Aktuální vydání

celé číslo

08

2022

MSV 2022

Projektování, konstruování a programování automatizačních a řídicích systémů

celé číslo

Model-Based Design pro programovatelné automaty

Použití metody Model-Based Design se v současnosti již neomezuje pouze na oblast výzkumu a vývoje. Stále více výrobců po celém světě používá tuto techniku i přímo ve výrobě, zejména v automobilovém průmyslu. Vývojové prostředí MATLAB & SimulinkTM od firmy MathWorks nově umožňuje používat tuto metodu i v průmyslové automatizaci.
 
Výrobní sektor klade značné požadavky na nástroje a postupy, které umožňují automatizovat vývoj a zlepšit přesnost procesů verifikace, validace a zkoušek. Bez takových nástrojů není v současné době již možné dosahovat kvality, kterou vyžadují náročná odbytiště průmyslových výrobků. Metoda Model-Based Design (MBD) umožňuje vyhnout se nedostatkům klasického postupu vývoje systémů (obr. 1). Jako základ procesu vývoje MBD využívá matematický model systému vytvořený v programu Simulink. Simulink je nástroj pro modelování a simulaci dynamických soustav a propojení modelů soustav s algoritmy pro zpracování signálů a řízení. Simulace poskytují návrhářům detailní pohled na dynamickou i algoritmickou stránku systému. Modely jsou vytvářeny v grafickém prostředí blokových schémat a mohou být využívány zejména:
  • jako virtuální prototypy nebo modely kompletního systému,
  • jako spustitelná specifikace projektu,
  • k propojení s požadavky systému a k definování rozhraní,
  • k automatickému generování kódu z navržených algoritmů,
  • při simulacích typu hardware-in-the-loop.

Generování kódu pro programovatelné automaty

 
Aktuální verze vývojového prostředí Matlab Release 2010a přináší nový produkt Simulink PLC Coder, který usnadňuje realizaci a použití řídicích algoritmů vytvořených v prostředí Simulink v mnoha různých typech programovatelných automatů (Programmable Logic Controller – PLC). Umožňuje tak využít přednosti vlastní metodě Model-Based Design v oboru průmyslové automatizace (obr. 2).
 
Nástroj Simulink PLC Coder generuje na hardwaru nezávislý program pro PLC v podobě strukturovaného textu podle normy IEC 61131. Strukturovaný text je k dispozici v souborech s obecnými formáty (PLCopen XML) a také ve formátech přímo použitelných v integrovaných vývojových prostředích mnoha výrobců programovatelných automatů, např. v prostředí B&R Automation Studio, Rockwell Automation RSLogix 5000 atd.
 

Co lze dále překládat

 
Vedle algoritmů navržených v programu Simulink lze do strukturovaného textu překládat i algoritmy navržené v nástroji Stateflow. Zatímco Simulink se používá k modelování soustav, jejichž chování je svázáno s časem, Stateflow je vývojový nástroj pro modelování systémů řízených událostmi. Pro vypracování návrhu těchto systémů je zde využita teorie konečných automatů s několika možnostmi reprezentace systému (stavový diagram, vývojové diagramy atd.). Do spojitých nelineárních modelů navržených v programu Simulink lze při použití nástroje Stateflow efektivně začlenit složitou, událostmi řízenou logiku. Nástroj Stateflow obsahuje také vlastní grafické uživatelské rozhraní pro zakreslení stavů, přechodů mezi stavy a definici přechodových podmínek, akcí i událostí (obr. 3).
 

Závěr

 
Metoda Model-Based Design využívá simulace matematických modelů dynamických soustav v programu Simulink a umožňuje snadný vývoj a ladění algoritmů řízení a zpracování signálu. Prostřednictvím automatického generování řídicího programu v podobě strukturovaného textu lze hotové algoritmy snadno přenést na cílové programovatelné automaty používané v průmyslové automatizaci.
 
Ing. Jaroslav Jirkovský,
Obr. 1. Porovnání tradičního vývojového cyklu s vývojem metodou Model-Based Design
Obr. 2. Nástroj Simulink PLC Coder automaticky převádí algoritmy vytvořené v programu Simulink do standardního strukturovaného textu podle normy IEC 61131 pro programovatelné automaty mnoha výrobců
Obr. 3. Model řízení ventilace systému v prostředí Stateflow