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Steuerungsemulation

Inbetriebnahmezeiten von Anlagen verkürzen

Für die Verkürzung der Inbetriebnahmezeiten von Anlagen ist die Simulation der Steuerungswelt ein vielversprechender Ansatz, um Probleme im Vorfeld zu vermeiden. Dabei kann der Einsatz von Materialflusssimulatoren helfen, möglichst realitätsnahe Testszenarien zu erstellen. Für eine Emulation wird das Simulationsmodell mit der realen SPS gekoppelt.

Bild: Simplan

Das virtuelle Testen von SPS-Sourcecode im Simulationsmodell verspricht zahlreiche Vorteile – schließlich lassen sich so geplante Prozesse erstellen, testen und in Betrieb nehmen, bevor sie auf die reale SPS übertragen werden. Der Ansatz fordert allerdings die konsequente Fortführung der Simulationstechnologie zur Verkürzung von Inbetriebnahmezeiten komplexer Anlagen. Was im Bereich der Robotersimulation bereits seit mehr als einer Dekade gelebte Praxis ist, scheint jedoch für die Materialflusssimulation noch eine Hürde darzustellen. Die Gründe dafür sind vielfältig: Unter anderem erfordert die sehr hardwarenahe Steuerung einer SPS einen eigenen Controller im Simulationssystem, der neben der zu bereitstellenden Programmierplattform auch dem Steuerungsprogramm die Hardwareumgebung ‚vorgaukelt‘.

Zudem lässt sich die Vielfältigkeit der Anforderungen für diese Hardwareumgebung nur schwer in einem Standardcontroller implementieren. Als Alternative neben gängigen Systemen zur Entwicklung und Simulation von SPS-Programmen kann sich daher die Emulation mit einem Materialflusssimulator anbieten. Während in SPS-Simulatoren die von der SPS zu steuernde Einheit in der Regel isoliert vom Rest des Systems betrachtet wird, bietet die Emulation den Vorteil, dass die SPS integriert in einen größeren Kontext, im Idealfall dem Gesamtprozess, getestet werden kann. Der SPS-Code wird in dieser Lösung nicht direkt im Simulationsmodell programmiert. Stattdessen wird die Original-SPS mit dem Simulatonsmodell gekoppelt und kommuniziert über OLE for Process Control (OPC) oder Profibus mit der virtuellen Anlage.

Ein wichtiger Vorzug dieser Lösung gegenüber klassischen SPS-Simulatoren liegt in der möglichen Erzeugung von diversen realitätsnahen Testszenarien sowie der Untersuchung der Auswirkungen der lokalen Steuerung einer SPS auf das globale Prozessverhalten. Ziel der Emulation ist somit die Überprüfung der Steuerungslogik sowohl in der lokalen als auch in der globalen Prozessbetrachtung. So können beispielsweise Rückstausituationen aus anderen Bereichen der Anlage und deren Folgen für die lokale SPS untersucht werden. Werden diese Tests erst im Anlauf einer Anlage durchgeführt, so erfordert dies deutlich mehr Zeit. Bestimmte Konstellationen treten in dieser Phase noch nicht auf und werden somit nicht getestet. In der Emulation hingegen können Lastsituationen erzeugt werden, die dem zukünftigen Systemverhalten entsprechen.

Ein weiteres Problem ist die Reproduzierbarkeit von Fehlern. Während man in einer Emulation jede Situation exakt und auf Knopfdruck wiederholen kann, um etwa Änderungen im Source-Code auf ihre Funktion hin zu überprüfen, ist dies in der Realität nur sehr schwer oder gar nicht möglich. Man stelle sich nur einmal vor, man müsste sämtliche Paletten auf einer Förderanlage wieder in genau dieselbe Position bringen, um den Fehler zu reproduzieren – ein sehr zeitfressendes Prozedere.

Herausforderungen an das Emulationsmodell

Doch die SPS-Emulation hat ihre Tücken. Die Einbindung der SPS in die IT-Struktur kann dazu führen, dass auch die Seite des überlagerten Systems emuliert werden muss. Das erfordert, dass das Emulationsmodell des überlagerten Systems, wie den Materialflussrechner (MFR), und dessen Telegrammverkehr mit der SPS realitätstreu abbildet. Idealerweise existiert das überlagerte System bereits und kann in die Emulation einbezogen werden. Zudem gilt es, besondere Aufmerksamkeit auf zeitsynchrone Abläufe zu richten: Löst zum Beispiel eine SPS-Aktionen wie das Ansteuern eines Aktors zeitversetzt zum Empfang eines Signals von einem Sensor aus, müssen Emulationsmodell und SPS absolut synchron laufen. Würde man das Modell im Zeitraffer laufen lassen, käme das von der SPS gesendete Signal zu spät beim Aktor an.

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