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Anlagen- und Planungssicherheit durch virtuelle Inbetriebnahme

Bild 1. Bevor die Steuerungssysteme und Schaltschränke die Woodward-Werkshallen in Kempen oder Krakau/Polen verlassen, werden sie detailliert getestet. Dazu verwendet das Unternehmen seit Kurzem die Siemens-Simulationsplattform Simit

Bild 2. Simit ist über offene Schnittstellen in das Simatic-PCS-7-Engineering integriert

Bild 3. Screenshot der Simulationsplattform Simit

Die Woodward Power Solutions GmbH entwickelt und errichtet elektrische Ausrüstungen für Kraftstationen. Bevor Steuerungssysteme und Schaltschränke an den Kunden übergeben werden, erfolgt ein intensiver Test. Simulationswerkzeuge, wie Simit von Siemens Industry Solutions, leisten dabei einen guten Dienst. Ihre Anwendung wirkt sich positiv auf die Einhaltung der vereinbarten Qualitätsstandards sowie auf Kosten und Zeit aus.

Die Woodward Power Solutions GmbH entwickelt, projektiert, produziert und errichtet elektrische Ausrüstungen für Kraftstationen nach Kundenspezifikation. Diese umfassen Steuerungs-, Schutz- und Visualisierungssysteme für die Antriebsmaschinen und die gesamten Mittel- und Niederspannungsenergieverteilungen sowie die dazugehörigen Kabel und Kabelbühnen. Für die Steuerungen der Diesel- und Gasaggregate werden häufig Simatic-S7-Komponenten von Siemens eingesetzt. Die Kunden von Woodward Power Solutions sind meist große Energieversorgungsunternehmen oder Industriekonzerne. Ihrer Forderung nach Zuverlässigkeit und hoher Verfügbarkeit der Anlagen wird durch den Einsatz von S7-400-H-Systemen Rechnung getragen. Wie eine effizientere Nutzung fossiler Energieträger, zum Beispiel bei der Kraft-Wärme-Kopplung, zeigt, geht der Trend in Richtung dezentrale Energieerzeugung. Zukünftig werden dezentrale Energieerzeuger mit standardisierter Datenkommunikation zu ferngesteuerten virtuellen Kraftwerken zusammengeschaltet. Deshalb muss die elektrische Ausrüstung der Kraftwerke technisch einwandfrei sein.

Korrektes Anlagenverhalten durch Simulation testen
Bevor die Steuerungssysteme und Schaltschränke (Bild 1) die Woodward-Werkshallen in Kempen oder Krakau/Polen verlassen, werden sie detailliert getestet. Bis vor Kurzem nutzten die Ingenieure Testpulte mit Schaltern, Potentiometern und Steckfeldern sowie additive SPS-Komponenten, um die digitalen und analogen Signale und Geber einer realen Anlage möglichst genau zu simulieren. Mit Simit steht nun eine leistungsfähige Simulationsplattform von Siemens zur Verfügung (Bild 2), die über offene Schnittstellen in das Simatic-PCS-7-Engineering integriert ist. Damit kann das Prozessverhalten so nachgebildet bzw. simuliert werden, dass ein korrektes Funktionieren der Simatic-Automatisierung sichergestellt wird. So lässt sich Simit einerseits für Signaltests automatisch konfigurieren, andererseits sind beliebig komplexe Prozesse und ganze Anlagen in Echtzeit simulierbar. Vom einfachen SPS-Signaltest per Knopfdruck über den Test der Antriebsebene bis zur physikalischen Nachbildung des Prozessverhaltens für den Gesamtanlagentest oder für das Operatortraining steht das passende Simulationsumfeld zur Verfügung (Bild 3).

„Mit Simit können wir jetzt flexibel und aufwandsarm unsere Steuerungssysteme und Schaltanlagen testen“, sagt Franz Wons, Abteilungsleiter System Automation bei Woodward Power Solutions und verantwortlich für die Qualität der Steuerungs- und Visualisierungssoftware. Bei Anlagen mit beinahe 200 analogen Signalen und rund 1 000 digitalen Ein- und Ausgängen sei ein Test mit konventioneller Technik zeitlich sehr aufwendig, auch bedingt durch das ständige Umklemmen der Signalleitungen. „Mit Simit können wir Makros definieren und gruppenweise zusammenfassen. So werden beispielsweise bei einer Pumpe alle digitalen und analogen Signale simuliert und die dazugehörige Steuerung getestet. Fehler, wie Drahtbruch und Leitungsschlüsse, lassen sich so ebenfalls abbilden“, informiert F. Wons weiter.

Komplettprüfung der Steuerungssysteme
Das Unternehmen hatte bereits ein eigenes Simulationssystems zur Prüfung von Kraftstationen entwickelt, mit dem zusätzlich das Regelverhalten der Energieerzeuger (Maschinensatz, Netz) sowie der Energieverbraucher simuliert werden kann. Das R&D-Projekt wurde über das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert. Dieses System ermöglicht zusammen mit Simit eine Komplettprüfung der Steuerungssysteme und der dazugehörigen Energieverteilungssysteme. Zudem ist es zu einem hohen Anteil automatisierbar.
Die Simit-Funktionalität wird durch die Erweiterung mit dem Makrokomponenteneditor (MCE) zusätzlich unterstützt. Das heißt, Antriebe, Aktuatoren oder Funktionen werden in Makrokomponenten zusammengefasst. Diese vorgefertigten Simulationskomponenten lassen sich übergreifend einsetzen und sind in einer Bibliothek frei verfügbar. Die Plattformlösung vereint somit alle Funktionen, um eine Simulation zu erstellen und durchzuführen. Zudem ist sie intuitiv benutzbar und verfügt über eine übersichtliche Benutzeroberfläche.

Zur Ankopplung an die redundanten Steuerungen werden die Simba-Profibus-Anschaltungen in einer achtkanaligen Ausführung verwendet. Das ermöglicht den Anschluss der Simulation an bis zu acht Profibus-DP-Master-Systeme bzw. an vier redundante Systeme. Ebenso ist eine Anbindung an Profinet möglich. Die Anschaltung simuliert die am Feldbus konfigurierten Slaves, die über die Profibus/Profinet-Leitung mit den Steuerungen verbunden wird. Die Kopplung wird in Simit durch einen Import der in Step 7 projektierten Hardware konfiguriert. Mit dem Import der Symboltabelle stehen alle Signale auch mit ihrem Symbol in der Simulation zur Verfügung. Somit kann ein Signaltest sofort mit den vertrauten Anlagenkennzeichen durchgeführt werden. Wichtig für die Tests sei auch der Mischbetrieb aus simulierten und realen Slaves. Die real vorhandenen Slaves können hierzu per Mausklick in der Simulation abgeschaltet werden. „Mit dem Einsatz von Simit sparen wir Zeit und Kosten im Test, erreichen eine höhere Testtiefe und damit eine bessere Qualität der Software unserer Steuerungen. Damit wollen wir eine einfache und problemlose Inbetriebsetzung vor Ort erzielen“, fasst F. Wons zusammen.

Die Woodward-Firmengruppe
Die Firmen Woodward Power Solutions GmbH und Woodward Kempen GmbH mit ihren Geschäftsfeldern Power Solutions, Power Conversion und Power Distribution leisten weltweit Beiträge zur elektrischen Versorgungssicherheit und -qualität. In über 40 Jahren seit der Gründung der damaligen SEG wurden diese Geschäftsfelder zum Pionier für viele Entwicklungen auf dem Gebiet der elektrischen Energieerzeugung und -verteilung und erlangten in einigen Produktbereichen die Marktführerschaft. Seit November 2006 gehört die SEG mit mehr als 430 Mitarbeitern zur Woodward, Inc. Die Woodward Power Solutions agiert seit 2008 mit mehr als 60 Mitarbeitern als eigenständige GmbH und stellt den Systemintegrator Woodwards dar.

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Autor: Dipl.-Ing. (FH) Arnold Fischer ist bei der Siemens AG Vertriebsbeauftragter Industry, Region West.

Autor: Horst Fischer ist als Produktmanager bei der Siemens AG, Industry Solutions, in Erlangen tätig.