Hardware-in-the-Loop (HiL)

Hardware-in-the-Loop Simulation mit ISG-virtuos

Das auf Echtzeitanwendungen spezialisierte Softwaredesign von ISG-virtuos ermöglicht über die Zusammenführung von Simulation und realer Steuerungstechnik die Hardware-in-the-Loop-Simulation von Automatisierungssystemen in harter Echtzeit („Steuerungsechtzeit“ (<1ms)). Die Verbindung zwischen Steuerung und Simulation wird über gängige Feldbussysteme hergestellt und ist so unabhängig vom Steuerungshersteller.

Die virtuellen Maschinen, Anlagen und Roboter werden aus virtuellen Komponenten aufgebaut, die sich hinsichtlich Schnittstellen, Parameter und Betriebsarten verhalten wie die realen Komponenten. Mithilfe dieser virtuellen Systeme (der sogenannten "digitalen Zwillinge") werden realistische Test- und Inbetriebnahmesituationen inklusive aller Steuerungsfunktionen in Ablauf- (SPS) und Bewegungssteuerung (MC, RC, CNC) nachgestellt. Diese Systemtests können auch automatisiert durchgeführt werden. Die so entwickelten und getesteten Funktionen werden im Anschluss einfach auf die realen Systeme übertragen.

Aufbau und Nutzung eines virtuellen Testaufbaus

Quelle: VDMA Leitfaden VIBN

Die VIBN benötigt ausführbare Simulationsmodelle einer Komponente, Maschine oder Anlage. Die Simulationsmodelle bilden u.a. folgende Zusammenhänge ab: 

  • Prozesslogik
  • Kinematik
  • Materialfluss
  • Physikalische Effekte
  • Seonsoren und Aktoren
  • (Bus-)Kommunikation

Das Steuerungssystem wird nicht in das Simulationsmodell integriert, sondern mit der Simulation verknüpt. Der virtuelle Testaufbau, also die Verknüpfung des Simulationsmodells mit dem Steuerungssystem, wird als X-in-the-Loop-System (XiL-System) bezeichnet. Mit der Nutzung von XiL-Systemen werden, gegenüber einem realen Testaufbau, folgende Vorteile erreicht:

  • Geringere Kosten beim Aufbau
  • Geringerer Aufwand bei kontinuierlicher Neukonfiguration
  • Keine Beanspruchung von physischen Ressourcen (z.B. Montage- oder Hallenfläche)
  • Kein Verschleiß und keine Beschädigung von Betriebsmitteln

Die Ausprägungen von XiL werden anhand der Art der Steuerung unterschieden in: 

  • Model-in-the-Loop (MiL): die Steuerungssoftware wird in einer Modellsprache abgebildet.
  • Software-in-the-Loop (SiL): die Steuerungssoftware läuft in einer Emulation.
  • Hardware-in-the-Loop (HiL): Die Steuerungssoftware läuft auf der realen Hardware der Steuerung.
Quelle: VDMA Leitfaden VIBN