Virtuelle Inbetriebnahme

Frühzeitige Inbetriebnahme von Steuerungssoftware

Moderne Produktionsmaschinen greifen für ihre Funktionalität auf einen immer größer werdenden Anteil an Steuerungssoftware zurück. Damit die zunehmende Komplexität der Software handhabbar bleibt, ohne dass dabei das Risiko von Fehlern im Feld steigt, muss die Steuerungssoftware frühzeitig getestet werden.

Herkömmliche Entwicklungsmethoden im Maschinen- und Anlagenbau sehen nur begrenzte Möglichkeiten vor, die Steuerungssoftware zu testen, bevor die physikalische Maschine verfügbar ist.
Abhilfe schafft hier die Virtuelle Inbetriebnahme. Unter dem Begriff Virtuelle Inbetriebnahme werden Methoden zusammengefasst, die anhand einer Virtuellen Maschine – also einem lauffähigen Modell der Maschine am Arbeitsplatzrechner oder auf einem Echtzeitsystem – den vorzeitigen Test der Software ermöglichen – unabhängig davon, ob die physikalische Maschine bereits verfügbar ist oder nicht.

Abbildung 1 - Virtuelle Inbetriebnahme am Beispiel einer Windkraftanlage

Dabei kann das Modell für die Virtuelle Inbetriebnahme im Hinblick auf diverse Aspekte variieren:

  1. Detailtiefe: Je nach Aufgabenstellung kann die benötigte Detailtiefe bei der Modellierung der Virtuellen Maschine variieren. So ist etwa für das Testen der Ablauflogik in der Regel eine logische Repräsentation der Maschine ausreichend, während für die frühzeitige Inbetriebnahme von regelungstechnischer Software ein detaillierteres Streckenmodell notwendig ist.
  2. Umfang: Während es für den Test der Software für einen Regler oder ein Filter meist ausreicht, einen Ausschnitt der Maschine zu modellieren, kann es in anderen Fällen, etwa für die Virtuelle Inbetriebnahme der Logistik notwendig sein, ein Modell der gesamten Maschine – eventuell sogar inklusive Infrastruktur und Materialtransport – zu erstellen. Kommt die Modellierung übergreifend für die Maschinen einer Anlage zur Anwendung, so spricht man auch von einer Digitalen Fabrik.
  3. Visualisierung: Die Verifikation des logischen Verhaltens einer Virtuellen Maschine kann anhand einer grafischen Repräsentation (z.B. einer 3D-Visualisierung) erfolgen. Soll allerdings das spezifische Verhalten der Maschine – etwa im Fall nicht optimaler Parameter – mithilfe der Virtuellen Inbetriebnahme verifiziert werden, so muss die verwendete Umgebung für die Virtuelle Maschine Möglichkeiten bieten, Daten mit Zeitinformation aufzuzeichnen und in entsprechenden Werkzeugen (z.B. MATLAB®) auszuwerten.
  4. Echtzeitfähigkeit: Virtuelle Maschinen können sowohl auf einem nicht-echtzeitfähigen Gerät (z.B. auf dem Arbeitsplatzrechner) oder – als kompilierter Echtzeitcode auf einem Industrie-PC oder einer SPS ablaufen; je nachdem, ob die Nachbildung des Echtzeitverhaltens für die Virtuelle Inbetriebnahme wesentlich ist.

Durch den Einsatz von Modellen für die Virtuelle Inbetriebnahme kann nicht nur die Steuerungssoftware frühzeitig Verifiziert und damit Fehler im Feld vermieden werden, die Virtuelle Inbetriebnahme hilft auch dabei, die spätere Inbetriebnahme an der physikalischen Maschine signifikant zu verkürzen – und damit Zeit und Geld zu sparen.

In Simulink® haben Sie die Möglichkeit, Modelle für die Virtuelle Inbetriebnahme in unterschiedlichem Detaillierungsgrad und Umfang zu erstellen.

Dabei unterstützen Sie Blöcke für die physikalische Modellierung in Simscape™, Simscape Multibody™ und Simscape Fluids™ bei der intuitiven Erstellung der Modelle bzw. mit dem Import von bereits vorhandenen CAD-Modellen der Maschine.

Die Codegenerierung mittels MATLAB Coder™, Embedded Coder® (C/C++) und Simulink PLC Coder™ (IEC61131-3 Structured Text) setzt die entwickelten Maschinenmodelle in ausführbaren Code für Simulink Real-Time™ und Echtzeithardware von Speedgoat oder für gängige Industriesteuerungen (Industrie-PCs, SPS) um, damit Sie Ihre Virtuelle Maschine in Echtzeit ablaufen zu lassen.

Mithilfe von Simulink 3D Animation™ erweitern Sie Ihr Modell für die Virtuelle Inbetriebnahme um eine 3D-Visualisierung Ihrer Maschine.


Siehe auch: MATLAB