Virtuelle Inbetriebnahme – so funktioniert’s!

Autor: Ralf Dohndorf

Time is Money: Die virtuelle Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen in der Fertigung hat einen hohen Nutzen, wenn sie richtig eingesetzt wird und einige Voraussetzungen erfüllt werden. Dann werden Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeiten verkürzt und eine wesentliche Effizienzsteigerung in der Produktion kann erzielt werden. Doch welche Stellschrauben müssen dabei justiert werden und wie funktioniert eine effiziente virtuelle Inbetriebnahme (VIBN) überhaupt?

Der Einsatz einer VIBN empfiehlt sich beispielsweise dann, wenn eine Maschine sehr komplexe Abläufe aufweist oder das Zeitfenster für eine Inbetriebnahme der realen Anlage sehr eng ist. Die virtuelle Inbetriebnahme lohnt sich außerdem, wenn zum Testen einer Maschine teure Materialien eingesetzt werden müssten. Zudem ermöglicht dieses Verfahren eine Reduktion von Stillstandzeiten bei der Erweiterung beziehungsweise dem Umbau von bestehenden Anlagen und bringt letztlich Sicherheit in der Projektplanung.

VIBN kann dabei auf unterschiedlichen Steuerungsebenen erfolgen:

• SPS-Ebene: Überprüfung der Logik einer speicherprogrammierbaren Steuerung (Sensor-/Aktor-Ebene).

• Leiterrechner/-Produktionssteuerungsebene: Test des Scheduling-Systems (Kommunikation zwischen Simulationsmodell und Leitrechner auf Telegrammebene).

Voraussetzungen:

SPS-Ebene/Robotersteuerung

• Simulator, der mit einer oder mehreren SPS/Robotersteuerung gekoppelt werden kann.
• Teile des Simulationsmodells werden durch SPS gesteuert.
• Das Simulationsmodell muss sich ebenso wie die reelle Anlage verhalten: Abbildung von Motoren, Lichtschranken, Barcode-Leser, Endschalter und vieles mehr.

Leitrechnerebene

• SPS-Logik wird innerhalb des Simulationsmodells abgebildet.
• Definition einer Kommunikationsschnittstelle auf Basis von Telegrammen, die zwischen Simulator und Leitrechner ausgetauscht werden.

Ablauf der VBIN auf SPS-Ebene:

Die Vorbereitung, Durchführung und Auswertung bilden die drei Phasen des VBIN-Ablaufs. Einen wichtigen Part stellt bei der Vorbereitung die Konstruktionsphase – die grafische Modellierung von neuen und nichtverfügbaren Anlagenkomponenten innerhalb der Simulationsplattform – dar.

Dabei werden CAD-Daten aus einer frühen Phase der Konstruktion verwendet. Wenn noch nicht vorhanden oder nicht erforderlich werden abstrakte Geometriebausteine eingesetzt. Abhängig von den Projektanforderungen werden die reale/virtuelle SPS, die Robotersteuerung, das Steuerungspanel und weitere Komponenten mit dem Simulator verbunden. Auf Basis dieser Anordnung kann die Programmierung erster Softwarebausteine der SPS/Robotersteuerung erfolgen. Im Anschluss lässt sich die Anlage auf Störkonturen und ihre Funktionalität prüfen.

Im zweiten Schritt erfolgt die Montage beziehungsweise die Umsetzung. Die beinhaltet das Ersetzen der bisher virtuell simulierten Komponenten (z.B. Roboter, Fördertechnik) durch reale Komponenten. Zudem werden die Verkabelung der Anlagenkomponenten und erste Funktionstests durchgeführt.

Die dritte Phase ist die Inbetriebnahme und Auswertung. Der SPS und die Roboterprogrammierung werden finalisiert und die Anbindung von Anlagenkomponenten, die bisher noch nicht mit der Anlagensteuerung verbunden waren, wird durchgeführt. Die Software hat bereits jetzt eine hochwertige Qualität und es sind nur noch wenige Eingriffe in die Programmierung erforderlich.

Fazit:

Die virtuelle Inbetriebnahme kann die Effizienz steigern und Kosten minimieren. Beispielsweise können Tests und Entwicklung von Steuerungsprogrammen bereits beginnen, wenn sich die Maschine noch nicht in der Fertigung befindet. Entwicklungszeiten werden verkürzt, Fehlerquellen rechtzeitig ausgeschaltet und Inbetriebnahmekosten minimiert. Gleichzeitig können auch kritische Situationen durchspielt werden, die an einer realen Anlage zu risikoreich wären. Ergo: mit der virtuellen Inbetriebnahme gehen Fertigungsbetriebe in der Praxis auf Nummer sicher.

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