Virtuelle Inbetriebnahme

Startvorteil für Intralogistik-Anlagen

Die Inbetriebnahme ist beim Anlagenbau für die Intralogistik der zentrale Punkt, gleich ob Neuplanung oder Retrofit. Sie soll schnell gehen und die Anlage sofort perfekt ‚durchlaufen‘. Die virtuelle Inbetriebnahme mit einem digitalen Anlagenzwilling ermöglicht es, das Automatisierungssystem vorab zu testen und Probleme zu lösen, bevor es richtig Geld kostet.

(Bild: Mewes & Partner GmbH)

Der Begriff digitaler Zwilling wurde in letzter Zeit stark strapaziert. Dabei gibt es keine einheitliche Definition, was er eigentlich beinhaltet. Manche verstehen darunter im Wesentlichen die 3D-Darstellung einer Anlage, andere legen den Schwerpunkt auf die digitale Sammlung aller Anlagendaten. Für die Fachleute bei Mewes & Partner bedeutet ein digitaler Zwilling, Echtzeitsimulationen an einem funktionalen virtuellen Abbild einer realen Anlage durchführen zu können. Für diese Aufgabe hat die Firma die Winmod-Systemplattform entwickelt. Dipl.-Ing. Jürgen Mewes, Geschäftsführer von Mewes & Partner, schildert sein Verständnis eines digitalen Zwillings: „Wir verstehen darunter die funktionale Repräsentation von Aktorik, Sensorik und 3D-Daten. Das gesamte steuerungstechnische Verhalten der realen Anlage wird so abgebildet, in Echtzeit simuliert und in 3D visualisiert. Dazu kommt die Kopplung zum realen Automatisierungssystem, mit verschiedenen Feldbus-Emulationen wie Profibus oder Profinet welche die Softwaretests als Hard- und Software-in-the-Loop ermöglichen.“ Dieses Konzept erlaubt es, Abläufe nicht nur innerhalb des Programms, sondern mit Kopplung zum Automatisierungssystem zu simulieren. Die Systemplattform berechnet, wie sich die Anlage im realen Betrieb verhält und welche Zykluszeiten wirklich entstehen.

Realer Softwaretest

Die Planung einer Intralogistik-Anlage wird heute durch viele IT-Werkzeuge unterstützt. Die SPS-Programmierung jedoch beruht meist auf Planungsdokumenten, welche unscharf formuliert sein, Lücken haben oder sogar Mängel aufweisen können. Meist ist die Beschreibung des Anlagenverhaltens daher nicht eindeutig. Absprachen zwischen Steuerungsprogrammierer, Konstrukteur und Elektroplaner sind die Folge. Mit dem Einsatz neuer Feldgeräte, komplexer Antriebe oder neuer Technologien, wie Elektrobodenbahnen (EFS), wachsen die Herausforderungen bei Programmierung und Inbetriebnahme zusätzlich. Mit bisherigen Entwicklungsmethoden kann der Test der Software erst wirklich auf der Baustelle erfolgen. Für den Softwareentwickler bedeutet das lange Einsatzzeiten abseits seines Büroarbeitsplatzes, oft direkt in der Anlage irgendwo auf der Welt. Für den Betreiber ist das mit zusätzlichen Kosten verbunden. Die echte Steuerungssoftware vorab mit einem digitalen Zwilling testen zu können, welcher die reale Anlage möglichst vollständig aus automatisierungstechnischer Sicht abbildet, ist ein deutlicher Vorteil.

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Virtuelle Prozessinformationen

Für ein realitätsgetreues Prozessabbild einer Anlage müssen die Ein- und Ausgangssignale über die Feldbusemulation mit dem realen Automatisierungssystem in Echtzeit ausgetauscht werden. Dazu kommt das funktionale Verhalten von Komponenten und Prozessen, ebenfalls in Echtzeit. Damit alle Projektbeteiligten die Auswirkungen einzelner Funktionen verstehen und nachvollziehen können, ist eine detaillierte Visualisierung der virtuellen Anlage notwendig. Um bei der virtuellen Inbetriebnahme intensiv testen zu können, ist es wichtig, durch unmittelbare Interaktion jeden Parameter zu ändern, Störfälle zu generieren und Prozesse zu beeinflussen.

Virtueller Anlagenbau

Die virtuelle Anlage wird genauso wie die reale anhand der Engineering-Daten aus Layout-, und Elektroplanung sowie 3D-Konstruktionsdaten erstellt. Aus diesen Daten werden die zur Simulation relevanten Informationen extrahiert und anschließend in der Simulationssoftware eingelesen. Bei guter Datenlage kann die Systemplattform per Knopfdruck die virtuelle Anlage generieren. An der einen oder anderen Stelle ist vielleicht noch ein wenig manuelle Nacharbeit notwendig. Die Praxiserfahrung zeigt, dass sich eine mittelgroße Intralogistikanlage (wie eine Palettieranlage) innerhalb weniger Manntage erstellen oder besser gesagt virtualisieren lässt.

Bibliotheken als Basis

Basis für das Virtualisieren sind technologiespezifische Bibliotheken mit vielen verschiedenen virtuellen 3D-Anlagenkomponenten. Diese umfassen klassische Paletten- und Behälterfördertechnik, automatische Lagersysteme mit Regalbediengeräten bis hin zu Elektroboden- bzw. Elektrohängebahnen. Alle diese Komponenten sind in Dimension und Auslegung parametrierbar. Dazu kommen Systembibliotheken für virtuelle Geräte wie Schaltantriebe, Frequenzumrichter, Identsysteme, Pneumatik, Hydraulik und so weiter. Aus der Kombination von 3D-Komponenten und virtuellen Geräten entsteht dann die virtuelle Anlage, welche an das reale Automatisierungssystem angeschlossen wird. Durch Importe der Hardware-Konfigurationen sowie der Tag- und Signallisten aus den Automatisierungstools ist auch das quasi per Knopfdruck erledigt. Änderungen an der Software des Automatisierungssystems sind in der Regel nicht erforderlich und letztendlich auch nicht erwünscht. Für das Erstellen der virtuellen Anlage braucht es daher keine Experten, nach einer kurzen Schulung ist sie für jeden Anlagenautomatisierer nutzbar.

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Greifbare Vorteile

Neben den eingangs skizzierten Zeit- und Kostenvorteilen kommt bei der virtuellen Inbetriebnahme der Effekt hinzu, dass sich die Qualität der Steuerungssoftware erhöhen kann, da sie bereits früh in der Entwicklungsphase unter realen Bedingungen getestet werden kann. Risiken und Ausfallzeiten im realen Betrieb werden reduziert. Darüber hinaus lassen sich Anlagen so bereits vor der eigentlichen Inbetriebnahme optimieren. Denn während bei der realen Inbetriebnahme etwa zehn bis fünfzehn Paletten gefahren werden, sind es in der Simulation beliebig viele. Kommt es zum virtuellen Crash, wird einfach ‚Reset‘ gedrückt. Schließlich lassen sich anhand einer virtuellen Anlage die Bediener bereits im Umgang mit ihr schulen, bevor sie fertig gebaut ist. Auch das beschleunigt die Inbetriebnahme. n Produktmanager Winmod-Simline bei für das Redaktionsbüro Stutensee tätig.

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