Komplexe Automatisierungslösungen schneller anpassen
Erweiterte Simulation von SPS-Funktionen
Die Version 14 des Engineering Frameworks TIA Portal bietet erweiterte und flexiblere Möglichkeiten zur Simulation von Steuerungsfunktionen. Dadurch lässt sich das Verhalten eines Controllers sowohl mit mehreren und verteilten Instanzen wie auch im Applikationskontext simulieren und testen. Maschinenbauer reduzieren damit Fehlerrisiken, verbessern die Projektqualität und gestalten das Engineering effizienter.
Bild: Siemens AGJede Neu- oder Weiterentwicklung stellt Maschinenbauer vor die Aufgabe, bestmögliche Ergebnisse sowohl in kürzester Zeit wie auch zu niedrigen Kosten zu liefern. Dabei steigt fast überall der Anteil der Automatisierungstechnik und der damit realisierten Funktionen weiter. Maschinenbauer brauchen daher leistungsfähige Instrumente, um die Funktionen zu erproben, zu verbessern und zu validieren, und das idealerweise schon im Engineering per Simulation, also ohne dafür diverse Prototypen aufzubauen. Das Ganze muss zugleich schnell und aufwandsarm ablaufen, ohne die entwickelten SPS- oder HMI-Programme für die Simulation extra anzupassen. Mit der Version TIA Portal V14 hat Siemens sein Framework verbessert und fortgeführt, wie beispielsweise die Funktion PLCSIM zur schnellen logischen Validierung von SPS-Bausteinen und -Programmen zeigt. Die aktuelle Version unterstützt die Simulation der dezentralen Peripherie eines Projekts sowie weitere Steuerungstypen und ist performanter als in der Vorgängerversion. Neben Excel-Tabellen lassen sich nun auch Aufzeichnungen eines CPU-Traces als Testsequenz importieren, anpassen und somit reale Anlagendaten komfortabel im Labor analysieren. Eine weitere etablierte Grundfunktion ist die integrierte HMI-Simulation, womit sich Bedienoberflächen ohne zusätzlichen Aufwand konzeptionell testen lassen. Im Fokus stehen dabei die richtige Anordnung von Bedienelementen und die SPS-Verknüpfungen. Die Basics vereinfachen die Programmvalidierung im Vergleich zum klassischen Hardware-Test, da keine reale Steuerung, kein HMI-Gerät und keinerlei zusätzliche Testaufbauten nötig sind.
Bild: Siemens AGSimulation per virtuellem Controller
Deutlich anspruchsvoller gestaltet sich eine Simulation, wenn komplexe Zusammenhänge, wie z.B. die Interaktion und die Kommunikation mehrerer vernetzter Controller oder Webserverfunktionen zu überprüfen sind. All dies ermöglicht und vereinfacht Option Simatic S7-PLCSIM Advanced, eine PC-basierte virtuelle Version der Simatic S7-1500F/T. Der virtuelle Controller unterstützt alle Hardware-SPSen der Baureihe, einschließlich Motion-Control- und Safety-Funktionen. Damit lassen sich einfache wie komplexe Aufgaben und Zusammenhänge ohne Veränderungen am SPS-Programm simulieren. Der Anwender hat so die Möglichkeit, beispielsweise ohne großen Aufwand mit Step 7 im TIA Portal Anlagenmodelle zu erstellen und Zeitabläufe sowie Verschaltungen zu testen. Er kann das Applikationsumfeld in einem Step 7-Programm nachbilden und somit das Controller-Verhalten im Zusammenspiel mit I/O-Signalen untersuchen. Neu ist, dass auch der Datenaustausch über Mechanismen wie Webserver, OPC-UA- und S7-Kommunikation simulierbar ist. Know-how-geschützte Programmbausteine lassen sich ebenfalls in die Simulation einbeziehen.
Offenheit durch eigenes API
Je größer der simulierbare Anteil einer Maschine ist, umso mehr Planungssicherheit erlangt der Maschinenbauer beizeiten. Voraussetzung für das Einbeziehen des Umfelds in die SPS-Simulation ist eine offene Architektur. Sie hat Siemens mit einem öffentlichen Application Programming Interface (API) geschaffen, über das sich auch sogenannte Co-Simulationssysteme einfach in die Simulation mit S7-PLCSIM Advanced einbeziehen lassen. Dabei handelt es sich um externe Modelle, die das Verhalten von Anlagen oder Teilen davon abbilden und autark simulieren. Das API ermöglicht damit die Integration von S7-PLCSIM Advanced in etablierte wie zukünftige Simulationsplattformen. Das sind z.B. Simulationssysteme zur Validierung von Produktions- bzw. Materialfluss-Lösungen oder von mechatronischen Komponenten, Baugruppen oder vollständigen Fertigungszellen. Siemens bietet auch dafür verschiedene Lösungen an. Das API ermöglicht aber ebenfalls die Kommunikation mit Systemen anderer Hersteller. Mit entsprechend angepassten Softwaremodellen für die Systeme ist eine ganzheitliche Simulation der Anlage inklusive Automatisierung möglich. Das ist in jedem Fall flexibler, schneller und in der Regel auch kostengünstiger, als einen Prozess real aufzubauen und diesen sukzessive zu verbessern. Darüber hinaus haben Anwender die Möglichkeit, eigene, in Hochsprachen wie C++ und C# programmierte Simulationsmodelle anzubinden und individuelle Software-in-the-Loop-Tests zu absolvieren. Sie passen die Simulation flexibel und präzise an ihre spezifischen Anforderungen an und definieren automatisierte Logiktests.
Bild: Siemens AGFlexibel durch multiple und verteilte Instanzen
Häufig ist von Maschinenbauer gefordert, die Interaktion mehrerer Controller untereinander oder mit überlagerten Systemen schnell und aufwandsarm zu realisieren. Um auch dieses Zusammenspiel virtuell abzubilden, unterstützt PLCSIM Advanced jetzt auch multiple sowie verteilte Instanzen. Jede Instanz benötigt dabei eine eigene S7-PLCSIM-Advanced-Lizenz. Damit lässt sich einerseits die Rechenleistung für die Simulation gezielt aufteilen bzw. bündeln, z.B. auf einem leistungsfähigen Server. Darüber hinaus lässt sich über verteilte Instanzen auch das Zusammenspiel mehrerer Controller auf einfache Weise untersuchen. Das wiederum erleichtert die Zusammenarbeit verschiedener Abteilungen oder Dienstleister, deren Anlagenteile sich nun mit mehreren Controllern zusammenführen und im Verbund virtuell testen lassen. In verteilten Systemen ist es möglich, eine virtuelle Simulationszeit zu definieren und zu variieren. Dadurch lässt sich eine gemeinsame Zeitbasis für den/die virtuelle/n Controller und Co-Simulation/en schaffen.
Vorteile für die Betreiber
Neben Maschinenbauern (OEMs) und Systemintegratoren haben auch Maschinenbetreiber die Möglichkeit, die Simulation mit S7-PLCSIM Advanced zu nutzen, beispielsweise in der praxisnahen Ausbildung der Mitarbeiter oder im Rahmen des Operator-Trainings abseits der realen Maschine. Die Maschine ist weiter in der Lage, uneingeschränkt zu produzieren, während die Bedienermannschaft am digitalen Zwilling Fehler sucht oder Service und Wartung verbessert. Eine Simulation unterstützt außerdem bei laufender Anlage das Bewerten von Verbesserungsoptionen oder die Vorbereitung von Anlagenerweiterungen.
Projekte, Maschinen und Anlagen mit wenig Aufwand gestalten
Anders als jeder Testaufbau mit realer Hardware lässt sich eine PC-basierte, virtuelle Simulation schon in der Engineering-Phase und somit wesentlich früher ansetzen. Anders als bisher ist es nicht mehr erforderlich, Steuerungshardware für Tests vor und während der Inbetriebnahme doppelt anzuschaffen. Das hilft Kosten zu senken. Die erweiterten Möglichkeiten führen auch zu einem besseren, weil realistischeren Testprozess als bisher. Damit lassen sich Fehler im Programm und im Zusammenspiel früher finden und eliminieren. Das verbessert die Qualität des Automatisierungsprojekts. Eine aussagekräftige Simulation verringert außerdem Risiken, z.B. von kostenintensiven Fehlentwicklungen oder fehlerbedingten Schäden. Das trägt dazu bei, sowohl den Factory Acceptance Test (FAT) als auch die reale Inbetriebnahme beim Anwender bestmöglich vorzubereiten und in der Regel auch zu beschleunigen. Das wiederum verkürzt die Time-to-Production und letztlich die Time-to-Market einer Maschine oder Anlage. Mit der weiteren Integration von Daten aus den Bereichen Mechanik, Elektrik und Automatisierung in eine gemeinsame, übergreifende Simulation ist der Weg zu Industrie 4.0 vorgezeichnet. Die vielfältigen Möglichkeiten von Option PLCSIM Advanced im TIA Portal V14 sind ein weiterer Schritt zur durchgängig digitalen Fabrik.
Die Version 14 des Engineering Frameworks TIA Portal bietet erweiterte und flexiblere Möglichkeiten zur Simulation von Steuerungsfunktionen. Dadurch lässt sich das Verhalten eines Controllers sowohl mit mehreren und verteilten Instanzen wie auch im Applikationskontext simulieren und testen. Maschinenbauer reduzieren damit Fehlerrisiken, verbessern die Projektqualität und gestalten das Engineering effizienter.
Bild: Siemens AGJede Neu- oder Weiterentwicklung stellt Maschinenbauer vor die Aufgabe, bestmögliche Ergebnisse sowohl in kürzester Zeit wie auch zu niedrigen Kosten zu liefern. Dabei steigt fast überall der Anteil der Automatisierungstechnik und der damit realisierten Funktionen weiter. Maschinenbauer brauchen daher leistungsfähige Instrumente, um die Funktionen zu erproben, zu verbessern und zu validieren, und das idealerweise schon im Engineering per Simulation, also ohne dafür diverse Prototypen aufzubauen. Das Ganze muss zugleich schnell und aufwandsarm ablaufen, ohne die entwickelten SPS- oder HMI-Programme für die Simulation extra anzupassen. Mit der Version TIA Portal V14 hat Siemens sein Framework verbessert und fortgeführt, wie beispielsweise die Funktion PLCSIM zur schnellen logischen Validierung von SPS-Bausteinen und -Programmen zeigt. Die aktuelle Version unterstützt die Simulation der dezentralen Peripherie eines Projekts sowie weitere Steuerungstypen und ist performanter als in der Vorgängerversion. Neben Excel-Tabellen lassen sich nun auch Aufzeichnungen eines CPU-Traces als Testsequenz importieren, anpassen und somit reale Anlagendaten komfortabel im Labor analysieren. Eine weitere etablierte Grundfunktion ist die integrierte HMI-Simulation, womit sich Bedienoberflächen ohne zusätzlichen Aufwand konzeptionell testen lassen. Im Fokus stehen dabei die richtige Anordnung von Bedienelementen und die SPS-Verknüpfungen. Die Basics vereinfachen die Programmvalidierung im Vergleich zum klassischen Hardware-Test, da keine reale Steuerung, kein HMI-Gerät und keinerlei zusätzliche Testaufbauten nötig sind.
Siemens AG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 12 2016 - 12.12.16.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
