Virtuelle Inbetriebnahme fluidtechnischer Systeme

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FLUIDON Gesellschaft für Fluidtechnik mbH

2. Methode der Komponentenkopplung: Hardware-in-the-Loop

Eine weiterführende Methode der Komponentenkopplung stellt die Hardware-in-the-Loop (HiL)-Simulation dar. Von Seiten des Steuerungsentwicklers kann nun die reale Steuerungshardware mit der Systemsimulation verbunden werden. Er ist somit in weiten Teilen unabhängig vom Bau des realen Systems, auftretende Verzögerungen oder große räumliche Distanzen haben geringeren Einfluss auf den Fortschritt der Steuerungsentwicklung.

Die Verbindung zwischen Systemmodell und Steuerung übernimmt bei der Verwendung von DSHplus als Simulationssoftware eine flexible Feldbus-Schnittstelle. Erfolgt die Trennung zwischen Hardware und Simulation auf Signalebene, kann der Zugriff auf die elektrischen Größen über handelsübliche I/O-Hardware mit Feldbus-Anschluss erfolgen. Soll die Steuerung auf logischer Ebene mit der Simulation verknüpft werden, können die Prozessdaten auch direkt über den Bus der Steuerung ausgetauscht werden.

Das verwendete Interface hat dafür Sorge zu tragen, dass der Steuerung ein genaues Abbild des realen Systems vorgehalten wird. Dies betrifft sowohl die Anzahl und Ausführung der Signale, als auch das Zeitverhalten der Simulation. Fluidon unterscheidet dabei zwei Arten der Synchronisierung zwischen den beteiligten Komponenten. Die Echtzeit-Kopplung erfordert dabei keine Eingriffe in die Steuerung und reagiert unter Berücksichtigung systembedingter Abweichungen mit realitätsnahen Antwortzeiten. Nachteilig auf die Qualität der Simulationsergebnisse wirkt sich aus, dass oftmals eine Vereinfachung des Simulationsmodells vorgenommen werden muss, um die geforderten Rechenzeiten zu erreichen. Hier setzt die zweite Variante der Synchronisierung an, bei der das beliebig genaue Simulationsmodell die Zeitbasis für die Steuerung vorgibt, was allerdings ein Eingriff in die Steuerungssoftware notwendig macht. Dabei muss berücksichtigt werden, dass jeder Eingriff eine Veränderung des Produktivcodes bedeutet und damit eine Entfernung vom realen Softwareverhalten einhergeht.

Simulationsmodelle auch für Fehler im Anlagenbetrieb nutzbar

Die Auswahl der verwendeten Kopplungsmethode hängt also im hohen Maße von der Zielsetzung der Simulation ab. Den vorgestellten Methoden ist gemein, dass sich die Entwicklung und der Bau von System und Steuerung durch die Verwendung der vorgestellten Entwicklungsmethoden in weiten Teilen entflechten lässt, Abhängigkeiten können aufgelöst, eventuell kostspielige Fehler vermieden werden. Erfahrungen in einigen durchgeführten Projekten, bei denen die Methoden Berücksichtigung fanden, zeigen, dass sich die Dauer der Vor-Ort-Inbetriebnahmen ganz erheblich senken lässt. Ein weiterer positiver Effekt ist die über den Entwicklungsprozess hinaus bestehende Verfügbarkeit von Simulationsmodellen, anhand derer im Betrieb auftretende Fehler an der Anlage nachgestellt werden können. Eine erste Diagnose ist so zunächst ohne direkten Zugriff auf die Anlage möglich.

*Dipl.-Ing. (FH) Oliver Breuer, Project Engineer Virtual Commissioning, FLUIDON GmbH

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