20.11.2019

Virtuelle Abbildung von Antrieben und dem Zusammenspiel mit der SPS

Die Antriebstechnik und der Digital Twin

Im Rahmen der smarten Fabrik kommt dem digitalen Zwilling immer mehr Bedeutung zu - auch und gerade bei der Antriebstechnik. Mit der Simulationssoftware IndustrialPhysics ist bereits im Engineering die virtuelle Abbildung eines Motors möglich. Dr. Georg Wünsch, Geschäftsführer von Machineering, spricht im SPS-MAGAZIN über solche dynamischen Antriebsmodelle und über die Vorteile, die daraus für den Anwender resultieren.


Herr Dr. Wünsch, welche Vorteile haben Unternehmen, die Antriebe selbständig simulieren können?

Bild: machineering GmbH & Co. KG

Georg Wünsch: Der große Vorteil an der Simulation eines dynamischen Antriebs ist, dass schnell alle geplanten Zyklen vorliegen. Zur Bewegungsführung können dabei mit Industrial Physics Bewegungen gemäß der VDI-Richtlinie geplant werden. Sie ist steuerungsunabhängig und direkt in die Software integriert. So kann bereits bei der Vorbereitung des Simulationsmodells für eine virtuelle Inbetriebnahme schrittweise die Antriebstechnik passend ausgelegt und Zykluszeiten verkürzt werden. Während der Inbetriebnahme werden sukzessive die geplanten Bewegungen in Form der Bewegungssteuerung aus den Antrieben oder der SPS integriert und so Werte geschaffen, die in der realen Maschine zum Einsatz kommen. Mit diesem Verfahren wird die Antriebswahl deutlich vereinfacht und nachvollziehbar.

Bisher wurde diese Berechnung seitens der Antriebshersteller vorgenommen. Warum sollte das nun beim Maschinenbauer geschehen?

Wünsch: Durch Kundengespräche wissen wir, dass der Bedarf an Simulation von dynamischen Antriebsmodellen höher ist denn je. Bereits vor einem Jahr, als wir angefangen haben, dynamische Antriebe zu simulieren, kam seitens der Anwender sehr viel positives Feedback. Viele erwarten diese Möglichkeit heute von einer guten Simulationssoftware. Um Antriebsmodelle Inhouse zu erstellen, auszulesen und entsprechend umzusetzen, ist es wichtig, Kompetenzen im Team zu bündeln. Strategisch ist es sogar sinnvoll, eine eigene Abteilung zu schaffen, die sich mit der Antriebsauslegung befasst. Dafür wird das Knowhow an Mechanik, Elektroplanung und Hydraulik benötigt. Mithilfe der Simulation von dynamischen Antriebsmodellen entstehen nebenbei wertvolles Wissen und Erfahrungen zu der tatsächlich benötigten Antriebsgröße, basierend auf den virtuellen Erkenntnissen. Zudem werden verschiedene Antriebstechniken vergleichbar. Natürlich können diese Berechnungen auch durch die Antriebshersteller vorgenommen werden. Insbesondere, wenn diese mit einer Simulationssoftware wie unserer arbeiten, werden sie zu einem ähnlichen Ergebnis kommen.

Was ist dahingehend in letzter Zeit bei Ihnen passiert?

Wünsch: Mit Schneider Electric haben wir am Beispiel eines Kurbeltriebes gezeigt, dass man die Übertragungsfunktion an der simulierten Kinematik bestimmen kann und so die Momentenvorsteuerung der echten Steuerung parametrieren kann, bevor die Maschine real gebaut wurde. Damit lässt sich dann bereits im Vorfeld die Bewegungsgüte erheblich steigern, mit dem Effekt, dass man in der virtuellen Inbetriebnahme eine höhere Deckung zwischen Simulation und realer Maschine erreicht. In der Folge wird die in der virtuellen Inbetriebnahme erreichte Softwarequalität auf der SPS keinen Überraschungen bei der realen Inbetriebnahme ausgesetzt, die aus unterdimensionierten Antrieben oder unmöglichen Bewegungen resultiert. Das bedeutet, dass die Steuerungssequenzen einfach mit einer besseren Sicherheit bereits digital im Büro umgesetzt werden können. So kann dann wirklich Zeit gespart werden. Im IndustrialPhysics wurde zudem für kraftbasierte Achsmodelle das Standardmodell eines kaskadierten Antriebsreglers umgesetzt. Dieser kann bei jeder Achse einfach durch einen Klick aktiviert werden. Für die Umsetzung von speziellen Reglerfunktionen, wie der oben erwähnten Momentenvorsteuerung, besteht darüber hinaus die Möglichkeit, basierend auf in der Wissensdatenbank vorhandenen Beispielen, einen eigenen Regler zu implementieren. Damit wird es möglich, den Momentanbedarf und die zyklische Belastung einer Bewegungsführung zu ermitteln, und dabei sehr nah an dem realen Prozess der Maschine zu bleiben.

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Gibt es noch weitere Features, die sich Ihre Kunden wünschen und Sie zeitnah umsetzen wollen?

Wünsch: Nach der Antriebsauslegung folgt in der virtuellen Inbetriebnahme ja die Ausprogrammierung der Bewegungsführung und der Steuerungslogik auf der SPS bzw. Motion-Steuerung. Hierbei wünschen sich die Kunden realistische Modelle, die gegenüber der SPS das Kommunikationsverhalten der Antriebe nachbilden. So kann der Ablauf sehr realistisch nachgebildet werden und die Steuerung intensiv in jeder Lage getestet werden, ohne dabei auf die reale Maschine angewiesen zu sein bzw. Unfälle zu riskieren.

Denken Sie, dass die Antriebsplanung zukünftig überwiegend beim Maschinenbauer stattfinden wird?

Wünsch: Ja, ich denke schon. Die Basis hierzu führen die beiden Aufgaben der Bewegungsplanung und der Antriebsauslegung, die Hand in Hand gehen um das Optimum für die Anwendung zu finden. Kriterien sind für einen Maschinenbauer hierbei die sichere Erfüllung der Aufgabe, das bestmögliche Verhältnis von Investition und Leistung sowie Flexibilität in den Antrieben für unterschiedliche Produkte und zukünftige Aufgaben.

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