Den digitalen Zwilling neu erfinden

Heitec erhielt von Kroenert den Auftrag, für die Ab- und Aufwickler einen digitalen Zwilling zu erschaffen, der die Entwicklung,Produktion und Inbetriebnahme verbessert. Da es sich hier um Anlagen handelt, bei denen der Papier-, Folien- oder Filmfluss gekoppelt ist, mussten die Prozesse äußerst realistisch in einer simulativen Umgebung abgebildet und entwickelt werden. Denn die Reglerprozesse können nur validiert werden, wenn gleichzeitig auch der komplette Maschinenpark in einer Echtzeit-Simulation abgebildet wird. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass der prozessbedingte Steuerungstakt bei den Kroenert-Anlagen bei einer Millisekunde liegt. Das heißt, jeder Simulationsschritt muss in der Zeitspanne von maximal einer Millisekunde stattfinden. Nach dem Refa-Ablaufprinzip wird diese Leistung nur erreicht, wenn alle anderen Module – und dies sind hier bis zu zwölf Module – miteinander im Takt von einer Millisekunde simuliert werden. Gleichzeitig sollte die Simulation in Echtzeit parametriert werden können, um der hohen Variabilität des Maschinenparks gerecht zu werden. Dies stellte die Spezialisten von Heitec vor neue Herausforderungen, denn sowohl für die Antriebe als auch für sonstige Maschinenkomponenten und für die Prozesssimulation galt es, ein in Echtzeit parametrierbares Maschinenmodell zu entwickeln. Mit ihm lassen sich dann während der laufenden Simulation Parameter ohne Beenden und erneutes Starten der Simulation sowohl manuell als auch automatisch anpassen. 

Diese Controller-based Realtime-Simulation ist die neueste Entwicklung der HeiVM. Sie setzt dabei validierte mechatroni- sche Baukästen und Kommunikationsmodule ein, die bei realen Inbetriebnahmen getestet wurden, und implementiert sie in dezidierte echtzeitfähige Controller und Controller-Emulationen. Dies hat zwei Vorteile: Erstens erhalten damit die hoch- sprachenbasierten Baukästen ein SPS-Interface, das die SPS-Programmierer als ihre gewohnte Arbeits- und Entwicklungs- umgebung kennen und nutzen können. Zweitens übernimmt HeiVM die Architektur der Controller, was den Signalaustausch nach dem Refa-Prinzip erleichtert. Dies bedeutet aber auch, dass das virtuelle Maschinenmodell dieselbe Sprache spricht wie das Steuerprojekt.

Inzwischen sind moderne Controller in ihrer Rechenleistung soweit fortgeschritten, dass sie aufgrund ihrer Multikern- und Threadfähigkeit nicht nur die Antriebs-, Verhaltens- und Reglermodelle deterministisch beschreiben, sondern auch Simulationsaufgaben je nach Priorität und Zykluszeit gezielt festlegen können. Damit ergibt sich die Möglichkeit, dass das komplette Verhaltensmodell extern abgearbeitet werden kann und damit das für die Aufgabe geeignete echtzeitfähige Simulationstool während der virtuellen Inbetriebnahme entlastet wird. Darüber hinaus reicht die Controllerleistung noch aus, um den komplexen Materialfluss in die Simulation zu integrieren. Dies alles ergibt einen entscheidenden Performance- gewinn, dank dem es Heitec möglich war, eine den leistungstechnischen Anforderungen von Kroenert entsprechende Simulation zu erstellen.