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Weniger Fehler, Zeitaufwand und Kosten mit PLCnext Technology
Modellbasiert entwickeln mit Matlab/Simulink
Moderne Komponenten und Systeme unterstützen immer vielfältigere Funktionen und werden so stetig komplexer. Dies resultiert unter anderem daraus, dass die Auswahlmöglichkeit und das Spektrum der Funktionen ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal darstellen, um sich im weltweit härter werdenden Wettbewerb zu behaupten. Eine modellbasierte Entwicklung auf Basis von Matlab/Simulink, die sich mit den Steuerungen von Phoenix Contact umsetzen lässt, zeichnet sich beispielsweise durch die schnellere Behebung konzeptioneller Fehler aus.
 Die Auswahl des Phoenix Contact-spezifischen System Target Files eröffnet weitere Konfigurationsmöglichkeiten.
Die Auswahl des Phoenix Contact-spezifischen System Target Files eröffnet weitere Konfigurationsmöglichkeiten.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Mit dem umfangreichen Funktionsangebot ändern sich auch die Anforderungen an den Maschinen- und Anlagenbau, denn dessen Kunden verlangen nun ebenfalls flexiblere, effizientere und leistungsfähigere Maschinen und Anlagen. Die Realisierung dieser Ansprüche führt zu einem deutlich komplexeren Entwicklungsprozess, der aufwändiger und fehleranfälliger wird. Vor diesem Hintergrund kommt dem Einsatz von Engineering-Tools in der Frühphase von Neuentwicklungen eine entscheidende Bedeutung zu. Der Schlüssel zur Optimierung liegt dabei in der modellbasierten Entwicklung, bei der das Steuerungsprogramm und das Maschinenmodell im Simulationswerkzeug modelliert werden. Der Ansatz der modellbasierten Entwicklung erlaubt die frühzeitige Erkennung von konzeptionellen Fehlern im Entwicklungsprozess, sodass diese bereits vor der Implementierung abgestellt werden können. Entwickler sparen so Zeit und Aufwand, was sich positiv auf die Kosten auswirkt. Der Erfolg eines Model-Based Designs liegt in der grafischen Modellierung des gewünschten Systemverhaltens auf mathematischer Ebene. Da das Modell nicht nur als grafische Repräsentation fungiert, sondern auch simuliert werden kann, bietet es die Möglichkeit, das Gesamtmodell frühzeitig durch Simulation gegen die Systemanforderungen zu verifizieren. Das kontinuierliche prozessbegleitende Testen resultiert in schnellen Iterationszyklen. Sie stellen sicher, dass die Systemanforderungen während des kompletten Entwicklungsprozesses vollständig erfüllt und korrekt abgebildet werden.

 Einfügen eines Simulink-Modells als Bibliothek in der Engineering-Umgebung PLCnext Engineer: So lässt sich das Simulink-Modell einfach und schnell implementieren.
Einfügen eines Simulink-Modells als Bibliothek in der Engineering-Umgebung PLCnext Engineer: So lässt sich das Simulink-Modell einfach und schnell implementieren.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Interaktive Verbesserung des numerischen Verhaltens

Um den Ansatz der modellbasierten Entwicklung umzusetzen, empfiehlt sich die Software Matlab/Simulink von The MathWorks. Bei dem Tool handelt es sich um ein Programmpaket für die numerische sowie regelungstechnische Berechnung im Ingenieurbereich. Matlab/Simulink hat sich weltweit als Standard zur Modellierung und Simulation komplexer, dynamischer Systeme etabliert. Das auf Matlab basierende Erweiterungsmodul Simulink ermöglicht neben der Simulation erstellter Programme die Verwendung von grafischen Blöcken zur Modellierung komplexer Systeme. Auf diese Weise lassen sich die Systeme übersichtlich grafisch visualisieren, wodurch sich der Entwicklungsprozess linearer und nicht linearer Regelkreise vereinfacht. Für umfangreiche numerische sowie komplexe regelungstechnische Anwendungen stehen dem Nutzer zahlreiche Toolboxen zur Verfügung, die den Einsatz vorgefertigter Funktionsmodule und damit einen wichtigen Schritt in Richtung Model-Based Design erlauben. Mit einem softwarebasierten grafischen Modell kann der Nutzer das numerische Verhalten realistisch erfassen und interaktiv verbessern, bis das gewünschte Verhalten vorliegt. Durch die Nutzung des Simulink Coders lässt sich anschließend aus einem Simulink-Modell ein C- oder C++-Code generieren, der die Grundlage für die Ausführung der erstellten Modelle in Echtzeit bildet. Branchen wie die Wind- oder Automobilindustrie wenden die modellbasierte Entwicklung seit vielen Jahren an, die mittlerweile auch im Umfeld des Maschinen- und Anlagenbaus immer mehr an Bedeutung gewinnt. Deshalb bieten alle gängigen Industriesteuerungen der Produktfamilien Remote Field Controller und Axioline von Phoenix Contact Schnittstellen zu Matlab/Simulink. Maßgeblich dafür ist die PLCnext Technology.

 Add-on zur Einbindung und Ausführung von Matlab/Simulink-Modellen auf den Steuerungen von Phoenix Contact
Add-on zur Einbindung und Ausführung von Matlab/Simulink-Modellen auf den Steuerungen von Phoenix ContactBild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Automatische Erzeugung von Code und Framework

Bei PLCnext Technology handelt es sich um ein offenes Ecosystem für aktuelle und zukünftige Automatisierungsanforderungen. Mit der Technologie lassen sich Automatisierungsaufgaben und IoT-Anforderungen in einer Steuerung kombinieren. Abgesehen von der Steuerungshardware umfasst das Ecosystem die modulare Softwareplattform PLCnext Engineer, den digitalen Marktplatz PLCnext Store, die informative PLCnext Community sowie die Option einer systemischen Cloud-Integration. Die innovative Firmware-Architektur basiert auf einer Linux-Plattform und ermöglicht dem Anwender sowohl die Verwendung von IEC61131-Code ebenso wie zahlreicher Hochsprachen – beispielsweise C, C++, C# oder Python – und Regelalgorithmus-Modellen in Matlab/Simulink. Ein Steuerungsprogramm kann aus lediglich einer oder einem beliebigen Zusammenspiel der aufgeführten Programmiersprachen bestehen. Die Anwender können also in der von ihnen präferierten Umgebung arbeiten, was die Codeerstellung deutlich beschleunigt. Durch den Einsatz des Erweiterungsmoduls PC Worx Target for Simulink wird für das zu implementierende Modell automatisch Code und ein passendes Framework erzeugt, das die Schnittstelle zum Engineering-Tool PLCnext Engineer darstellt.

Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Umfassende Transparenz durch Online-Beobachtung

Voraussetzung für die Code-Generierung eines Modells aus Simulink sind der Simulink Coder von The MathWorks und das HLLI Target von Phoenix Contact als Schnittstelle, die durch die Installation des Add-ons auf dem Computer zum Einsatz kommt. Wurden beide Programme auf dem System installiert, bietet das Einstellungsfenster von Simulink-Modellen die Möglichkeit, spezielle Änderungen am Code oder anderen Konfigurationsoptionen vorzunehmen, beispielsweise die Aktivierung des External Modes, der die Kommunikation zwischen Simulink und der Applikation erlaubt. Der aus Simulink erzeugte gerätespezifische Code kann dann einfach als Programm in das Projekt eingebunden und als Task mit einer beliebigen Task-Zeit auf einer PLCnext-fähigen Steuerung ausgeführt werden. Anwender haben nun die Option, die erstellten Modelle in der Engineering-Oberfläche PLCnext Engineer zu öffnen und online während der Laufzeit zu beobachten, was zu einer umfassenden Transparenz führt. Der Nutzer erhält somit eine Vielzahl von Alternativen, die in einer Engineering-Umgebung für Steuerungssysteme in der Regel nicht zur Verfügung stehen. Darüber hinaus umfasst das Ecosystem weitere nutzbringende Bestandteile wie den PLCnext Store. Er wurde als offener Marktplatz designt, sodass unterschiedliche Apps für jeden Anwendungsfall erhältlich sind. Im Store findet der Anwender z.B. Funktionsbibliotheken, die in IEC61131 generiert worden sind. Auch Drittanbieter bekommen hier eine Plattform, um die von ihnen entwickelten komplexen Regler oder Apps einer stetig wachsenden Community bereitzustellen – sei es kostenfrei oder gegen eine Lizenzgebühr.

 In Branchen wie der Wind- oder Automobilindustrie hat sich die 
modellbasierte Entwicklung seit vielen Jahren etabliert.
In Branchen wie der Wind- oder Automobilindustrie hat sich die modellbasierte Entwicklung seit vielen Jahren etabliert.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Schnellere Aufdeckung von Fehlern im Entwicklungsprozess

Möchten Anwender modellbasiert entwickeln, lässt sich mit der PLCnext Technology eine einfache und schnelle Lösung realisieren. Die Leistungsfähigkeit und Möglichkeiten, die ein solcher Ansatz durch das Design und die Simulation auf der Systemebene bietet, sind vielen Unternehmen häufig noch nicht bewusst. Mit dem offenen Ecosystem können jetzt mehrere Entwickler aus verschiedenen Generationen unabhängig voneinander in unterschiedlichen Programmiersprachen an einem Steuerungsprogramm arbeiten. Aufgrund der zahlreichen verfügbaren Schnittstellen lassen sich die einzelnen Programmteile und komplette Applikationen dazu nutzen, das Gesamtverhalten des Systems abzubilden. Auf diese Weise kann der Anwender eine Echtzeitsimulation durchführen, bevor die reale Maschine angeschlossen ist, um das Verhalten der modellierten Regler in Matlab/Simulink zu überprüfen. PLCnext Technology und die modellbasierte Entwicklung unterstützen die Unternehmen also dabei, ihre Produkte schneller zu entwickeln, Fehler früher im Prozess zu entdecken sowie die Kosten für das Hardware-Prototyping zu senken.

Die Software PC Worx Target for Simulink ermöglicht die automatische Konvertierung von Simulink-Modellen in gerätespezifischen Code für die Steuerungen von Phoenix Contact. Der ausführbare Code ist kompatibel zu den Remote Field Controllern (RFC) und Axioline-Steuerungen (AXC). PC Worx Target for Simulink steht als Add-on für die Entwicklungsumgebungen PLCnext Engineer und PC Worx zur Verfügung. Darüber hinaus wird das Ecosystem PLCnext Technology unterstützt, um die Vorteile der offenen Plattform für eine grenzenlose Automatisierung zu nutzen.

Bei Verwendung von Model-Based Design und den Simulationsmöglichkeiten von Simulink sorgt das Add-on PC Worx Target for Simulink für eine strukturierte Implementierung des Modells. Ausführbarer Code wird automatisch generiert. Aufgrund der einfachen Importfunktion und der Konfigurationsoptionen lässt sich das Modell mit Standard-SPS-Code abarbeiten. Setzen Anwender PC Worx Target for Simulink zur Integration komplexer Modelle in Steuerungen von Phoenix Contact ein, profitieren ihre Anwendungen von einem breiten Spektrum innovativer Automatisierungslösungen.

Phoenix Contact Deutschland GmbH
http://www.phoenixcontact.com
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