Modelgebaseerde ontwikkeltools helpen bij de ontwikkeling van uiterst complexe regelalgoritmes

Het slepen van boten is precisiewerk. Als de hellingshoek iets te groot wordt, kan de sleepboot kapseizen. “Met Electronic Stability Protection krijgt de bemanning een waarschuwing als omslaan dreigt”, zegt Robert van Koperen, Development Team Leader bij scheepsbouwer Damen Shipyards. Een belangrijke rol is hierbij weggelegd voor de PLCnext Technology van Phoenix Contact.

De stabiliteit van een sleepboot is van een groot aantal factoren afhankelijk, waaronder de hoeveelheid diesel in de tanks. “In een ‘naslagwerk’ kan de kapitein precies opzoeken wat de maximale hellingshoek is, bijvoorbeeld als de dieseltanks voor de helft gevuld zijn”, vertelt Van Koperen.

Dit naslagwerk is het resultaat van de berekeningen die Damen Shipyards vooraf – ‘op kantoor’ – met speciale simulatiesoftware uitvoert. Maar nog mooier is het als de kapitein van het schip tijdens het slepen in ‘realtime’ een melding krijgt als kapseizen dreigt, weet Van Koperen. “Hiervoor zijn we in 2017 gestart met de ontwikkeling van het Electronic Stability Protection (ESP)-systeem dat de bemanning hulp biedt tijdens sleepoperaties. Door gebruik te maken van Matlab Simulink en de PLCnext Technology kunnen we al op kantoor beginnen met testen van de software, zowel SIL als HIL.”

Internet of Things

Het idee achter ESP is dat de scheepsbouwer met behulp van sensoren de omstandigheden in de gaten houdt, bijvoorbeeld hoe vol de tanks zitten. “De data afkomstig van de sensoren sturen we naar het hardewareplatform waarop speciale simulatiesoftware draait. Met die software kunnen we continu de stabiliteit van het schip berekenen”, aldus Van Koperen. Dreigt het mis te gaan, dan krijgt de kapitein een melding waarna de bemanning kan ingrijpen.

“We moesten nog wel op zoek naar een hardwareplatform – een PLC of industriële PC – dat robuust genoeg is om dienst te doen aan boord van een schip”, vervolgt de Development Team Leader. Al snel viel de keuze op de PLCnext Technology van Phoenix Contact. Deze nieuwe, open technologie is voorbereid op de eisen van het Internet of Things en maakt integratie van nieuwe functionaliteit eenvoudig mogelijk.

Voordelen PLCnext Technology

De Nederlandse scheepsbouwer had meerdere redenen om het complexe regelalgoritme uit te laten voeren door een PLCnext Controller. Van Koperen haalt er drie aan:

1. Compatibiliteit met meerdere programmeertalen
Damen Shipyards gebruikt MATLAB Simulink voor het uitvoeren van simulaties en het schrijven van code. “Compatibiliteit met MATLAB Simulink was voor ons een belangrijke eis die we stelden aan de hardware. De PLCnext Technology biedt die compatibiliteit, ook met andere programmeertalen. Dit betekent dat je code kunt schrijven in de software waar je al aan gewend bent.”

2. Snel van prototype naar product
“Met PLCnext Technology heb je snel een werkbaar systeem tot je beschikking dat makkelijk is op te schalen. Als je van prototype naar productieklaar systeem gaat, blijf je dezelfde hardware gebruiken. Dat was voor ons bijzonder waardevol. Het systeem is bovendien eenvoudig uit te breiden, mocht dat nodig zijn.”

3. Snelheid van de processors
De snelheid van de processors wordt volgens Van Koperen steeds belangrijker. “In de toekomst gaan we misschien gaan naar ‘model predictive control’. Met zware modellen voorspellen we wat er gaat gebeuren zodat we binnen een fractie van een seconde kunnen reageren. Dat vraagt het nodige van je hardware. Als het gaat om snelheid troeft PLCnext Controller de conventionele PLC’s af.”

Uniek in de sleepbootindustrie

Damen Shipyards was in 2017 een ‘early adopter’ van de PLCnext Technology, die toen nog niet officieel was gelanceerd. Van ‘kinderziektes’ heeft Van Koperen echter weinig gemerkt. “Phoenix Contact heeft ons goed geholpen om snel tot een werkend systeem te komen, met goede ondersteuning, workshops en een direct contact. We hebben inmiddels één systeem draaien.”

Van Koperen denkt zelfs al na over de stap nadat ESP breed is uitgerold. “We assisteren de bemanning door een alarm te genereren als omslaan dreigt. Dat kunnen we in de toekomst verder uitbreiden door het systeem bij dreigend gevaar actief in te laten grijpen op de besturing van het schip. Dat zou wel uniek zijn in de sleepbootindustrie.”