Hochdetaillierte Simulation mit Firmware-Simulationsmodellen

„Es ist die Idee entstanden, den realen Code der Antriebsregler-Firmware in Simulationsmodellen wiederzuverwenden – unter anderem um die Ungenauigkeiten der Re-Engineering-Methode zu vermeiden“, sagt Manuel Brose, Softwareentwickler bei KEB Automation. Dadurch werden sowohl das reale Verhalten des Antriebsreglers berücksichtigt als auch neue Funktionen und Funktionserweiterungen automatisch in die Simulationsmodelle integriert. „Diese Art von Modellen bezeichnen wir bereits als Firmware-Simulationsmodelle“, so M. Brose. Deren Schnittstellen richten sich nach den digitalen und analogen Ein- und Ausgängen, Messschnittstellen, zum Beispiel zur Messung des Motorstroms eines Motorsimulationsmodells, und nach den Feldbus- beziehungsweise Realtime-Ethernet-Schnittstellen. Bei einer virtuellen Inbetriebnahme reagiert das Simulationsmodell sehr detailgetreu auf eventuelle Konfigurationsfehler, da die Firmware-Simulationsmodelle das Objektverzeichnis des realen Antriebsstromumrichters enthalten.

„Darüber hinaus eignen sich die Firmware-Simulationsmodelle für Schulungen bei KEB sowie bei unseren Kunden“, erklärt M. Brose weiter. Ein Trend hin zu virtuellen Trainings zeichnet sich ab, da hierbei keine teuren und unflexiblen Testmaschinen erforderlich sind. Zur Unterstützung können Schulungsmitarbeiter Firmware-Simulationsmodelle einsetzen, um beispielsweise Fehlerdiagnosen und gezielte Maßnahmen zur Abhilfe von Fehlern an Drive Controllern realitätsnah zu vermitteln.

Bei KEB sind aktuell Firmware-Simulationsmodelle vorhanden, die Simulationsmodelle von Leistungsendstufen und Motoren berücksichtigen. Darüber hinaus können Firmware-Simulationsmodelle zur Verfügung gestellt werden, in denen die Profilgrößen von Drehzahl-Rampengeneratoren ausgegeben werden. Deren Einsatz hängt unter anderem vom Echtzeitsystem ab, da hier ein gewisser Berechnungsaufwand berücksichtigt werden muss.

Aktuell wurden Firmware-Simulationsmodelle von ausgewählten KEB-Drive-Controllern für das Echtzeitsystem Scalexio der Firma dSPACE sowie für die Simulationsplattform ISG-virtuos der Firma ISG Industrielle Steuerungstechnik entwickelt und implementiert. In beiden Fällen liegt der Fokus auf der Anbindung an das Realtime-Ethernet-System Ethercat und auf dem Betrieb unter Echtzeitbedingungen. Der Einsatz unter Echtzeitbedingungen ist aktuell der Regelfall für die Anwendungen virtuelle Inbetriebnahme und Schulung/Training. Die KEB-Firmware-Simulationsmodelle konnten bereits im it’s-OWL-Innovationsprojekt TeDZ (Technische Infrastruktur für Digitale Zwillinge) – Pilotvorhaben DeZ (Digitaler energetischer Zwilling) erfolgreich in Simulationen zur virtuellen Inbetriebnahme unter Berücksichtigung energetischer Aspekte eingesetzt werden. Des Weiteren wurden einzelne Firmware-Simulationsmodelle von KEB für die Austauschplattform TwinStore, einen Online-Store mit virtuellen Produktkatalogen, zur Verfügung gestellt. „Ein weiterer Einsatz bei einem Kunden hat ebenfalls erste Früchte getragen. Bei der Konfiguration des Prozessdaten-Mappings konnten durch die detaillierten Firmware-Simulationsmodelle Fehler beim Engineering festgestellt und behoben werden. Diese Fehler wären mit idealen bzw. nachgebauten Simulationsmodellen gegebenenfalls nicht erkannt worden“, erläutert der Ingenieur.

Zusammenfassung und Blick in die Zukunft

Es zeigt sich, dass Firmware-Simulationsmodelle eine Daseinsberechtigung für jene Simulationsanwendungen haben, in denen sich die Simulationsmodelle auch im Fehlerfall wie die reale Komponente verhalten müssen. Dieser Bereich wird bei KEB bereits für ausgewählte Antriebsregler und Simulationsplattformen abgedeckt. Zukünftig wird das Portfolio der Firmware-Simulationsmodelle um weitere KEB-Drives ergänzt. Neben anderen Simulationsplattformen wird auch auf die Bereitstellung der Firmware-Simulationsmodelle als FMU (Functional Mock-up Units) eingegangen.