Zuerst muss es virtuell klappen

Die Folge: komplexere Projekte, engere Zeitrahmen und mehr Arbeiten zu kostenintensiven Zeiten. Bei der vorgezogenen Inbetriebnahme mithilfe eines virtuellen 3D-Mechanikmodells kann Siemens alle elektromechanischen Komponenten einer Intralogistik-Anlage realitätsgetreu abbilden und testen. Für den Kunden bedeutet das eine kürzere Unterbrechung des laufenden Betriebes und ein geringes Restrisiko beim Umbau.

Zudem können Projektlaufzeiten und Kosten reduziert werden. Als Emulation wird in der Computertechnik das funktionelle Nachbilden eines Systems durch ein anderes bezeichnet. Dabei erhält das nachbildende System die gleichen Daten, führt dieselben Programme aus und erzielt die gleichen Ergebnisse wie das originale System. Übertragen auf die virtuelle Inbetriebnahme von speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) bzw. ganzen Intralogistik-Anlagen heißt das, dass die reale Mechanik inklusive Aktorik und Sensorik durch virtuelle Technik ersetzt und deren dynamisches Verhalten emuliert wird.

Zur Emulation wird das System jedoch erst dann, wenn die reale Steuerungstechnik (SPS, Materialflussrechner oder Lagerverwaltungsrechner) an das virtuelle Modell angeschlossen wird. Diese Methodik setzt Siemens bei der Inbetriebnahme von Förderanlagen ein. Dabei entsteht zum Beispiel das virtuelle Modell eines Hochregallagers oder der Fördertechnik mit allen Komponenten inklusive ihres physikalischen Verhaltens. Die Emulation ersetzt also die realen Komponenten, Maschinen und Anlagen.

Mithilfe dieses 3D-Modells können in einer sehr frühen Phase der Projektentwicklung Antriebe oder Sensorik virtuell in Betrieb genommen, Steuerungsapplikationen getestet und die Software implementiert werden. Die Inbetriebnahme einer Anlage kann somit risikoarm und realitätsnah geschehen. Zudem ergeben sich Testumgebungen für die Entwicklung der IT, der Steuerungssoftware und der Mechanik, aber auch für die Überprüfung von Sondersituationen, die in der Realität nicht durchführbar sind.

Die Realtime-Anbindung der SPS-Steuerung an das virtuelle 3D-Modell der Anlage erfolgt über OPC (Object Linking and Embedding for Process Control). Im so genannten Tag-Browser werden die einzelnen I/Os mit den Elementen der visuell nachgebildeten Anlage verknüpft (Motoren, Lichtschranken etc.). Das heißt, es findet eine Live-Kopplung zwischen 3D-Modell und Simatic S7 statt. Die Dauer der Inbetriebnahme von Automatisierungssystemen hängt maßgeblich von der Qualität der SPS-Programme beim Beginn der Inbetriebnahmephase ab. Vorab-Tests waren bisher häufig erst möglich, wenn die Hardware fertig gestellt war.

Mit Hilfe des 3D-Mechanikmodells lassen sich Inbetriebnahmezeiten nun massiv verkürzen, während gleichzeitig auch die Softwarequalität verbessert wird. In Verbindung mit der SPS ist damit eine Softwareprüfung in allen Phasen der Softwareentwicklung möglich. Notwendige Softwareanpassungen können immer wieder getestet und Fehler so frühzeitig analysiert und beseitigt werden. Darüber hinaus hilft die Emulationsumgebung bei der Abstimmung der erreichten Softwarestände zwischen Auftraggeber und -nehmer.

Kurzum: Die virtuelle Inbetriebnahme mithilfe des 3D-Mechanikmodells trägt dazu bei, die Inbetriebnahme- und Planungssicherheit zu erhöhen sowie die Inbetriebnahmezeit zu verkürzen. Projektfortschritte können kontinuierlich überprüft und so die Softwarequalität von Automatisierungssystemen verbessert werden. Dies hilft vor allem bei der Kommunikation mit dem Kunden, um etwa  besondere Effekte erklären und Lösungsmöglichkeiten effizient darstellen zu können. Gerade bei zeitkritischen Modernisierungen kann diese Technik eine schnellere Abwicklung und vor allem eine sichere Umstellung ermöglichen.

In der Praxis bewährt Den Einsatz des 3D-Mechanikmodells zur Inbetriebnahme zeigt ein Projekt bei der Bayer Schering AG am Standort Leverkusen: Damit noch vor der eigentlichen Inbetriebnahme alle Transportbewegungen im Hand- und Automatikbetrieb getestet werden konnten, erfolgte eine Emulation auf dem Zielsystem. Dazu wurde die SPS-Software über den OPC-Server an das 3D-Emulationssystem angekoppelt.

Die Tests in der Endphase fanden im Beisein des Kunden statt, so dass eine Vorabnahme der wesentlichen Funktionen der Anlage noch vor der realen Inbetriebnahme möglich war. Die Testergebnisse wurden mithilfe eines Videos dokumentiert. Das Ergebnis: Die planmäßige Inbetriebnahme des FTS konnte durch umfassende Vorab-Tests detailliert vorbereitet und erfolgreich abgeschlossen werden.

Bayer Schering Pharma AG, www.bayerscheringpharma.de Siemens AG, www.siemens.com