VisSim/Real-Time - Alfasoft GmbH
 

VisSim/Real-Time

Die Windows-Lösung für Hardware-in-the-Loop-Systeme

VisSim/Real-Time ist eine optional erhältliche VisSim-Komponente, die die direkte Anbindung von VisSim-Systemmodellen an „echte“ Prozesse und Controller ermöglicht. Mit VisSim/Real-Time lassen sich Hardware-in-the-Loop-Systeme (HIL-Systeme) konfigurieren und ausführen, indem VisSim-Reglerstrecken und Controllermodelle über Schnittstellen mit echter Hardware wie Fertigungsstraßen, chemischen Prozessen, Motoren, Pumpen und elektrischen Antriebsmodulen verbunden werden. Die Schnittstelle zu „echter“ Hardware erfolgt über PC-E/A-Adapter, Hochgeschwindigkeits-Adapter zur Bewegungssteuerung sowie serielle PCL- (Programmable Logic Controller-) oder DCS- (Distributed Control System-) Verbindungen. Bei der Konfiguration von Hardware-in-the-Loop-Systemen in VisSim/Real-Time ist weder die Generierung von Code noch manuelle Programmierung erforderlich.

VisSim/Real-Time wurde in vielen Branchen erfolgreich eingesetzt, unter anderem für folgende Zwecke:

  • Entwicklung und Validierung initialer Steuerungsstrategien
  • Durchführen von Offline-Feinabstimmungen
  • Machbarkeitsstudien zu Produkt-/Prozessübergängen
  • Trainieren von Systemoperatoren (für Reglerstreckenmodelle, nicht für Fertigungsstraßen)

Mit VisSim/Real-Time können Ingenieure Simulationen, Datenerfassung und Aufgaben in Zusammenhang mit der Prozesssteuerung in Echtzeit unter Windows 3.1/95/NT durchführen. Es ist keine Codegenerierung oder Programmierung erforderlich, und es besteht kein wirklicher Unterschied zwischen der Durchführung einer regulären VisSim-Simulation und dem Verhalten des Echtzeit-HIL-Systems.

Konfiguration eines Hardware-in-the-Loop-Systems

Das Herstellen der Verbindung zwischen VisSim und der konkreten Hardware ist denkbar einfach:

  • Auswahl der E/A-Adapter aus der umfassenden Liste unterstützter Platinen
  • Lese- und Schreibzugriffe auf die E/A-Kanäle (digital, Zähler, Volt, Thermoelemente) über die dataIn- und dataOut-Funktionsblöcke in Echtzeit

Controllervalidierung, Offline-Feinabstimmung und Überwachung

Nach Abschluss des Controllerentwurfs möchten die Ingenieure in vielen Fällen die Leistung des Controllers am Prüfstand oder in der realen Fertigung überprüfen. VisSim/Real-Time unterstützt diese Aufgabe durch Online-Controllervalidierung mittels dynamisch angepassten Controllerverstärkungen und Messung der tatsächlichen Reglerstreckenantwort und ermöglicht so herauszufinden, ob der entworfene Controller entsprechend den Erwartungen arbeitet oder ob weitere Feinabstimmungen erforderlich sind.

 

 

 

 

Bei der Offline-Feinabstimmung muss eine Verbindung zwischen dem VisSim-Reglerstreckenmodell und der Zielplattform-Steuerungshardware hergestellt werden, um die Steuerungsalgorithmen zu validieren (siehe Abbildung B). Nach Abschluss der Reglerstreckenvalidierung wird die Verbindung zwischen der Steuerungshardware und dem Reglerstreckenmodell durch eine Verbindung zu der tatsächlichen Fertigungsstraße ersetzt. Mit diesem Prozess kann eine schnellere, sicherere und kostengünstigere Anfahrzeit für Systeme und Ausrüstungen erreicht werden. Die Offline-Feinabstimmung ist insbesondere nützlich in der Fertigungsindustrie, da eine Validierung des Controllerentwurfs durchgeführt werden kann, ohne dass Fertigungsstraßen oder Ausrüstungen aus dem Betrieb genommen werden müssten. Darüber hinaus ist dieses Verfahren bei kostenintensiven und anfälligen Ausrüstungen von zentraler Bedeutung, da ein unzureichender Entwurf des Controllers oder des Fehlen ausreichender Tests zu Beschädigungen der Geräte, kostenträchtigen Auszeiten und schlechten Leistungswerten führen kann.

VisSim/Real-Time kann auch während des Betriebs von Fertigungsstraßen und Gerätschaften zur Durchführung von Onlineüberwachungen der Reglerstrecke der Fertigungsstraßencontroller verwendet werden.

VisSim/Real-Time bei der GEMIS

Die GEMIS (Abteilung „Motor and Drive Systems“ von General Electric) mit Hauptsitz in Salem, Virginia, ist einer der weltweit größten Hersteller elektrischer Antriebssysteme. Kürzlich konnten dort Techniker unter Verwendung von VisSim und VisSim/Real-Time das Prototyping für einen REC (Resonance Eliminator Controller = Resonanz-Sperrkreis-Controller) für industrielle Antriebssysteme zur Verwendung in Walzwerken durchführen. Der Zweck des Controllers, so Emil Kuelz und Sandy Gurian, Systemtechniker bei der GEMIS, besteht in der Reduzierung der in den Achsen und Walzen des mechanischen Systems auftretenden Resonanzvibrationen. Kuelz und Gurian modellierten den Motor und das mechanische System in VisSim und bauten anschließend den REC in das System ein. Der REC berechnet auf der Grundlage von Messungen des Achsendrehmoments ein Korrektursignal für das Motordrehmoment, das wiederum bei einer spezifischen Resonanzfrequenz auf das mechanische System angewendet wird.

Für den Test des Entwurfs verwendeten Kuelz und Gurian zwei PCs, auf denen VisSim/Real-Time ausgeführt wurde. Der eine der beiden PCs steuerte die Simulation von Motor und mechanischem System, der andere die REC-Simulation. Der Datenaustausch zwischen den beiden Modellen wurde durch die A/D-D/A-Echtzeitschnittstelle von VisSim ermöglicht. Mit dieser Konfiguration konnte überprüft werden, dass die Controllerleistung weder durch zeitliche Verzögerungen aufgrund der A/D bzw. D/A-Umwandlungen noch durch die Genauigkeit der 12-Bit-D/A-Umwandlung beeinträchtigt wird. „Die Simulationsergebnisse bewiesen, dass der REC im tatsächlichen Einsatz verbunden mit dem Motor und dem mechanischen System den Erwartungen entsprechend arbeiten würde“, sagte Kuelz.

Nach der Überprüfung trennten Kuelz und Gurian die Verbindung zwischen dem PC mit dem REC von dem PC mit der Simulation des Motors und des mechanischen Systems, und verbanden ihn mit dem echten Motor und dem echten mechanischen System in internen Labor von GEMIS. Nach dem ersten Einschalten des REC war die Resonanz des mechanischen Systems vollkommen unterdrückt.

 

 

 

 

 

 

 

VisSim-Modell des industriellen Antriebssystems von GE mit REC. Die obere Darstellung zeigt den Grad der Korrektur, die auf das Drehmoment des Motors angewendet wird. Die untere Darstellung zeigt die Geschwindigkeit des Antriebs.

 

 

 

 

 

 

 

 

Echtzeit-E/A-Adapter und Datenkanäle können direkt in VisSim über intuitive Dialogfelder konfiguriert werden.

 

Mit der Entwicklung und dem Testen des RECs in VisSim und VisSim/Real-Time konzentrierten sich Kuelz und Gurian ausschließlich auf den Beweis der Durchführbarkeit des Entwurfs. „Das Risiko, das mit dem Verbinden eines nicht validierten Entwurfs an einen viele PS starken elektrischen Antrieb mit einem mechanischen System einhergeht, kann nicht überschätzt werden“, sagte Kuelz. „Ein nicht umfassend getesteter fehlerhafter Entwurf kann zu einer Beschädigung von Motor, Achsen und Kupplung führen, die Betriebsausfälle mit Millionen von Dollar Folgekosten nach sich ziehen.“

VisSim/Real-Time für Prozesssteuerungsanwendungen

Hardware-in-the-Loop-Simulationen bilden eine zentrale Anforderung für die Industrien im Bereich der chemischen, petrochemischen, stromerzeugenden, Papier- und Faser-, pharmazeutischen und Nahrungsmittelverarbeitung. Die Kosten ineffizienter Steuerungsverfahren und schlechter Produkt-/Controllerübergänge sind gigantisch. Unternehmen wie DuPont (Vliesstoff- und AFS-Werk in Spruance, Richmond, VA) setzen VisSim/Real-Time erfolgreich bei der Validierung, Feinabstimmung und Überwachung ihrer Prozessteuerungsausrüstung ein. Wenn Sie weitergehende Informationen wünschen, fordern Sie die DuPont-Fallstudie an.

 

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