TwinCAT 3 verbindet bekannte Simulationstools und erleichtert das Engineering

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Möchte der Benutzer Anpassungen am generierten Code vornehmen, kann er ein ebenfalls automatisch generiertes Visual-Studio-Projekt in die Baumstruktur einbinden. Die generierte Projektdatei enthält alle Quellcodedateien, Compiler- und Linkereinstellungen, die zur erfolgreichen Kompilierung des Moduls notwendig sind. Nach erfolgreicher Kompilierung wird eine Instanz des damit erzeugten Moduls automatisch in die Baumstruktur eingehängt und verfügt danach (natürlich nur bei unverändertem Quellcode) über die gleichen Eigenschaften wie die Instanz eines Moduls, das fertig kompiliert in den Baum eingehängt wurde.

Parametrierung des Moduls in TwinCAT

Schon bei der Implementierung in Simulink werden den Parametern der verwendeten Simulink-Blöcke Werte zugewiesen, die während der Simulationsphase optimiert werden können. Diese Parameterwerte werden mit der Codegenerierung als Grundeinstellung in das Modul übernommen. Der Anwender hat aber zusätzlich noch die Möglichkeit, diese Parameter in der TwinCAT-Entwicklungsumgebung anzupassen. Beispielsweise kann so, nach dem Austausch von Komponenten der Regelstrecke, die Reglerauslegung angepasst werden, ohne dafür zwangsläufig Matlab und Simulink benutzen zu müssen. Inbetriebnehmer einer Anlage, die möglicherweise gar nicht mit Simulink vertraut sind oder das Softwarepaket gar nicht auf ihrem Entwicklungsrechner installiert haben, können trotzdem Parameter anpassen. Grundeinstellungen der Parameter können jederzeit wiederhergestellt werden. Die Parameter findet man in einer grafischen Oberfläche innerhalb der TwinCAT-Entwicklungsumgebung. In dieser grafischen Oberfläche findet man die Blöcke beliebig verschachtelter Simulink-Modelle in einer Baumstruktur wieder, mit deren Hilfe der Anwender einfach und übersichtlich durch Modellstrukturen navigieren und zielgerichtet Parameter anpassen kann.

Online-Monitoring mit dem External Mode

Mit Hilfe des „External Mode“ lässt sich aus Simulink eine Verbindung zu dem generierten TwinCAT-Modul herstellen. Im Gegensatz zum „Normal Mode“, bei dem das implementierte Modell direkt in Simulink gerechnet wird, erlaubt der „External Mode“, Simulink lediglich als grafisches Frontend zu nutzen. Der Anwender kann sich aus der Simulink-Oberfläche per Mausklick mit dem generierten Modul verbinden, das im TwinCAT-System ausgeführt wird. Die „External Mode“-Verbindung kann mit allen Steuerungen innerhalb eines Netzwerkes hergestellt werden. Der Nutzer hat nun die Möglichkeit, zur Laufzeit Einstellungen innerhalb des in Echtzeit ausgeführten Moduls anzupassen, indem er die Parameter der Blöcke innerhalb der Simulink-Umgebung ändert. Außerdem werden von Blöcken, wie dem Simulink-Scope, die zur Darstellung von Zuständen oder zeitlichen Verläufen dienen, die tatsächlichen Werte des in Echtzeit ausgeführten Moduls angezeigt.

Konnektivität über ADS

Mithilfe von ADS (Automation Device Specification), einem von Beckhoff entwickeltem Kommunikationsprotokoll, erfolgt die Verbindung zum generierten Modul im „External Mode“. Auch aus anderen Anwendungen, wie beispielsweise Visualisierungen, Leitrechnern oder entfernten Steuerungsrechnern, kann ein Datenaustausch mit dem Simulink-Modul stattfinden. Ein Leitrechner kann Parameter oder interne Zustände beeinflussen; eine Visualisierungsoberfläche kann interne Zustände oder Ausgangssignale des Moduls anzeigen. Im Sinne der Sicherheit der Anlage lassen sich die Zugriffsmöglichkeiten auf die Parameter vor der Codegenerierung einschränken.

Anwendungsmöglichkeiten der Matlab/Simulink-Anbindung

Durch die Anbindung von Matlab/Simulink an das TwinCAT-3-Softwaresystem stehen viele neue Möglichkeiten für die Automatisierungstechnik zur Verfügung. Folgende, teilweise aufeinander aufbauende Beispiele sollen einen Überblick geben.

Beispiel 1: Rapid Control Prototyping. Im Entwicklungsstadium der reinen Simulation in Simulink wird ein Regler in ein Simulink-Modell implementiert, das per „Model Referencing“ in das Simulationsmodell des Regelkreises eingebunden wird. Der geschlossene Regelkreis kann so zunächst in der reinen Simulation ausgelegt und getestet werden. Im Anschluss wird das Reglermodell ohne jegliche Veränderung per Mausklick in ein TwinCAT-Modul übersetzt, das als Regler für die reale Strecke in Echtzeit arbeitet. Durch die Tatsache, dass Standard-Simulink-Blöcke als Ein- und Ausgänge verwendet werden, sind diese im übergeordneten Simulink-Modell genau so verwendbar wie am später generierten Modul in TwinCAT.

Beispiel 1a: Echtzeitsimulation einer Regelstrecke. Die Regelstrecke wird ebenfalls in einem separaten Simulink-Modell implementiert, das durch „Model Referencing“ in das Modell des geschlossenen Regelkreises eingebunden wird. Mit dem hieraus generierten TwinCAT-Modul wird eine Echtzeitsimulation durchgeführt, bei der ein in IEC61131-3, C++ oder ebenfalls in Simulink implementierter Regler getestet werden kann.

Beispiel 2: Echtzeitsimulation einer Maschine. Aus einem in Simulink erstellten Maschinenmodell wird ein Simulink-Modul für TwinCAT generiert, um ein SPS-Programm in Echtzeit testen zu können, schon bevor die reale Maschine angeschlossen ist.

Beispiel 2a: „Hardware-in-the-Loop“-Simulation von Anlagenteilen. Hier werden einzelne Teile einer komplexen Anlage in separaten Simulink-Modellen gekapselt, die per „Model Referencing“ in einem Gesamtmodell zusammengefügt werden. Durch die Kapselung der Teilsysteme können daraus separate TwinCAT-Module generiert werden. In TwinCAT werden diese Module zur Echtzeitsimulation der Teilsysteme verwendet. Die reale Anlage wird Schrittweise in Betrieb genommen, während einzelne Anlagenteile noch als Simulationsmodell eingebunden sind.

Beispiel 3: Prüfstandsautomatisierung mit „Hardware-in-the-Loop“-Simulation. Ein Prüfstand zur Untersuchung von Stellantrieben, als Teilsysteme eines mechatronischen Systems, soll als „Hardware-in-the-Loop“-Simulation realisiert werden. Das dynamische Modell des Gesamtsystems wurde in Simulink implementiert und daraus ein TwinCAT-Modul generiert.

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