Un système en boucle fermée composé d'un bras de robot et de sa logique de commande peut être modélisé dans Simscape et Stateflow.

La conception basée sur des modèles change le secteur des constructeurs de machines

L’industrie de la construction de machines a certainement changé: des programmes de commande étendus et sophistiqués contiennent le savoir-faire de base et rendent les machines d’aujourd’hui plus flexibles et plus productives. Bien que les logiciels et les données soient importants pour les constructeurs de machines, les programmes de contrôle sont généralement d’abord «essayés» sur des machines réelles sans validation préalable. Pour respecter les dates de livraison, le code de contrôle exécuté sur les machines est envoyé en grande partie non testé. Mais cela peut entraîner des erreurs et des temps d’arrêt sur le terrain, ainsi que des mises à jour coûteuses.

Logiciel de test avec MBD

La mise en service virtuelle est de plus en plus utilisée pour détecter les erreurs lors du développement des machines. Pour ce faire, un modèle numérique ou «twin» est lié à l’application exécutée sur le contrôleur industriel. Le comportement de l’installation est simulé pour tester le contrôleur plus rapidement et plus sûrement.

La conception basée sur un modèle (MBD), cependant, va au-delà de la mise en service virtuelle. Avec lui, l’application de contrôle qui fonctionnera plus tard est également modélisée et testée dans des simulations avec le modèle de machine. Cela permet aux fabricants de machines tels que ENGEL et Tetra Pak tester le logiciel de manière approfondie avant que la machine ne soit disponible et l’armoire de commande entièrement câblée. Avec MBD, les fabricants peuvent simuler le comportement des systèmes mécaniques et électriques interagissant avec le logiciel de contrôle fonctionnant ultérieurement sur un API. Les erreurs précédemment détectées uniquement par des tests approfondis sur la machine ou en laboratoire peuvent être détectées plus tôt dans le processus de développement. Même les scénarios de test qui ne peuvent pas être exécutés du tout en raison du danger pour les humains et les machines peuvent être observés en toute sécurité dans les simulations. L’utilisation de MBD réduit les coûts des prototypes physiques, minimise les risques de retards de livraison et permet d’éviter les temps d’arrêt coûteux sur le terrain.

Un système en boucle fermée composé d’un bras de robot et de sa logique de commande peut être modélisé dans Simscape et Stateflow.

Logiciel de contrôle par bouton-poussoir

Les fonctions vérifiées par MBD ne sont pas programmées manuellement mais sont transférées au contrôleur industriel – un API ou un PC industriel – en appuyant simplement sur un bouton.

La génération automatique de code pour les programmes exécutés sur des API présente des avantages évidents. Les fonctions testées en simulation sont traduites en code source (C, C ++ ou CEI 61131‐3) qui peut être compilé vers un contrôleur industriel. Cette approche évite les erreurs souvent introduites lorsque les programmeurs écrivent manuellement du code pour des algorithmes de contrôle complexes. Et cela a permis aux développeurs de se concentrer sur leurs compétences de base, telles que le développement d’un contrôle de séquence ou d’un algorithme de contrôle en boucle fermée, plutôt que de s’occuper des fonctionnalités spéciales des langages PLC.

La génération de code à partir d’un modèle permet de prendre en charge plusieurs langages, tels que C, C ++, texte structuré et schéma à contacts. Il permet également de porter les algorithmes d’une plate-forme de contrôle à une autre en cas de besoin.

Le code généré pour le contrôleur industriel remonte au modèle Simulink d'origine.Le code généré pour le contrôleur industriel remonte au modèle Simulink d’origine.

Le modèle est toujours le point de départ de la génération. Le flux de travail automatisé raccourcit le temps de développement afin que les ingénieurs puissent passer plus de temps à concevoir des fonctions machine plus avancées. Avec cette approche, la programmation des systèmes de contrôle est davantage abstraite. Au début, les programmes étaient implémentés en langage machine ou en assembleur. Aujourd’hui, les environnements de développement de contrôle industriel prennent en charge des langages de haut niveau tels que les C et C ++ susmentionnés, ainsi que les langages résumés dans la norme CEI 61131‐3.

La génération de code PLC à partir de modèles de simulation ajoute un niveau supplémentaire d’abstraction qui rend la complexité des applications de machines étendues gérable. Modèles en Simulink et d’autres produits sont des spécifications exécutables qui peuvent valider rapidement des fonctions grâce à la simulation et à la création de programmes de contrôle en générant automatiquement du code.

Grâce à MBE, une nouvelle abstraction de la programmation du logiciel de la machine permet de rendre sa complexité croissante gérable.Grâce à MBE, une nouvelle abstraction de la programmation du logiciel de la machine permet de rendre sa complexité croissante gérable.

Les industries de l’automobile et de l’aérospatiale utilisent avec succès le MBE et la génération de code à partir de modèles Simulink dans leurs flux de travail. Son importance dans la construction de machines augmente, comme en témoigne le nombre de fournisseurs d’automatisation prenant en charge la génération de code pour leurs contrôleurs industriels et leurs PC.

Pour générer automatiquement du code lors de l’utilisation de MATLAB et Simulink, les applications sont d’abord conçues et testées. Ils sont ensuite automatiquement convertis en code source compréhensible par le contrôleur (CEI 61131-3, C ou C ++, selon la plate-forme cible) et intégrés dans l’IDE du contrôleur respectif.

Cette approche combine les avantages des deux systèmes. Les fonctions de commandes séquentielles, d’algorithmes de contrôle et de traitement des données en temps réel sont développées dans MATLAB et Simulink, tandis que la connexion au matériel de contrôle et la création de la visualisation de la machine ont lieu dans l’IDE de programmation. Des algorithmes pour l’intelligence artificielle, tels que des modèles d’apprentissage automatique pour la maintenance prédictive, peuvent être développés et formés dans MATLAB, puis transférés au contrôleur industriel à l’aide de la génération de code.

Plusieurs fabricants de commandes prennent en charge la génération automatique de code API (CEI 61131 ou C / C ++) à partir de MATLAB et Simulink.Plusieurs fabricants de commandes prennent en charge la génération automatique de code API (CEI 61131 ou C / C ++) à partir de MATLAB et Simulink.

Alors que la demande de qualité des produits, d’efficacité des machines et de tactiques de production flexibles augmente, les constructeurs de machines doivent développer et tester plus efficacement les logiciels de la machine. D’autres conceptions d’applications de contrôle peuvent être testées rapidement à l’aide de la simulation, puis transférées automatiquement vers un contrôleur industriel sous forme de modules logiciels réutilisables. Les principaux constructeurs de machines tels que Metso et Trumpf ont reconnu cet avantage et utilisent avec succès MBD et la génération automatique de code de contrôle depuis des années.

Philipp Wallner est directeur de l’industrie chez MathWorks.

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