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Modellbasierte Entwicklung Optimierte Anlagen dank Co-Simulation

Von Ove Hagge Ellhöft und Christoph Schwärzler, Bachmann Electronic 7 min Lesedauer

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Fortlaufende Anlagenoptimierungen sind die Basis, um im globalen Wettbewerb bestehen zu können. Gesetzliche Rahmenbedingungen stellen darüber hinaus neue Herausforderungen an die Entwicklung von Regelungs- und Automatisierungslösungen. Die Co-Simulation eröffnet neue Möglichkeiten, um im Zuge einer konsequenten modellbasierten Entwicklung optimale Lösungen zu schaffen.

Die Co-Simulation bietet den Unternehmen neue Möglichkeiten, um im Rahmen einer modellbasierten Entwicklung fortlaufend die Anlagen zu optimieren.(Bild: Gorodenkoff - stock.adobe.com)
Die Co-Simulation bietet den Unternehmen neue Möglichkeiten, um im Rahmen einer modellbasierten Entwicklung fortlaufend die Anlagen zu optimieren.
(Bild: Gorodenkoff - stock.adobe.com)

Regelungs- und Automatisierungslösungen für eine optimale Anlagenperformance zu entwickeln, die zeitgleich steigende regulatorische Randbedingungen erfüllen, ist eine große Herausforderung. Um effiziente und moderne Regelungsstrategien anwenden zu können, ist ein gutes Verständnis der betreffenden technischen Prozesse essenziell. Bei herkömmlichen Simulationsmethoden werden die Modelle zentral auf einem Rechnersystem ausgeführt. Mit neuen Konzepten zur Co-Simulation wird die Simulation auf verschiedene miteinander kommunizierende Teilsysteme aufgeteilt. So entstehen neue Möglichkeiten für die modellbasierte Entwicklung.

Lexikon
  • Das V-Modell ist ein lineares Vorgehensmodell, das den Software-Entwicklungsprozess in sequenziell aufeinander folgende Phasen einteilt. Auf dem linken Schenkel schreiten die Entwicklungsphasen von oben nach unten voran und münden in der Implementierung. Auf dem rechten Schenkel werden die Entwicklungsphasen von unten nach oben getestet. Graphisch dargestelllt entsteht so das namensgebende „V“.
  • Model in the Loop (MiL) ist die Simulation eines eingebetteten Systems in einer frühen Entwicklungsphase. Bei einem MiL-Test werden das Modell und seine Umgebung im Modellierungsrahmen ohne physische Hardwarekomponenten simuliert. Grundlegende Probleme beim Regelungskonzept können in diesem Schritt frühzeitig erkannt werden. Die Ergebnisse dieser Teststufe lassen sich für den Vergleich mit nachfolgenden Teststufen weiterverwenden.
  • Bei der Software-in-the-Loop (SiL)-Simulation wird kompilierter Steuerungscode in der Entwicklungsumgebung am Simulationsmodell getestet. Im Gegensatz zur MiL-Simulation wird das Reglermodell durch denS teuerungscode für den Regler ersetzt. Auf diese Weise kann die Umsetzung des Reglers als Code, der Compilierungsprozess und die Einbindung externer Code-Quellen getestet werden und die gewonnen Ergebnisse lassen sich mit den Ergebnissen aus der MiL-Simulation vergleichen.
  • Das Konzept Hardware-in-the-Loop (HiL) umfasst einen kombinierten Testprozess aus Simulation und Hardwaretest. Dabei wird die Steuerungssoftware auf der Zielhardware ausgeführt und das zu regelnde System aus physikalischen Prozessen, Sensoren und Aktoren wird vollständig oder teilweise simuliert. Der Zielcomputer simuliert die Anlage oder Umgebung in Echtzeit, so dass die Funktionsfähigkeit des entwickeltens Systems systematisch unter realistischen Einsatzbedigungen getestet werden kann.

Steigerung der Softwarequalität durch modellbasierte Entwicklung

In einem modellbasierten Entwicklungsprozess lassen sich Kenntnisse über effiziente Regelungsstrategien in Form von Modellen als zentraler Punkt der Entwicklungsphilosophie mit einbringen. Zusätzlich zum Aufbau der Regelungs- und Automatisierungslösung werden Modelle der zu regelnden Prozesse entworfen und laufend verfeinert. Diese Modelle sollen das Verhalten der realen Anwendung hinreichend genau nachbilden. Zudem werden sie konsequent während des gesamten Projekts verwendet, von der Spezifikation der Anforderungen bis hin zum Test und der Inbetriebnahme der entwickelten Lösungen. Dadurch können die Entwicklungszeit verkürzt, Fehler frühzeitig erkannt und die Qualität der Automatisierungslösungen gesteigert werden.

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