Masterarbeit Arno Eggert

 

Modellierung eines Hardware-in-the-Loop Versuchsstands für den simulativen Betrieb mit einer virtuellen SPS

Am Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik existiert einHardware-in-the-Loop (HiL) Prüfstand (interne Bezeichnung: HiL-2), im Wesentlichen bestehend aus einer Klimakammer und einemHydrauliksystem, welcher für die Untersuchung von Hausenergiekomponenten unter realen Umwelteinflüssen eingesetzt wird. Eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist für den automatisierten Betrieb mit den Hardwarekomponenten des Prüfstands verbunden. Die Software-Peripherie der SPS und des Prüfstandes unterliegen einem stetigen Entwicklungsprozess.Werden Änderungen an der Prüfstandsteuerung oder an den Simulationsmodellen vorgenommen, können die Auswirkungen nur in Verbindung mit dem physikalischen Prüfstand ermittelt und analysiert werden. Auf diese Problematik fokussiert sich die vorliegende Arbeit. Mit der Erfassung physikalischer Gegebenheiten am Prüfstand wird die Grundlage für die Erstellung eines virtuellen Abbildes geschaffen. Der Prüfstand wird in seinen Teilsystemen unter Zuhilfenahme bestehender Modellbibliotheken in Dymola modelliert. Das erstellte, echtzeitfähige Simulationsmodell wird mit der virtuellen Prüfstandsteuerung in der TwinCAT 3 Laufzeitumgebung verbunden.Wird die Hardware-SPS mit der virtuellen SPS ersetzt, resultiert ein Software-inthe- Loop (SiL) System, das als Software-Tool den Entwicklungsprozess am realen Prüfstand unterstützen kann. Für einen erfolgreichen Austausch von Variablen über das ADS-Protokoll finden zeitintensive Weiterentwicklungen an einem bestehenden Kommunikator statt. Im Zuge dieser Weiterentwicklungen werden Auswirkungen der Datentypkonvertierung von kontinuierlichen in diskrete Variablen auf die Echtzeitfähigkeit des Simulationsmodells untersucht und vorgestellt. Mit der Verknüpfung des virtuellen Prüfstands und der virtuellen Steuerung ist unter bestimmten Bedingungen die Echtzeitfähigkeit der Simulation nicht mehr gegeben. Das bestehende Problem wird untersucht und es kann ein Zusammenhang zwischen der Echtzeitfähigkeit und einer algebraischen Schleife in Verbindung mit der Zykluszeit der virtuellen SPS festgestellt werden. Für die Aufhebung der algebraischen Schleife werden geeignete Schnittstellen zwischen dem Kommunikator und den virtuellen Teilsystemen entwickelt. Mit dem einsatzbereiten SiL System findet abschließend ein Vergleich zwischen dem virtuellen und physikalischen Prüfstand statt. Basierend auf der vorliegenden Arbeit ist es möglich, komplexe, virtuelle SPS’sen mit einem geeignetenModell in Dymola zu verknüpfen, in Echtzeit zu testen und zu analysieren. Ferner besteht zukünftig dieMöglichkeit, grundlegende Strukturen in der Programmierung einer SPS ohne Vorhandensein einerHardware-Peripherie zu entwickeln und das erstellte Prüfstandmodell als Auslegungstool für einen HiL-3 Prüfstand heranzuziehen.