Zweck einer Simulation
Was soll mit welcher Aussagequalität zur Beurteilung kommen? Ein Simulationsprojekt bedarf einer Konzeption, Spezifikation und Umsetzungsphase. Der Test ist im Prinzip der implizite Vorgang, die Simulation als Ersatz für das reale Objekt anzuwenden, um die Plausibilitäten gewissenhaft zu prüfen. Es mag vielleicht banal klingen, aber es handelt sich um fundamentale Entwicklungsarbeit. Und Entwicklungsprojekte, die unterschätzt wurden, zeichnen sich meist durch mäßigen Erfolg aus. Eine Materialfluss-Simulation stellt andere Ansprüche als eine Prozess-Simulation. Logistische Anforderungen sind anders zu behandeln als regelungstechnische Vorgänge. Die Nachbildung, die Simulation der realen Welt ist ein Hilfsmittel, um Lösungen robust und zuverlässig entwickeln zu können. Einen besonderen Stellenwert hat dabei die Produktpflege. In vielen Fällen steht bei Softwarewartungen der Prozess zum Testen nicht mehr zur Verfügung. In diesen Fällen leistet die Simulation besondere Dienste zur Risiko- und Kostenminimierung. In der Automatisierung steht das kontrollierte Steuern und Regeln von Prozessen in Maschinen und Anlagen im Vordergrund. Kann man Ergebnisse der Simulation unmittelbar und direkt nutzen? Zuverlässig, automatisiert und entsprechend robust? All dies ist eine Frage der Methoden.
Matlab/Simulink
Matlab/Simulink ist ein Werkzeugkasten, der in vielen High-Tech-Branchen weit verbreitet ist. Geprägt vom Grundsatz \’nahezu alles ist mathematisch beschreibbar\‘ eignet sich das Produkt hervorragend, um regelungstechnische Prozesse zu modellieren. Das Modell der Strecke entspricht dabei der Simulation der realen Welt. Je besser das Modell die Wirklichkeit widerspiegelt, umso besser sind die Ergebnisse und erzielbaren Lösungen. Matlab/Simulink ist nicht nur das Werkzeug, um die Strecke zu modellieren, sondern auch eine leistungsfähige Umgebung zur Entwicklung von Algorithmen, um Prozesse zu beherrschen. Für Anwender der Software ist es also nahe liegend, den Regelkreis in einer gewohnten Arbeitsumgebung zu schließen. Dafür bietet das Programm eine Vielzahl von Möglichkeiten, um die Qualität und die Robustheit der entwickelten Lösung zu prüfen. Wichtig dabei ist auch die Arbeitseffizienz und Umsetzungsgeschwindigkeit von Modellen, Lösungen und Testszenarien. Die grafische Oberfläche, die zweckorientierte Werkzeugausrichtung leistet an dieser Stelle ausgezeichnete Dienste. Doch wie kommt man nun von einer in Matlab/Simulink entwickelten Lösung zu einer Automatisierungslösung?
Von Matlab in die Steuerung
Automatische Codegenerierung ist die Antwort, wenn es darum geht, Modelle von Matlab/Simulink in die reale Welt zu übertragen. Der so genannte Real Time Workshop von Mathworks bietet eine allgemeine Lösung zur automatischen Erzeugung von kompilierfähigen Sourcecodes. Eine allgemeine Lösung kann natürlich die spezifischen Ansprüche eines Automatisierungsproduktes nicht berücksichtigen. Aus diesem Grund entwickelte B&R systemkonforme Erweiterungen, die ein Zusammenspiel von Matlab/Simulink und Automation Studio gewährleisten. Automation Studio ist die Entwicklungsumgebung für sämtliche Automatisierungsprodukte von B&R. Der Anwender konzentriert sich wie gewohnt in seiner Arbeitsumgebung zur Modellbildung auf seine Aufgabenstellung. Was passiert nun im Detail hinter den Kulissen? Jedes Simulink-Modell besteht im Wesentlichen aus Bausteinen und deren Verbindungen. Jeder Baustein bringt für sich ein exakt definiertes Verhalten mit, wie er in der Simulation arbeitet und darüber hinaus den entsprechenden Quellcode für die automatische Codeerzeugung. Automation Studio-spezifische Bausteine in Simulink steuern das Verhalten des Codegenerators speziell in den Bereichen der Prozessgrößenverknüpfung mit der realen Welt in der Steuerung. Neben vielen anderen technischen Herausforderungen liegen die Schwerpunkte des Codegenerators in der syntaktisch und chronologisch korrekten Zusammenstellung des automatisch generierten Codes. Die Referenzierung aller erforderlichen Softwarekomponenten (Libraries) und die Verknüpfung aller Datenpunkte innerhalb dieses Sourcecode sind die entscheidenden Eingangsdaten eines Compilers für ein spezifisches Zielsystem. Den ausführbaren Code für das gewählte Zielsystem erzeugt Automation Studio auf Basis der automatisch generierten Sourcen. An dieser Stelle und zum Zeitpunkt des Kompilierens erfolgt quasi der Übergang vom Modell in eine automatisierungstechnische Applikation. Alle Standardmechanismen der Steuerung, wie Download und Datenanalyse, stehen dem Anwender uneingeschränkt und wie gewohnt zur Verfügung. Der automatisch generierter Code lässt undurchsichtige, umfangreiche und weitgehend ineffiziente Codequellen vermuten. Mit diesem Vorurteil muss man an dieser Stelle klar aufräumen. Die Erweiterung \’Embedded Coder\‘ des Real-Time-Workshops erzeugt einen strukturierten Code, der auch effizient und ressourcenschonend auf dem Zielsystem läuft.
