEC (ST, FBD, IL, LD, Mischbetrieb SFC), C, C++ können parallel zu Simulink -Modellen ablaufen Bibliotheken Bachmann I/O- und Funktionsmodule, in M-Target enthalten mit integrierten Simulationsmodi, vom Steuerungssystem importierbar Funktionserweiterungen 2) Jeweilige Toolboxen von MathWorks Domänen-Modellierung 2) Jeweilige Toolboxen von MathWorks Systemvoraussetzugen Echtzeitsystem Bachmann M1-Prozessormodule der Serien ME, MX, MC und MH Engineering-Rechner IBM-kompatibler PC unter Windows 7 / 8.1 / 10 4 GB RAM, Prozessor Intel Core Duo 2 GHz oder besser, Bildschirmauflösung 1280 x 1024 TrueColor, >1 GB freie HDD, Ethernet-Schnittstelle Engineering-Software MATLAB mit Simulink, MATLAB Coder und Simulink Coder (jeweils unterstützte Versionen laut Datenblatt), Toolboxen von MathWorks entsprechend Anwendungsfall, M-Base Version 3.70 oder höher Bestellbezeichnungen M-Target for Simulink Einmallizenz Entwicklungswerkzeug zur Simulation und Erstellung von Steuerungs-, Regelungs- und Ablaufprogrammen mit MATLAB / Simulink und automatischer Codegenerierung für die M1-Steuerungsfamilie basierend auf MATLAB Coder und Simulink Coder. Der Produkt-Support und die Lieferung von Updates innerhalb eines hres sind in der Lizenz enthalten. M-Target for Simulink hreswartung Verlängerung des Produkt-Supportes und der Lieferung von Updates für M-Target for Simulink um ein weiteres hr. 2) Voraussetzung ist Tauglichkeit für MATLAB Coder und Simulink Coder 370