Transition to model-based development in mining machine control system
Syrjänen, Tuukka (2026)
Diplomityö
2026
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202601164733
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe202601164733
Tiivistelmä
This thesis addresses the transition from PLC programming to model-based development in the control system of an underground mining machine. The first part of the thesis provides the theoretical background for both technologies and compares them with respect to the required skillset, toolchains and key features. CODESYS 3.5 is used as the PLC programming platform, and Simulink as the model-based development platform.
One of the most significant trade-offs related to the transition is that the used PLC programming platform supports real-time debugging, which is not available in model-based development. Simulink contains “Simulink Real-Time” feature, which allows compiling a model to a specific Speedgoat Target Machine, and use debugging features such as online parameter tuning. However, the models in the machine control system are not compatible with execution on the external platform. This is caused by the custom controller-specific code generation process and the S-functions used to access the controller’s signal interface.
The thesis produced a proof-of-concept for a model conversion script tool that removes the target controller dependencies from the model. It also establishes a UDP interface to the controller, which enables the execution on external hardware. A feasible proof-of-concept level solution was implemented for the model conversion, and necessary control system modifications were made to successfully test and demonstrate it. The productization phase handles the integration and further development, but it will be done outside the scope of this thesis. Diplomityö käsittelee siirtymää PLC-ohjelmoinnista mallipohjaiseen kehitykseen maanalaisten poralaitteiden ohjausjärjestelmässä. Diplomityön ensimmäinen osa käsittelee tarvittavan teoreettisen taustatiedon molemmista teknologioista, ja vertailee niitä tarvittavan osaamisen, työkaluketjujen sekä tärkeimpien ominaisuuksien näkökulmista. Käytettävä PLC-ohjelmointialusta on CODESYS 3.5, ja vastaavasti mallipohjaisen ohjelmoinnin työkaluna toimii Simulink.
Yksi siirtymän haittapuolista on PLC-järjestelmiin integroidun reaaliaikaisen monitoroinnin puuttuminen mallipohjaisen kehityksen työkaluista. Simulink sisältää ”Simulink Real-Time” -lisäosan, joka mahdollistaa mallin kääntämisen kohdealusta ”Speedgoat”:lle ja mahdollistaa ominaisuuksien, kuten ajonaikaisen mallin parametrien säädön. Ohjausjärjestelmän mallit eivät kuitenkaan tue suorittamista ulkoisella alustalla. Se johtuu ohjausjärjestelmän suoritinkohtaisen koodigenerointiprosessin, sekä malleissa käytettävien signaalirajapinnan käsittelyyn tarkoitettujen S-funktioiden välisistä riippuvuuksista.
Työssä tehtiin konseptin validointi komentokielipohjaisesta työkalusta, joka poistaa riippuvuudet, ja muodostaa UDP-rajapinnan mallin ja ohjausjärjestelmän välille, mikä mahdollistaa mallin suorittamisen ulkoisella alustalla. Soveltuva tapa konvertoida malli löydettiin, ja ohjausjärjestelmän applikaatiotasolle tehtiin tarvittavat muutokset työkalun testaamiseksi ja demonstroimiseksi. Työkalun integrointi ja mahdollinen jatkokehitys tehdään tuotteistusvaiheessa tämän diplomityön aiheen ulkopuolella.
One of the most significant trade-offs related to the transition is that the used PLC programming platform supports real-time debugging, which is not available in model-based development. Simulink contains “Simulink Real-Time” feature, which allows compiling a model to a specific Speedgoat Target Machine, and use debugging features such as online parameter tuning. However, the models in the machine control system are not compatible with execution on the external platform. This is caused by the custom controller-specific code generation process and the S-functions used to access the controller’s signal interface.
The thesis produced a proof-of-concept for a model conversion script tool that removes the target controller dependencies from the model. It also establishes a UDP interface to the controller, which enables the execution on external hardware. A feasible proof-of-concept level solution was implemented for the model conversion, and necessary control system modifications were made to successfully test and demonstrate it. The productization phase handles the integration and further development, but it will be done outside the scope of this thesis.
Yksi siirtymän haittapuolista on PLC-järjestelmiin integroidun reaaliaikaisen monitoroinnin puuttuminen mallipohjaisen kehityksen työkaluista. Simulink sisältää ”Simulink Real-Time” -lisäosan, joka mahdollistaa mallin kääntämisen kohdealusta ”Speedgoat”:lle ja mahdollistaa ominaisuuksien, kuten ajonaikaisen mallin parametrien säädön. Ohjausjärjestelmän mallit eivät kuitenkaan tue suorittamista ulkoisella alustalla. Se johtuu ohjausjärjestelmän suoritinkohtaisen koodigenerointiprosessin, sekä malleissa käytettävien signaalirajapinnan käsittelyyn tarkoitettujen S-funktioiden välisistä riippuvuuksista.
Työssä tehtiin konseptin validointi komentokielipohjaisesta työkalusta, joka poistaa riippuvuudet, ja muodostaa UDP-rajapinnan mallin ja ohjausjärjestelmän välille, mikä mahdollistaa mallin suorittamisen ulkoisella alustalla. Soveltuva tapa konvertoida malli löydettiin, ja ohjausjärjestelmän applikaatiotasolle tehtiin tarvittavat muutokset työkalun testaamiseksi ja demonstroimiseksi. Työkalun integrointi ja mahdollinen jatkokehitys tehdään tuotteistusvaiheessa tämän diplomityön aiheen ulkopuolella.