Simulation of field devices in testing of a marine control system

Abstract

Testing the programmable logic controller (PLC) software part of a control system before the system is commissioned and all the field devices are available and functional is challenging. In this thesis a simulation tool is developed to simulate the devices that are part of a Danfoss Editron marine system. The types of simulated devices include power electronic converters, electric motors, generators, and other devices managed by the control system. The simulator is a Python program which reads the outputs of a Beckhoff PLC, generates feedback signals and writes them to the inputs of the PLC. By simulating the field devices, the PLC software can be tested in an office environment before the system commissioning on the marine vessel.

Two different vessels are simulated to verify the simulations and to determine the feasibility of using the simulation tool. Two errors were found in the control logic of the first vessel which had already been commissioned previously. The second vessel was simulated to test the logic and HMI panel functionality before the commissioning, and several errors were found and fixed. The extended testing made possible by the simulation tool was found to improve software quality, save time spent during the commissioning phase, and to decrease the costs of commissioning the vessel.

Ohjausjärjestelmän osana olevan ohjelmoitavan logiikan eli PLC:n ohjelmiston testaus on haastavaa ennen kuin järjestelmää ollaan ottamassa käyttöön ja järjestelmän osana olevat toimilaitteet ja anturit ovat toiminnassa. Tässä diplomityössä kehitetään työkalu Danfoss Editronin laivajärjestelmän laitteiden simulointiin. Järjestelmän simuloituja laitteita ovat mm. taajuusmuuttajat, sähkömoottorit ja generaattorit. Simulaattori on Python-kielinen ohjelma, joka lukee Beckhoff PLC:n lähdöt, luo palautesignaalit ja kirjoittaa ne PLC:n tuloihin. Simuloimalla kenttälaitteet voidaan logiikan testausta suorittaa toimistoympäristössä ennen aluksen käyttöönottoa.

Simuloinnin toimintaa ja hyödyllisyyttä arvioidaan simuloimalla kaksi eri laivajärjestelmää. Ensimmäisessä tapauksessa, jo toimitetusta projektista, löytyi simuloinnin avulla kaksi ohjelmistovirhettä. Toisessa tapauksessa simuloinnin avulla testattiin logiikan sekä ohjausnäyttöpaneelin toimintaa ennen aluksen käyttöönoton aloitusta. Useita virheitä saatiin paikallistettua ja korjattua. Simuloinnin mahdollistama laajennettu testaus todettiin parantavan ohjausohjelmiston laatua, lyhentävän käyttöönottovaiheessa kuluvaa aikaa sekä pienentävän käyttöönoton kustannuksia.