Vestas sviluppa un software di controllo per impianti eolici mediante progettazione Model-Based e integrazione continua

Prima di adottare la progettazione Model-Based per la progettazione di controlli per impianti di energia, gli ingegneri di Vestas usavano un approccio convenzionale nel quale le specifiche basate su carta e i documenti di progettazione sviluppati dagli ingegneri energetici venivano consegnati agli ingegneri di software, che scrivevano a mano il codice per i singoli componenti o funzionalità. Gli ingegneri energetici eseguivano simulazioni usando software PSCAD, ma queste simulazioni si concentravano sull’energia elettrica anziché sul controllo software. Le simulazioni non integravano il codice di controllo, il che offriva poche garanzie che le simulazioni PSCAD riflettessero le prestazioni del sistema dopo l’integrazione e la distribuzione del software. Vestas voleva eliminare il potenziale errore umano che la codifica manuale comporta, garantendo nel contempo che le simulazioni dei propri sistemi energetici corrispondessero al software di controllo.

Oltre a ciò, Vestas voleva consentire ai team di ingegneria provenienti da 5 paesi in Europa e Asia di collaborare sugli stessi progetti e, in alcuni casi, sugli stessi modelli. Questo team geograficamente distante aveva la necessità di applicare il controllo delle versioni ai modelli, gestire frequenti punti di unione e automatizzare i test basati sulle simulazioni. Per soddisfare questi requisiti, Vestas ha deciso di usare la CI con Jenkins™ ed incorporare i principi di CI in un workflow ingegneristico basato su modellazione, simulazione e generazione di codice.

Con il sostegno del Senior Management, gli ingegneri energetici Vestas hanno stabilito un nuovo workflow per la progettazione di controlli per impianti di energia che combina CI e progettazione Model-Based con MATLAB^® e Simulink^®.

Quando viene proposta una modifica del codice di rete o un cliente richiede una nuova funzionalità o un nuovo componente, gli ingegneri di Vestas creano un set di requisiti formali. Sulla base dei requisiti, un gruppo sviluppa casi di test con Simulink e Simulink Test™ che verranno usati per verificare la nuova funzionalità, mentre un secondo gruppo progetta la nuova funzionalità in Simulink e Stateflow^®.

Per creare un modello di sistema per le simulazioni a circuito chiuso, gli ingegneri di questo secondo gruppo combinano il modello di controllo con un modello Simulink che acquisisce l’impedenza e le caratteristiche dinamiche della rete nel punto di connessione all’impianto. Usando una funzione S di Simulink, si incorpora un modello di turbina eolica sviluppato in uno strumento proprietario e di cui è stato effettuato il packaging come DLL da parte di un altro gruppo di Vestas.

Dopo aver effettuato simulazioni a circuito chiuso con questo modello di sistema e aver eseguito i controlli per garantire la conformità agli standard di modellazione, sulla base delle linee guida del MathWorks Automotive Advisory Board (MAAB), gli ingegneri eseguono il check-in del modello di controllo in un archivio Git. Il check-in del modello attiva un lavoro Jenkins che esegue i casi di test precedentemente sviluppati con Simulink Test, così come test aggiuntivi basati sulle simulazioni creati dagli ingegneri energetici e un’altra serie di controlli di conformità alle linee guida sulla modellazione.

Se il modello di controllo supera tutti i test e controlli, Jenkins richiama Embedded Coder^{® 1} per generare codice C++ dal modello. Il codice C++ generato viene compilato in una DLL, che viene quindi usata in PSCAD per eseguire simulazioni dell’intero impianto e del suo software di controllo.

Vestas usa queste simulazioni per dimostrare agli operatori dei sistemi di trasmissione quali saranno le prestazioni dell’impianto quando è connesso alla rete in condizioni normali e in presenza di cali di tensione, oscillazioni e altri disturbi. Infine, il codice generato viene testato sul sistema di controllo industriale target prima di essere distribuito in produzione.

• Codice generato affidabile e privo di problemi. “Se i nostri sistemi di controllo non funzionano come dovrebbero rischiamo di incorrere in penali,” afferma Nielsen. “Con Simulink ed Embedded Coder, abbiamo appreso piuttosto in fretta che possiamo fidarci del codice che generiamo. Difatti, non abbiamo riscontrato alcun problema.”
• Workflow CI multisito automatizzato. “Abbiamo decine di ingegneri nel mondo che lavorano in parallelo sullo stesso modello con tanti punti di unione,” spiega Nielsen. “Unendo progettazione Model-Based e CI, abbiamo accorciato le iterazioni e automatizzato le procedure di test.”
• Prevenzione del vincolo hardware. “In passato, sviluppavamo i controller scrivendo testo strutturato personalizzato per una piattaforma PLC, il che significava che eravamo strettamente vincolati a quella piattaforma,” fa notare Nielsen. “Oggi, generiamo codice C++ portabile dai nostri modelli Simulink, il che ci offre la flessibilità di usare piattaforme di controllo industriale alternative.”

¹ Per l’utilizzo di Embedded Coder su Jenkins o altre macchine CI potrebbe essere necessaria una licenza CAL.