Simulation und Kommunikation

Im Maschinenbau und in der industriellen Automatisierungstechnik spielt die Time-to-Market eine Schlüsselrolle für den Unternehmenserfolg. Diejenigen, die es schaffen, den für die Entwicklung erforderlichen Zeitaufwand zu reduzieren, ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen, sind gegenüber Wettbewerbern klar im Vorteil. Wichtig sind besonders eine einfache Implementierung und ein intensiver Test verteilter Automatisierungslösungen - und deren Kommunikation.

Bild: Machineering GmbH & Co. KG

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Prozessbegleitende Simulationssoftware

Mit der Simulationssoftware IndustrialPhysics lassen sich komplexe, mechatronische Anlagen und Roboter über den gesamten Prozess von der Planung bis zum Servicefall einfach, schnell und realistisch simulieren. Testläufe der erstellten SPS-Programme können zudem genau überprüft werden. Änderungen des dynamischen Verhaltens der Anlage sind aufgrund der physikbasierten Simulation sofort sichtbar. Die dadurch mögliche virtuelle Absicherung verringert Standzeiten, ermöglicht Variationen am Modell und spart so Zeit und Geld. Auch nach der Fertigstellung der Anlage können im laufenden Betrieb Anpassungen im Vorfeld simuliert werden bevor diese auf die reale Maschine übertragen werden.

Echtzeitfähigkeit via Plug&Play

Die Field Box kann entweder direkt auf dem Schreibtisch oder auch im Test Rack für die Anbindung an eine reale Steuerung eingesetzt werden. Angebunden an die Simulationssoftware wird sie lediglich via Plug&Play mit dem Rechner bzw. der Steuerung verbunden und ist sofort einsatzbereit. Dabei kann es sich um reale oder auch virtuelle Steuerungen handeln. So können in frühen Phasen unterschiedliche Steuerungen getestet werden - erst später muss sich der Anwender wirklich entscheiden. Der große Vorteil gegenüber der klassischen virtuellen Inbetriebnahme ist dabei, dass die Feldbusemulation keine Ressourcen des Simulationsrechners nutzt. Sie findet vielmehr komplett extern in der Field Box statt. Somit entfallen Änderungen an der SPS, die bisher zusätzlich den sogenannten ComTCP-Client implementieren musste.

Emulation wird immer wichtiger

Weil gerade die Feldbusemulation für Unternehmen immer wichtiger wird, bietet Machineering mit der Ultimate-Variante seiner Simulationssoftware die Field Box standardmäßig im Bundle an. Mit einer Systemzykluszeit von 100µs werden Reaktionszeiten unter 1ms bei wenigen Geräten, z.B. in einer Werkzeugmaschine, bis hin zu mehreren ms bei einem großen Automatisierungsnetzwerk bspw. einer Fördertechnikanlage erreicht. Mit der Field Box 1 kann ein Maschinenmodell, das direkt auf den mechanischen CAD-Daten basiert und das Maschinenverhalten mit Prozessgut realistisch nachbildet, ganz einfach um die Echtzeitkommunikation auf Feldbusebene erweitert werden. Mittlerweile ist es sogar möglich, auch Antriebe nachzubilden und damit deren realistisches Verhalten gegenüber der SPS darzustellen. Neben Profinet sind auch Ethernet/IP sowie Ethercat per Konfiguration in der Field Box 1 aktivierbar und damit eine synchrone bzw. auch asynchrone Kommunikation möglich.

Antriebsbibliothek und Echtzeitfähigkeit

Wie bereits für die Roboterbibliothek umgesetzt, entwickelt Machineering parallel eine Bibliothek für diverse Antriebssysteme. Mit den Standardimplementierungen von Antriebsmodellen, wird dem Maschinenbauer die Arbeit abgenommen, realistische Modelle mühsam selbst nachzubilden. Die Bibliothek enthält gängige Antriebe, weitere können auf Anfrage integriert werden. Zudem haben fortgeschrittene Anwender die Möglichkeit, über einen Plugin-Mechanismus eigene Antriebsbibliotheken zu realisieren und so auch Spezialanpassungen abzubilden. Besonders die Echtzeitfähigkeit wird immer entscheidender für die Unternehmen. Deshalb können Anwender eine Ultimate-Lizenz von IndustrialPhysics mit der Field Box zur Erstellung der kompletten Simulationsmodelle nutzen. Zusätzlich kann der Anwender mehrere separate Field Boxes mit der Runtime RT einsetzen. So entstehen SPS-Teststände, an denen fertige Maschinenmodelle zusammen mit Steuerungen oder eben Antrieben während der Programmierung und auch im Dauerlauf getestet werden können. So erstellt z.B. Anwender mittels der Vollversion jeweils projektbezogen neue Maschinenmodelle und gibt diese an die SPS-Teststände mit IndustrialPhyiscs Runtime RT weiter. Hier kann - quasi auf dem Trockendock - die SPS-Software angepasst oder fertig entwickelt und getestet werden, ohne dass der Entwickler das Haus verlassen muss.

Mittler zwischen SPS und Feldgeräten

Die Field Box vermittelt also in Echtzeit zwischen dem I/O-Abbild des gesamten Maschinenmodels in einer SPS und den verteilten Einzel-I/O-Abbildern aller Feldgeräte. Die SPS - egal ob real oder nur virtuell - kann so z.B. mit 30 optionalen Geräten kommunizieren, diese abfragen und testen. Ein normales Simulationsmodell läuft mit einer Abtastrate von 5 bis 10ms für die meisten mechanische Vorgänge. Feldbussysteme wie Profinet, Ethernet/IP oder Ethercat dagegen haben Reaktionszeiten im ms-Bereich und weit darunter. Mit dem erforderlichen Rechenaufwand, der für diese Auflösung erforderlich ist, sind herkömmliche Rechner schnell überfordert und mit ihrer Mehrkernarchitektur gleichzeitig überdimensioniert. Da die Feldbusemulation vollständig von der Field Box 1 übernommen wird, kann diese Funktion einem Simulationsmodell einfach mit dem Gerät hinzugefügt werden. Die Modelle werden so auf einer normalen Workstation oder einem Laptop erstellt und dann mit der Field Box auf die Feldbusebene erweitert. IndustrialPhysics weiß, wie die Field Box parametriert werden soll. Viele der notwendigen Informationen sind standardmäßig bereits integriert. So sind die komplette Hardwarekonfiguration sowie umfassende Importfilter aus den Steuerungsumgebungen bereits enthalten.