Ejecución de modelos de simulación EcosimPro en plataformas PXI con configuración HIL (Hardware In the Loop)

Fernando Carbonero, Empresarios Agrupados

"Ser capaces de ejecutar modelos EcosimPro en tiempo real en plataformas PXI significa que las pruebas HIL pueden ser realizadas antes de llegar a la fase de prototipado real."

- Fernando Carbonero, Empresarios Agrupados

El Reto:

Ejecutar y analizar, en tiempo real, un modelo escrito en la herramienta de simulación EcosimPro en un sistema PXI con sistema operativo Phar Lap en configuración Hardware In the Loop (HIL).

La Solución

Se trabajó sobre dos configuraciones. En la primera, se desarrolló un modelo de un motor DC en EcosimPro a partir del cual se generó un modelo compatible VeriStand para ser ejecutado en un PXIe-8108 controlado por un PLC conectado a través de un tarjeta de E/S PXIe-6341. La segunda configuración consistió en un controlador PI codificado en EcosimPro y ejecutado en el mismo PXI pero ahora conectado a un motor DC real.

Autor(es):

Fernando Carbonero - Empresarios Agrupados
V. Pordomingo - Empresarios Agrupados
J.M. Zamarreño - Universidad de Valladolid
C. De Prada - Universidad de Valladolid
R. Martí - Universidad de Valladolid

 

Introducción y objetivos

El principal objetivo de este proyecto fue validar el procedimiento que hace posible la ejecución de modelos de simulación EcosimPro en una plataforma de tiempo real como el PXI en configuración HIL. Se trabajó sobre dos configuraciones; en la primera el modelo es ejecutado en el PXI y controlado por un PLC externo, y, en la segunda, un modelo del controlador se ejecuta en el PXI de forma que sea capaz de controlar un sistema real.


Configuración #1

 

En la primera configuración (diagrama mostrado en la Figura 1 y equipamiento real en la Figura 2), comenzamos con un motor DC simple escrito en el lenguaje de simulación EcosimPro. Para conseguir ejecutarlo en la plataforma PXI, se deben seguir algunos pasos:

 


1. Desde el software EcosimPro, generar una S-function de Matlab para el modelo del motor DC.

2. Desde Simulink, abrir el modelo generado previamente, definir la entradas y salidas externas del modelo y usar Simulink       Coder para generar un modelo de simulación para NI Veristand.  

3. Desde NI Veristand, configurar un nuevo proyecto importando el modelo de simulación y mapear las entradas/salidas del modelo con las correspondientes señales de la tarjeta de E/S.


Se configuró un PID en el PLC Siemens SIMATIC S7-1200 con módulo de salida SB 1232 AQ y conectado al hardware PXI. De esta forma, podemos comprobar (Figura 3) la ejecución de un controlador industrial real actuando sobre un motor DC simulado. Además, fuimos capaces de satisfacer las condiciones de tiempo real en la ejecución del modelo seleccionando adecuadamente el paso de integración. El cumplimiento de las condiciones de tiempo real puede ser comprobado fácilmente desde NI VeriStand analizando algunas de las señales de ejecución del modelo.

 


Configuración #2

La segunda configuración (Figura 4) está orientada a la ejecución de un controlador PI en un sistema PXI cuyo modelo ha sido codificado en EcosimPro. Los pasos para generar un modelo compatible Veristand a partir del modelo del PI en EcosimPro son los mismos que en la configuración #1. El motor DC real es un modelo disponible para los estudiantes en nuestro laboratorio que dispone de un tacómetro integrado, por lo que podemos cerrar el lazo con el controlador (leyendo la señal generada por el tacómetro y enviando una señal de voltaje a la entrada del motor).

 

 

 

 

 

La Figura 5 muestra uno de los experimentos que llevamos a cabo. Como el controlador PI codificado en EcosimPro no incluyó una limitación en la señal de salida (OP) generada, tuvimos que limitar la salida del controlador desde el propio Veristand antes de enviarla al motor; sin embargo, se aprecia claramente que existe un retardo en la acción de control debido al tiempo que tarda la misma en volver dentro de los límites. Esto podría ser solucionado realizando una mejor implementación de la estrategia de control, pero ya quedaba fuera de los objetivos de este proyecto.

 

MATLAB® es una marca registrada de The MathWorks, Inc.

 


Información del Autor

Fernando Carbonero
Empresarios Agrupados
Magallanes, 3
Madrid 28015
Spain
Tel: 913098000
fct@empre.es

3. Experimento en lazo cerrado para la configuración HIL #1 (desde la interfaz PLC)
1. Configuración HIL #1 para tests del modelo del motor DC ejecutado en un PXI
2. Sistema PXI conectado al PC de desarrollo y al bloque conector de E/S
4. Configuración HIL #2 para tests del controlador PI ejecutado en un PXI
5. Experimento en lazo cerrado para la configuración HIL #2 (desde la interfaz Veristand)