Bild 1: Matlab Simulink (Quelle: Bachmann)
Immer kürzere Lebenszyklen und der hohe Kostendruck im Maschinen- und Anlagenbau lassen die Erstellung umfangreicher Prototypenserien heute kaum noch zu. Stattdessen sind neue Maßnahmen im Engineering-Prozess gefordert. „Das Schlüsselwort heißt digitale Simulation“, weiß Matthias Schagginger, Leiter Produktmanagement bei der Bachmann Electronic GmbH. Anstatt mechanische Aufbauten, Hydrauliksysteme oder Bewegungsabläufe an Prototypen zu entwickeln, werden diese im Computer nachgebildet. „Dort kann das Verhalten gefahrlos und kostengünstig studiert und geeignete Steuer- und Regelalgorithmen entworfen werden. Die Kombination aus solch einem Prozessmodell und Steuer- oder Regelmodell lässt sich dann in allen möglichen Betriebsfällen und Situationen simulieren und gegebenenfalls optimieren. Erst wenn am Rechner zufriedenstellende Ergebnisse erbracht wurden, werden kostenintensive Prototypen real aufgebaut und erprobt“, informiert er weiter.
Portieraufwand reduzieren
Ist ein Prozessmodell mit zugehörigem Steuer- oder Regelmodell von den Verfahrensspezialisten passend gestaltet und erprobt, beginnt die Implementierungsarbeit des Automatisierers. „Oft bedeutet das ein halbes Mannjahr oder mehr Aufwand, um die im Simulationssystem in Form komplexer Mathematik vorliegenden Ergebnisse mühsam in die Programmierumgebung der SPS oder der Motion Control zu portieren“, ist die Erfahrung des Leiters Produktmanagement. Vereinfachungen, Fehler und Limitierungen der Zielumgebung würden das Ergebnis verfälschen und verzögern. Diesen aufwendigen Prozess hat Bachmann Electronic mit seinem M-Target for Simulink vereinfacht. „Nur wenige Mausklicks genügen, um das Steuer- und Regelmodell in Simulink zu separieren und daraus direkt ein echtzeitfähiges Programm für das M1-Steuerungssystem zu erstellen“, sagt er weiter.
Steuerungs-Hardware in Simulation mitberücksichtigt
„Da ein einfacher Datenaustausch zwischen den Variablen der Steuerung und solch einem automatisch erstellten Programm viele reale Forderungen unberücksichtigt lässt, werden bei M-Target for Simulink die IO-Module des Steuerungssystems als Simulink-Blöcke mit in die Modelle eingebracht“, stellt M. Schagginger heraus. Neben der klaren Trennung zwischen Prozess (Strecke) und Steuerung (Regler) erlaubt dieses Vorgehen zudem die mathematische Modellierung des Zeit- und Quantisierungsverhaltens der IO-Module selbst. „Da die Blockbibliothek alle notwendigen Einstellungen von Baugruppen schon in Simulink berücksichtigt, kann ein M1-System – sofern gewünscht – auch ausschließlich über Simulink projektiert werden. Selbstverständlich lassen sich aber übliche SPS-Programme, die mittels IEC 61131-3, C oder C++ erstellt wurden, parallel bzw. interaktiv zu Simulink-Programmen ausführen“, informiert der Leiter Produktmanagement weiter. Hierzu stünden geeignete Simulink-Blöcke für den Datenaustausch zwischen beliebigen Steuerungsprozessen (SPS-Programmen) bereit.