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Steuern / Regeln

Von der Modellierung direkt in die SPS

16. Oktober 2019, 08:00 Uhr   |  Thilo Glas

Von der Modellierung direkt in die SPS
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Trotz Digitalisierung und I4.0 werden die technischen Funktionen in einer prozesstechnischen Anlage nicht einfacher, wenn man sie auf das kleinste Detail herunterbricht. Die richtigen Werkzeuge sinnvoll kombiniert, lässt sich der hohe Schwierigkeitsgrad trotzdem bewältigen.

Es gibt eine Vielzahl von Applikationen im Prozesstechnik-Umfeld, deren Realisierung sich schwierig gestaltet: kaskadierte Regelungen, schnelle Momentregelungen oder auch die Umsetzung einer komplexen mathematischen Formel in einer steuerungstechnischen Anwendung. Zwar lassen  sich derartige Applikationen in der Regel in IEC-61131-Code für eine SPS programmieren; allerdings ist dies nicht unbedingt komfortabel. Hat der Programmierer etwa eine schwierige Formel gemäß IEC 61131 in strukturiertem Text erstellt, ist diese oft nicht wiederzuerkennen. Dementsprechend fallen die Optimierung oder Fehlersuche ebenfalls nicht leicht. Im nächsten Schritt gilt es, die komplexe Funktion zu erproben. Hier tun sich ebenso Hürden auf, wenn der klare Überblick fehlt. Denn die Verbesserung einer Regelung erweist sich bereits bei weniger schwierigen Aufgaben als zeitaufwendig.

Die genannten Herausforderungen stellen sozusagen Klassiker dar, welche die Programmierer schon lange beschäftigen. Allerdings kommen neue Themenbereiche hinzu. In der Prozessindustrie wird immer häufiger auf Basis modularer Ansätze automatisiert, insbesondere seitdem mit MTP (Module Type Package) gemäß VDI/VDE/NAMUR 2658 eine einheitliche Softwareschnittstelle Einzug in die Branche gehalten hat. Jetzt verfügen die einzelnen Module über einen eigenen Controller, der die Regelungen übernimmt. Auf diese Weise wird das zentrale Leitsystem entlastet. Die Programmierumgebung, in der der Anwender die als Beispiel angeführte Regelung realisiert, ändert sich jedoch: vormals Leitsystemumfeld, nun allgemeine Steuerungstechnik.

Um solche komplexen Aufgaben einfacher und eleganter in der Steuerungstechnik umzusetzen, bietet sich die Software Matlab Simulink an. Bei dem Tool handelt es sich um ein hochentwickeltes Werkzeug, mit dem sich sowohl mathematische als auch regelungstechnische Lösungen entwickeln, testen und in Code überführen lassen. Die Idee zu Matlab wurde bereits in den 1970er-Jahren in den USA von Cleve Moler an der Universität New Mexico geboren. Mitte der 1980er-Jahre wurde die Software dann in ein kommerzielles Produkt überführt. Ab den 2000er-Jahren hat die Verbreitung von Matlab zugenommen, unter anderem weil das Tool in die Lehrpläne der Universitäten aufgenommen worden war.

Durch die anschließende Erweiterung von Matlab um das Modul Simulink können die erstellten Programme jetzt simuliert und Blöcke davon zur Modellierung von Systemen genutzt werden. So lassen sich die Systeme übersichtlich grafisch visualisieren. Für die Software stehen zahlreiche sogenannte Toolboxen zur Verfügung, welche die Verwendung vorgefertigter Funktionsmodule wie etwa der ‚Signal Processing Toolbox‘ oder der ‚Fuzzy Logic Toolbox‘ erlauben.

Wie schon erwähnt, gibt es entsprechende Lösungen seit den 1980er-Jahren. Neu ist jetzt, dass der Anwender das System auf einfache Weise mit einer industrietauglichen Steuerung kombinieren kann. Wo bislang reine Mikrocontroller als Laufzeitumgebung erhältlich waren oder C-Code erzeugt werden konnte, wurde nun die SPS als ‚Target‘ für den Code hinzugefügt. Somit lässt sich nun ein kom-plexer Regler in Simulink entwerfen, im gesamten Frequenzbereich unter dem Einfluss von Störgrößen testen, mit Hilfe der Simulink-Tools optimieren sowie abschließend als Programm für den SPS-Controller exportieren.

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1. Von der Modellierung direkt in die SPS
2. Export auf das SPS-System
3. Apps aus dem Online-Store

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