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Hardware-Basis für die Simulation von Steuerungs- und Kommunikationsstrukturen
Familienzuwachs beim digitalen Zwilling

Apr 14, 2020 | Allgemein

Der Digital Twin und die virtuelle Inbetriebnahme erhalten in modernen Produktionsumgebungen immer mehr Gewicht. Dass dafür nicht nur Software, sondern auch die richtige Hardware nötig ist, will das Unternehmen Machineering mit der FieldBox 1 unterstreichen. Jetzt wurde diese Hardware-Basis für moderne Simulation in zwei unterschiedlichen Leistungsvarianten vorgestellt.
Bild: Machineering GmbH & Co. KG

Im Maschinenbau und somit auch in der industriellen Automatisierungstechnik ist die Time-to-Market entscheidend für den heutigen Unternehmenserfolg. Die Bedeutung einer möglichst einfachen Implementierung von Feldbusanbindungen und der Durchführung einer virtuellen Inbetriebnahme wird damit immer größer. Die Unternehmen, die es schaffen, den dafür erforderlichen Zeitaufwand möglichst gering zu halten, ohne gleichzeitig Kompromisse bei der Qualität einzugehen, sind gegenüber Wettbewerbern im Vorteil. Die Firma Machineering bietet mit der Simulationssoftware IndustrialPhysics die Möglichkeit, eine virtuelle Inbetriebnahme zur Absicherung von Konzepten durchzuführen. Zudem steht mit den beiden Varianten der FieldBox 1 – Standard und Performance – Herstellern und Betreibern einer Anlage eine Restbus-Simulation für Profinet, Ethercat und Ethernet/IP zur Verfügung.

Schnelle Tests am Simulationsmodell

In der Restbus-Simulation werden Nachrichten von zum Teil noch nicht real im Netzwerk vorhandenen Steuerungen nachgebildet. Auf diese Weise können diese unkompliziert und zügig getestet werden, ohne dass der komplette Feldbus mit allen Geräten aufgebaut werden muss. Die damit erreichte Echtzeitfähigkeit wertet die generierten Simulationsmodelle noch weiter auf. Denn: Simulationsmodelle werden so punktgenau und in einem individuell vorgegebenen Zeitrahmen berechnet. Die FieldBox 1 kann entweder direkt auf dem Schreibtisch oder auch im Test Rack zur Anbindung an eine reale Steuerung eingesetzt werden. Angebunden an IndustrialPhysics wird die FieldBox 1 lediglich über Ethernet und ein schlankes Webinterface mit dem Rechner bzw. der Steuerung verbunden und ist umgehend einsatzbereit. Das Wechseln von einer Simulation mit der realen oder der virtuellen Steuerung kann dabei transparent im Laufe der Entwicklung durchgeführt werden. Lediglich das Transportmedium ändert sich – eben von einer Integration mit der virtuellen Steuerung (z.B. PLCSim Advanced, Twincat oder Automation Runtime) zu einer Simulation von Feldbusgeräten gegenüber einer realen Steuerung. Der große Vorteil gegenüber der klassischen virtuellen Inbetriebnahme ist, dass für die Feldbusemulation keine Ressourcen des Simulationsrechners genutzt werden müssen. Es findet vielmehr die gesamte Feldbusemulation extern in der FieldBox 1 statt. Somit entfallen Änderungen an der SPS, die bisher zusätzlich den ComTCP-Client implementieren musste. Die Hardware wird für die virtuelle Inbetriebnahme mit einer realen Steuerung über Profinet, Ethercat oder Ethernet/IP verbunden und das Simulationsmodell wird in IndustrialPhysics erstellt.

Standard- und Performance-Modell

Das bisherige FieldBox-Angebot wurde nun um eine zweite Variante ergänzt. Neben der Standardversion steht den Anwendern ab sofort auch das Perfomance-Modell zur Verfügung. Die Standardvariante kann bis zu 20 Geräte abbilden und verfügt über vier Ethernet-Ports. Darüber sind Profinet, Ethercat sowie Ethernet/IP standardmäßig mit der Simulationssoftware koppelbar und eine synchrone oder auch asynchrone Kommunikation möglich. Mit der Standard-Box ist die Emulation maximal eines Feldbusnetzwerkes möglich. Das Einsteigermodell ist daher besonders für kleinere Projekte geeignet, die z.B. eine NC-Steuerung anbinden oder Profinet mit einigen Teilnehmern emulieren wollen. Die neue Performance-Version hingegen zielt auf größere Projekte ab, bei denen viele Teilnehmer involviert sind oder komplexere Infrastrukturen abgebildet werden sollen. Bis zu 100 Geräte können mit der etwa zehnfachen Leistung abgebildet und mehrere Netze in beliebiger Kombination gleichzeitig emuliert werden. Zehn Ethernet-Ports stehen dafür zur Verfügung. Gerade für Modelle mit zahlreichen Achsen oder Projekte aus der Logistik, die sehr variantenreich sind, bietet sich die FieldBox 1 Performance an.

Rechenleistung auslagern

Somit schließt die FieldBox 1 die Lücke zwischen dem Abbild des gesamten Modells und den kleinen Abbildern aller Zustandsvariablen. Die SPS – egal ob real oder nur virtuell – kann so z.B. mit 30 optionalen Geräten kommunizieren, sie abfragen und testen. Diese Emulation nutzt dabei alle Kerne für die Simulation der Feldgeräte. Dies geschieht in einem sehr hohen Frequenzbereich und mit einer Auflösung von bis zu 100µs. Ein normales Simulationsmodell läuft auf einem Frequenzbereich von 5 bis 10ms für die Berechnung mechanischer Prozesse in Maschinen. Ein Feldbus wie Profinet nutzt einen Frequenzbereich von weniger als einer Millisekunde. Mit der dafür erforderlichen Frequenz, die für die Einhaltung der Echtzeitfähigkeit in der Kommunikation notwendig ist, sind normale Rechner schnell ausgelastet und haben keine Ressourcen für die Berechnung von Kollisionsmodellen, Maschinenachsen und Prozessen. Da diese echtzeitfähige Feldbuskommunikation vollständig von der FieldBox 1 übernommen wird, ist für die Simulation komplexer Maschinen ein herkömmlicher Windows-Rechner ausreichend, was wiederum die Flexibilität im Alltag zusätzlich steigert. Modelle können so auf einer normalen Workstation oder einem Laptop erstellt werden, die FieldBox 1 wird lediglich mittels Ethernet mit normalen Switches verbunden und schon kann es los gehen. IndustrialPhysics weiß, wie die FieldBox 1 parametriert werden soll. Viele der notwendigen Informationen sind standardmäßig bereits integriert. So sind die komplette Hardwarekonfiguration sowie umfassende Importfilter von gängigen Steuerungssystemen enthalten.

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