Als Maschinenbauer ist man also nicht mehr so sehr von Bestellvorgängen und Lieferzeiten der Hardware seiner Lieferanten abhängig. Ebenso wenig von einem lückenlosen Hardware-Projektfortschritt. Hinzu kommt, dass im Projektverlauf oft noch nicht entschieden ist, welche der Steuerungsoptionen oder Antriebsregler am Ende zum Einsatz kommen. Eine Änderung der Hardware-Komponenten war bisher immer ein zeitlicher und finanzieller Verlust. In der virtuellen Welt sind Modifikationen und Programmtests sofort durchführbar und eine gezielte Beschaffung der Hardware ohne böse Überraschungen wird möglich. Dazu addieren sich eine verkürzte Time-to-Market sowie Einsparungen bei Programmerstellung, Tests und Inbetriebnahme.
Zur Perspektive eines Programmierers erklärt Produktmanager Willi Berresheim: „Man testet Programme an und in einer virtuellen Maschine, kurz VM. Echtzeitkriterien sind dabei eher zweitrangig, es geht um die funktionalen Tests. Wenn die VM über alle Funktionen verfügt, die die Hardwaresteuerung später haben soll, können auch all diese Eigenschaften getestet werden.“ Wichtig: Die Produktionsmaschine selbst muss dazu nicht simuliert werden. Das ist nur notwendig, wenn man einen digitalen Zwilling bzw. eine virtuelle Inbetriebnahme abbilden will.
Steuerung auf USB-Stick
Bucher Automation liefert bei Bestellung seiner virtuellen Steuerungen JetControl-VM lediglich einen USB-Stick. Dort findet sich der Kopierschutz für die Softwarelizenz. Der Kunde kann damit jede beliebige virtuelle JetControl-VM-Steuerung herunterladen. Grundsätzlich sind alle Funktionen und die maximale Anzahl an Achsen aktiviert (JetControl 4xx bis zu 24 Achsen, JetControl 9xx Reihe bis zu 128 Achsen). Der Kunde benötigt nur noch eine VM, auf der die virtuelle Steuerung laufen kann. Der kostengünstige VMware Workstation Player bietet genau das. Er kann z.B. einen Computer inklusive Betriebssystem in einer virtuellen Maschine simulieren bzw. emulieren. „Wir verwenden den Player, um darin das Betriebssystem unserer Steuerung auf einem PC zu starten“, sagt Berresheim. „Der Vorteil: Das Betriebssystem und die Firmware der Steuerung sind zu 100 Prozent identisch mit denen auf der physischen Steuerung. Deshalb fühlt es sich für den Anwender und Programmierer so an, als habe er seine reale Steuerung vor sich. Alle Funktionen laufen genau so ab, wie auf der realen Hardware.“
Programmierung der virtuellen Steuerung
Nach dem Starten des VMware-Players öffnet man die gewünschte Steuerung, die jeweils als VMX-Datei bei Bucher Automation erhältlich ist. In dem gezeigten Beispiel ist das die Steuerung JetControl 440VM, eine Emulation der Hardware-Steuerung JetControl 440EXT. Das Betriebssystem der Steuerung wird durch Drücken des Play Buttons gestartet. Die Steuerung gibt während der Boot-Phase Statusmeldungen aus, z.B. die IP-Adresse, unter der sie erreichbar ist. Am Ende des Boot-Vorgangs meldet die Steuerung „System running“.
Die Programmierung der Steuerung erfolgt mit dem Tool JetSym. Dort wählt man die entsprechende reale Steuerung aus, kompiliert das Programm und überträgt es per Download auf die virtuelle Steuerung. Eine Sicherheitsabfrage verhindert, dass man versehentlich das Programm auf eine andere Steuerung lädt. Danach kann man das Programm in der virtuellen Steuerung starten und z.B. komplette Achsverbunde und Motion-Befehle testen oder Oszillographen aufnehmen und anzeigen lassen, als würden die Achsen real fahren. „Real ist hier nicht ganz korrekt,“ bemerkt Berresheim, „denn hier handelt es sich um ideale Achsen bzw. ideale Regler. Es gibt also keine Regelabweichung; die Ist-Position entspricht immer der Soll-Position. Für funktionale Tests ist das aber unerheblich.“
Virtuelle Steuerung in JetSym
Erfahrene Anwender von JetSym werden sich erinnern, dass das Tool bereits über einen Emulator verfügt. Dieser diente jedoch nur zum Testen von einfachen STX-Programmen ohne Achsen. Die virtuellen Controller hingegen bieten praktisch alles, was eine reale Steuerung auch bietet: Register, Motion-Control-Befehle (MCX Motion Control Extended), Oszilloskopfunktion, sämtliche TCP/IP-basierte Kommunikation wie OPC UA (Server und Client), OS-Update, FTP, MQTT und Modbus-TCP. Die virtuelle Steuerung kann also auch mit externen Teilnehmern kommunizieren. So lässt sich etwa der Datenaustausch via OPC UA zwischen einer (virtuellen oder real vorhandenen) Drittanbieter-Steuerung als Server und einer JetControl-VM als Client oder umgekehrt testen. Solche Tests waren bislang nur mit Hardware möglich. Und dazu musste auch die richtige Ausbaustufe bzw. Variante der Steuerung zur Verfügung stehen.
Mit virtuellen Controllern besteht für den Maschinenbauer die Möglichkeit, erst dann eine Bucher-Steuerung als Hardware zu bestellen, nachdem er seine Funktionen positiv getestet hat und er genau weiß, welche Optionen er benötigt. Damit das in der virtuellen Welt so flexibel wie möglich abläuft, stellt Bucher Automation bei allen virtuellen Controllern alle Lizenzen, z.B. OPC UA oder Modbus-TCP, maximale Anzahl der Achsen, Motion-Funktionensbausteine und Motion-Bahnfunktionen zur Verfügung. Eine Lizenz für die JetControl-VM gilt für einen Controller.
Naheliegend und oft von Kunden gefragt ist die Verwendung der virtuellen Controller JetControl-VM in einem digitalen Zwilling oder zur virtuellen Inbetriebnahme. „Ja, natürlich, das ist mit einer Programmbibliothek zum Datenaustausch möglich. Unsere virtuelle Steuerung wird dann Teil des digitalen Zwillings. Aber das ist eine separate Geschichte mit einem Praxisbeispiel wert“, meint Willi Berresheim.
