MATLAB® und Simulink® haben sich, auch bei angehenden Ingenieurinnen und Ingenieuren, global zu etablierten Programmier-Umgebungen für verschiedenste Anwendungen entwickelt. Die Gründe dafür sind vielfältig. MATLAB® und Simulink® liefern Lösungen, in denen man sich ganz auf die Engineering-Aufgabe konzentrieren kann. Das ist ideal für didaktische Konzepte in der Lehre und effizient in industriellen Anwendungen.
Vorteile von MATLAB® und Simulink®
- frühzeitige Absicherung der Softwarefunktionalität durch Simulation
- virtuelle Inbetriebnahme auf Basis physikalischer Modelle
- direkter Import von CAD-Modellen
- Entwicklung und Test von Regelungssoftware und Ablauflogik
- Analyse von Mess- und Prozessdaten
- Interaktive Apps zur Algorithmenentwicklung
- Trainieren und Optimieren von KI-Algorithmen
- Parallel Computing
Von MATLAB® und Simulink® zu TwinCAT 3
Mit den Produkten TE1401 TwinCAT 3 Target for MATLAB® und TE1400 TwinCAT 3 Target for Simulink® ist es möglich, die in den global verbreiteten Programmiersprachen MATLAB® und Simulink® entwickelten Analysen und Simulationen direkt in TwinCAT-Laufzeiten in deterministischer Echtzeit auszuführen. Die Programmierungen, die zuvor validiert und in die realverknüpfte TwinCAT-Systemlandschaft übernommen wurden, können so unverzüglich als Produktiv-Code die Steuerungs- und Monitoringaufgaben in den Kundenapplikationen übernehmen, ganz ohne das Risiko von nicht kalkulierbaren Fehlern in der Entwicklungsphase.
In MATLAB® oder Simulink® erstellte Analysen und Simulationen können mit dem TE1410 TwinCAT 3 Interface for MATLAB® and Simulink® an TwinCAT-Laufzeitumgebungen über ein performantes Kommunikationsinterface angeschlossen werden. Die Ausführung der MATLAB®-Funktionen oder Simulink®-Modelle findet im MATLAB®- bzw. Simulink®-Prozess statt und diese Prozesse können bidirektional Daten mit den TwinCAT-Laufzeiten austauschen. Mit TF6701 TwinCAT 3 IoT Communication lässt sich die Kommunikations-Funktionalität auch auf die IoT-Plattform ThingSpeakTM erweitern.
MATLAB®- und Simulink®-Kundenanwendungen in TwinCAT 3
Prüfsystem eines Großlagerprüfstandes für Hauptlager von Windkraftanlagen
Mithilfe führender Automatisierungstechnologie werden auf dem weltweit leistungsfähigsten Großlagerprüfstand bei SKF Hauptlager Windkraftanlagen mit einem Durchmesser von bis zu 6 Metern geprüft. Das hochkomplexe Steuersystem wurde in MATLAB® und Simulink® entwickelt und getestet und sollte für den Controller nicht neu programmiert werden. Der Prüfstand ist eine Sonderanfertigung, d. h. die Steuerung kann nicht auf einem Prototyp getestet werden. Durch die automatische Codeerzeugung und Integration des in MATLAB® und Simulink® entwickelten Controllers in die Prüfstandsteuerung (Rapid Control Prototyping) sowie die virtuelle Inbetriebnahme des Controllers anhand eines Modells der Maschine wurde diese Herausforderung bewältigt.
So konnten Risiken aufgrund von Fehlfunktionen während der Inbetriebnahme, die Inbetriebnahmezeit und Kosten reduziert werden.
Garn- und Faserproduktion mit dem Zero Twist Feeder
Der Zero Twist Feeder liefert Garn an Webmaschinen ohne eine einzelne Drehung. Webmaschinen arbeiten mit hohen Geschwindigkeiten und ziehen in sehr unregelmäßigen Abständen an der Spule. Zum Ausgleich zwischen der Spule und dem Greifer wurde ein Pufferarm verwendet. Der Pufferarm liefert in der für den Schusseintrag optimalen Geschwindigkeit genau die erforderliche Menge Garn an die Webmaschinen. Bei der Produktion können Geschwindigkeiten von bis zu 850 Metern/Minute pro Eintrag erreicht werden. Das Problem, das beim Weben von Kohlenstofffasern, Glasfasern oder Kunststoffbändern entstehen kann, ist das Auftreten von Drehungen oder Schlingen bei diesen hohen Geschwindigkeiten.
Das Problem wurde gelöst, indem zunächst ein digitaler Zwilling der Maschine erstellt wurde. Die Programmierung der gesamten Software erfolgte in Simulink®. Das Modell wurde in mehrere Teilmodelle aufgeteilt, von denen jedes einen Aspekt des Maschinenbaus darstellt. Bevor IRO die Algorithmen in Schweden auf der eigentlichen Hardware testete, führte Vintecc in Belgien umfangreiche virtuelle Simulationen durch, um zu gewährleisten, dass die Maschine auslegungsgemäß arbeitet.
Die Kombination von Simulink® mit der Beckhoff TwinCAT-Technologie durch die TwinCAT 3-Targets hat bei dieser Anwendung den großen Vorteil, dass kein PLC-Code erforderlich ist. Das Modell konnte direkt im Detail in TwinCAT integriert werden. An den Parametern im Modell, in TwinCAT oder in der Hardware vorgenommene Änderungen lassen sich umgehend übertragen.
Magway Transportsystem – Verlagerung eines ausgeklügelten Algorithmus auf die niedrigstmögliche Ebene
Magway nutzt MATLAB® und Simulink® für die Umsetzung einer geberlosen Steuerung von Linearsynchronmotoren, die eine autonome, nachhaltige Paketzustellung durch unterirdische Röhren ermöglicht.
Mithilfe des TwinCAT-Targets für Simulink® werden Steueralgorithmen direkt auf einer industrialisierten Plattform implementiert, und das mit weniger Komponenten, Dezentralisierung, höherer Systemverfügbarkeit und kürzeren Entwicklungszyklen. Dabei verkürzt das In-Loop-Debugging die Entwicklungszyklen. Die Kern-IP wurde in MATLAB® und Simulink® entwickelt. Durch die direkte Nutzung dieser Software anstelle eines umständlichen Ports verfügt Magway stets über das richtige Werkzeug für die richtige Aufgabe.
Steuersoftware für 6-MW-Offshore-Windenergieanlage
Offshore-Windenergieanlagen müssen eine hohe Verfügbarkeit, kombiniert mit einem geringen Wartungsaufwand, gewährleisten. Der Betrieb dieser Anlagen muss unabhängig von den Umgebungsbedingungen jederzeit vorhersehbar und sicher zu steuern sein. Ein Test der hochsensiblen Steuersoftware ist unter Realbedingungen kaum möglich.
Durch die Nutzung des Konzepts des modellbasierten Designs mit Simulink® und TwinCAT kann jede Funktion der Anlage entwickelt, getestet und verifiziert werden. Die sichere und zuverlässige Steuersoftware lässt sich zudem schneller und kostengünstiger entwickeln. Das ist möglich, weil die einfache Integration des Targets für Simulink® in den modellbasierten Designprozess effizientes Erzeugen und Testen von Produktivcode auf einer industriellen Plattform garantiert. Außerdem stellen die Kommunikationsfähigkeiten des Interface for MATLAB® and Simulink® alle Tools bereit, die für umfassendes Software-in-the-Loop-Testen nach der Implementierung des Codes auf dem Beckhoff-Controller benötigt werden.
Gleichzeitig entstand mithilfe der Funktionen des TE1400 und TE1410 nicht nur eine erfolgreiche Anwendung der in Simulink® entworfenen Hauptsteuerungssoftware für die 6-MW-Prototypanlage, sondern ebenfalls für jede Großserienanlage nach dem Prototyp.
Simutopia ist ein Consulting-Unternehmen aus dem Software- und Engineering-Bereich, das sich auf modellbasierte Entwicklung spezialisiert hat. Simutopia verfügt über umfassende Erfahrung in der Entwicklung von Maschinenmodellen, die für Konstruktionsanalysen, zur Implementierung von Steuerungen, für Echtzeitsimulationen und Tests eingesetzt werden können. Mit Expertenwissen werden die kombinierten leistungsstarken Funktionalitäten der Softwaretools von MathWorks® und Beckhoff für die schnelle Implementierung und iterative Optimierung moderner Steueralgorithmen auf der TwinCAT-Plattform nutzbar gemacht. Simutopia gehört zur Beckhoff Integrator Group (BIG).
Die Entwicklung von Steueralgorithmen für Robotiksysteme umfasst auch die Erstellung von Kinematik- und Dynamikmodellen der Robotermechanismen. Je nach Robotertopologie und Anzahl der Freiheitsgrade können diese recht komplex sein. Um diese Art der Modelle einfach mit SimscapeTM MultibodyTM entwickeln und Kunden effiziente und kostengünstige Lösungen anbieten zu können, hat Simutopia eine spezifische Anwendung in MATLAB® entwickelt: NewtonsLab. Zum Einsatz kommen TwinCAT 3 Target for MATLAB® und TwinCAT 3 Target for Simulink®, um diese entwickelten Modelle für die Echtzeitsteuerung automatisch in der TwinCAT Runtime direkt aus NewtonsLab auszuführen. Darüber hinaus ermöglicht das TwinCAT 3 Interface for MATLAB® and Simulink® das Live-Streaming von Daten zwischen TwinCAT und NewtonsLab über ADS. So können Steuerungsparameter schnell geändert und damit der auf TwinCAT implementierte Code, durch Vergleich der virtuellen Maschine mit der realen Hardware, mit denselben Inputs validiert werden. Das ist insbesondere im Hinblick auf die schnelle Prototypen-Entwicklung und das Testen der Steueralgorithmen enorm hilfreich.
Haben auch Sie ähnliche Anwendungsszenarien und Fragen zur Integration Ihrer MATLAB®- und Simulink®-Projekte in eine TwinCAT-Software-Umgebung, dann wenden Sie sich an Ihren Vertriebsmitarbeiter oder nutzen Sie das Kontaktformular.
Produkte
TE1400 | TwinCAT 3 Target for Simulink®
TwinCAT 3 Target for Simulink® stellt eine Schnittstelle zwischen Simulink® und TwinCAT bereit. Die Software Simulink® wird vom Unternehmen MathWorks entwickelt und vertrieben. Die Programmierumgebung baut auf MATLAB® auf und ist sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie weit verbreitet. Simulink® ist eine graphische Programmierumgebung, welche sich hervorragend für den modellbasierten Entwicklungsprozess eignet. Es können Simulationsmodelle von Systemen erstellt sowie z. B. Regel- und Steuerungsalgorithmen entworfen werden, um die erstellten Modelle zu testen.
TE1401 | TwinCAT 3 Target for MATLAB®
TwinCAT 3 Target for MATLAB® stellt eine Schnittstelle zwischen MATLAB® und TwinCAT bereit. MATLAB®, “The language of technical computing”, wird vom Unternehmen MathWorks entwickelt und vertrieben. Die Programmierumgebung ist sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie weit verbreitet. MATLAB® ist eine Skriptsprache, welche sich hervorragend für die Entwicklung von Algorithmen und mathematischen Modellen eignet.
TE1410 | TwinCAT 3 Interface for MATLAB® and Simulink®
MATLAB® und Simulink® werden vom Unternehmen MathWorks entwickelt und vertrieben. Die beiden Programmierumgebungen sind sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie weit verbreitet. Simulink® ist eine graphische Programmierumgebung, welche sich hervorragend für den modellbasierten Entwicklungsprozess eignet. MATLAB® ist eine Skriptsprache zur Entwicklung von Algorithmen und mathematischen Modellen.
TF6701 | TwinCAT 3 IoT Communication (MQTT)
TwinCAT 3 IoT Communication stellt Basisfunktionen zum Versenden und Empfangen von Daten über das sogenannte MQ Telemetry Transport (MQTT)-Protokoll in Form von SPS-Bibliotheken zur Verfügung.