Johnson Controls加速了耐用离心液体冷却器的工业控制器开发

挑战

开发先进的控制器,以最大限度地提高磁离心冷却器的效率

解决方案

使用Si金宝appmulink和StateFlow来模拟,模拟,优化和验证控制设计,并使用嵌入式编码器生成PIL测试和生产部署的C代码

结果

  • 设计迭代从几个月减少到几天
  • 提供高质量的软件
  • 发展加速

“使用先前的方法,我们仍然在控制器上工作。采用基于模型的设计,我们不仅会发货迟早;我们还提供了更稳定的产品。控制器如此精细调整,99%的客户使用没有调整的默认配置。“

柯蒂斯起重机,约翰逊控制
约克磁离心冷却器(YMC2)系统来自Johnson Controls。

大型建筑,数据中心和其他设施依靠冷却器来冷却并除湿空气;他们还为工业和商业应用提供了冷冻水。加热通风和空调(HVAC)系统经常占商业建筑年度总能源消耗的一半,使其成为能源效率改进的良好候选者。

约克®磁离心冷却器(YMC2)来自Johnson Controls的系统采用主动磁力轴承技术,消除了对油润滑轴承的需求,并使冷却器能够消耗更少的能量:比油润滑的可变速度离心冷却器减少10-15%,少于40%比传统的固定速度冷却器。除了这项技术之外,最新的YMC2系统还包含重新设计的变速驱动器,蒸发器和先进的控制系统。

Johnson控制工程师用Matlab使用基于模型的设计®和模拟金宝app®开发YMC2冷水机组的专有容量控制逻辑,不断监控和微调冷却器的操作以保持最佳性能。

“基于模型的设计使我们能够快速提供比我们传统的方法更快的控制系统,”Johnson Controls的高级员工工程师Curtis Crane说。“我们在Simulink中设计了一个完全集成的控制系统,通过模拟验证和优化它,为我们的生产冷却器产生金宝app了大约500,000行代码。结果是一个更快地达到其设定点的系统,提供准确的控制,并且在该字段中几乎不需要配置或维护。“

挑战

Johnson Controls工程师试图开发多年来一直在越来越复杂的控制器的下一代控制器。最早的约克冷却器配备了气动控制面板;随后的版本具有机电和电子控制。基于其前身的每个新的控制器设计的工程师,更新它以支持新的硬件功能。金宝app随着时间的推移,设计被挑战,因为不同的控制元素出现,无意中互相反对。

约翰逊的控制还确定了发展过程效率低下。新功能和错误修复必须在C,台式测试中编程,然后在实际的冷却器上重新测试,从而导致缓慢迭代。因为调试手写代码需要在冷却器上需要大量的昂贵测试会话,可能需要数月的时间来实现书面规范的新想法。约翰逊的控制不仅决定重新设计冷水机组控制系统,还决定改变其开发过程。

解决方案

Johnson控制工程师使用基于模型的设计来加速开发更有效,更稳定的冷却器控制系统。

该团队在Simulink中使用StateFlow建模了控制器金宝app®为主要组件创建状态机的层次结构。在MATLAB中实现了线性控制元件,包括比例积分导数(PID)控件,并使用MATLAB功能块集成到SIMULINK模型中。金宝app

控制模型包括超过30个引用模型,每个型号包括数千个块。

与设计控制器并行,Johnson控制工程师在Simulink中开发了一个冷却器植物模型。金宝app工程师使用控制和工厂模型进行了广泛的闭环模拟。模拟场景包括极端温度和其他难以或无法测试真正的硬件的条件。

使用嵌入式编码器®,工程师从其Simulink和StateFlow模型中产生了超过500,000行的C代码。金宝app它们使用Pil API和具有嵌入式编码器提供的示例创建了一个处理器 - 循环(PIL)测试环境。通过PIL测试验证代码后,它们使用在生产控制面板上运行的软件进行了硬件 - 循环(HIL)测试。

该团队实现了一次记录的记录功能,每100毫秒从控制面板记录数据,并在Matlab中生成多个此数据的绘图,以帮助调试和排除。

在测试,符合条件和优化软件之后,Johnson控件在生产YMC2系统上实现了控制器。

结果

  • 设计迭代从几个月减少到几天。“通过我们以前的方法,可能需要数月的手代码设计更改并在冷水机构上调试它们,”起重机说。“使用Simu金宝applink,我们可以更新模型,模拟它,生成代码,并在一两天或两个时使用更新的Controller在冷水机上运行。”

  • 提供高质量的软件。“因为我们在Simulink中彻底模拟了控制器,因为HIL测试期间未发现的99%的问题在控制器以外的区域中,”金宝app起重机说。“我们没有嵌入式编码器生成的代码没有问题。”

  • 发展加速。“有了MATLAB和Simulin金宝appk,我们可以换第一次,看看发生了什么事情与我们的控制,这使得调试更加方便和加速发展,”罗伯特·特尼,带领员工工程师江森自控说。“生成代码而不是发送要由程序员编码的设计也会在最小化人类错误的同时进行开发。”

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