WO2013075909A1 - Verfahren zur automatischen generierung von simulationsmodellen anhand von stromlaufplänen - Google Patents

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WO2013075909A1
WO2013075909A1 PCT/EP2012/071364 EP2012071364W WO2013075909A1 WO 2013075909 A1 WO2013075909 A1 WO 2013075909A1 EP 2012071364 W EP2012071364 W EP 2012071364W WO 2013075909 A1 WO2013075909 A1 WO 2013075909A1
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simulation
circuit diagram
program
electrical
objects
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PCT/EP2012/071364
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Thomas Baudisch
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/36—Circuit design at the analogue level
    • G06F30/367—Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Definitions

  • the invention relates to a method for creating a simulation program, a computer for carrying out the method, a computer program product and a data memory.
  • Mechatronic systems eg machine tool, production machine
  • a control unit eg PLC
  • an electrical / electronic system e.g., an electrical / electronic system
  • Simulation models are created for the individual parts of the circuit diagram. Since ⁇ to the electrical system of the mechatronic system in the electrical / electronic components is simplified as much as possible. However, the method described is relatively complicated.
  • the object of the invention is a simple Ver ⁇ drive to create a simulation model for the elekt ⁇ generic components of an electrical system of a mechatronic system provide.
  • the object of the invention is achieved by the method according to claim 1, the computer according to claim 10, the computer program product according to claim 11 and the data memory according to claim 12.
  • circuit diagram that is made up of circuit diagram objects and a
  • Electric CAD tool was created, based on the current ⁇ plan Sharee simulation objects are selected, which are the eec ⁇ ective Stromlaufplanobj ekten assigned. The assignment of the simulation object to the Stromlaufplanobj ect, for example, once when building a library. The selected simulation objects are converted into a Simulationsmo ⁇ dell to simulate the electrical system.
  • the circuit diagram with the Stromlaufplanobj ekten is required for the construction of the electrical system and is thus available without additional effort.
  • the simulation model and the simulation program can be created directly from the circuit diagram by automatically determining the circuit diagram objects of the circuit diagram using a program and automatically selecting the simulation objects assigned to the circuit diagram objects from a library.
  • the connections between the simulation objects are created according to the connections between the circuit diagram objects of the circuit diagram. The selected simulation objects are converted into a simulation model using a conversion program.
  • the method offers the advantage that a precise Ab ⁇ education of the electrical system is achieved, since based on the Stromlaufplanobj ekte the circuit diagram, the Simulationob ⁇ jects are selected.
  • the generated Simulati ⁇ onsmodell is an accurate reflection of the electrical system.
  • a simplification of the method described is thereby achieved that the circuit diagram is provided in form of a file, in particular ⁇ sondere an XML file and automatically the simulation model is created from the file.
  • the simulation objects can be easily assigned to the current ⁇ plan objects. This is achieved by having the simulation objects stored in a library of the design program and coupled to the circuit diagram objects of the electro-CAD design program. So ⁇ with you can select the electrical system through a simple access to the library of the electrical CAD design program, the ect a Stromlaufplanobj corresponding simulation object for creating the Simu ⁇ lationsmodells and carrying out the simulation of elec- rik.
  • Another advantage of the method described is that adaptation of the simulation model to different requirements of the simulation is possible in a simple manner. This is achieved in that for a current ⁇ diagram object present at least two different simulation ⁇ objects.
  • the simulation objects differ in their properties, in particular in the accuracy of the mapping of a function and / or a property of the component. Depending on a selection parameter, one of the two simulation objects is selected for use in creating the simulation model.
  • the circuit diagram objects electrical components such as a scarf ⁇ ter, a relay, an actuator, an electric motor and / or an electrical line of the electrical system.
  • the simulation program has a mechanical simulation program that simulates a mechanical function of a mechanical component of the mechatronic system.
  • a simulation of the electrical system and the mechanical components can be performed.
  • the described method can easily created from an electrical CAD circuit diagram of an electrical system, a simulation model for the electrical system ⁇ to.
  • a simulation plan for the simulation model is displayed with graphical representations of the simulation objects, wherein the simulation objects are displayed at the same or at least similar point as the Stromlaufplanobj ekte on the circuit diagram. In this way, a simple comparison or comparison of the plans is possible.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of programs for the automatic generation of a simulation model on the basis of a circuit diagram.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a mechatronic system.
  • Fig. 3 shows schematically a controller which is connected to a simulation program.
  • 4 shows a schematic representation of a system for carrying out a method according to FIG. 1.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a data memory with a computer program product.
  • Fig. 1 shows in a schematic representation of the structure of a system for automatically generating a simulation model based on circuit diagrams, i. the electronics and electrics of an electrical system.
  • a simulation model is the concrete implementation as a program, script, or block diagram of an imagination, control or knowledge model for a computer or simulator, whereby the computer or the simulator can use the simulation model to create and run a simulation program.
  • the electro-CAD module 110 has a graphical user interface (GUI) 120 and a first library 14 for circuit diagram objects 16 of electrical components.
  • GUI graphical user interface
  • the electro-CAD program 110 is designed as an object-oriented program, whereby by selecting Stromlaufplanobj ekten 16 from the first library 14 and by linking the Stromlaufplanob- jekte 16 a circuit diagram 27 of the electrical components of the electrical system of a mechatronic system can be created.
  • Stromlaufplanobj ekte 16 form electrical ⁇ cal components and their interfaces.
  • the electrical components may be any type of electrical component of an electrical system of the mechatronic system.
  • the components may be, for example, switches, relays, actuators, electric motors and / or electrical lines.
  • An operator selects individual Stromlaufplanobj ects 16 from the first library 14, and draws the selected Stromlaufplanobj ects 16 into a window 130 of the GUI 120 at ⁇ play, via drag and drop.
  • the filed in the window 130 Stromlaufplanobj ekte 16 are automatically connected according to rules stored to a circuit diagram 27. Depending on the chosen embodiment, the manner of connection may also be determined by the operator.
  • the tool 100 has a second library 15.
  • the second library 15 are each a Stromlaufplanobj ect 16 and at least one simulation ⁇ tion object 17 stored for electrical components.
  • the mapping is such that for each component of a so-called root object 140 exis ⁇ advantage.
  • the base object is a container that collects all models that describe a component.
  • a plurality of sub-objects such as a current ⁇ diagram object 16 and two simulation objects are stored 17th
  • the circuit diagram objects 16 of the first library 14 correspond to the circuit diagram objects 16 of the second library 15.
  • the first library 14 is a kind of filter on the second library 15, which only displays the circuit diagram objects.
  • the simulation objects 17 represent descriptions of the characteristics and / or electrical and mechanical functions of the components of the electrical system that correspond to the circuit diagram objects. With the simulation objects a creation of a simulation model and a simulation of the electrical and / or mechanical function of the components is possible. Under an electrical property z. As an electrical resistance, power consumption, etc. understood. Under electrical / mechanical function z. B. understood a temporal behavior of a switching operation of a switch or a relay, a movement of an actuator or an engine.
  • simulation objects 17 for a base object 140 and thus for a circuit diagram object 16 in the second library can also be used. 15 may be provided.
  • the at least two simulation ⁇ objects 17 differ in the properties, particularly the accuracy of the simulation of a function
  • the function or property can be a switching speed ei ⁇ nes switch or relay, a power consumption or a BEWE ⁇ supply, in particular a speed of an actuator or motor. If more than one simulation object 17 is provided for a component, ie for a circuit diagram object 16, then by specifying a selection parameter it is determined which of the simulation objects 17 is assigned to the circuit diagram object 16 for the creation of the simulation model. For example, in one case a fast and less accurate simulation and in the other case a very precise simulation may be desired, the calculation of which may take more time.
  • a completed circuit diagram 27 is exported in the form of a readable file 150, for example in the form of an XML file 150.
  • the XML file 150 is processed by an application program 160.
  • the application program 160 checks which circuit diagram objects 16 are contained in the XML file 150.
  • the application program 160 determines which interfaces ects the Stromlaufplanobj 16 are connected to each other ⁇ . This is done automatically by the application program 160.
  • the application program 160 searches for each circuit object 16 of the XML file 150 the associated simulation object 17 from the second library 15. If a plurality of simulation objects are stored in the second library 15 for a circuit diagram object, then a selection parameter determines which simulation object is to be used Current flow object is assigned. Depending on the predetermined or set by the operator selection of the plurality of parameters of a simulation lationsobj is ects for the creation of the simulation model being ⁇ selected. The application program 160 converts the selected simulation objects and their compounds in accordance with the interface of the ⁇ len Stromlaufplanobj ects 16 of file 150 to a simu ⁇ lationsmodell 165.
  • the simulation model 165 is a simulation tool passed 170th
  • the simulation tool 170 has a simulator 180, which performs a corresponding electrical Simulati ⁇ onsprogramm 185 for the electrical system using the simulation model 165th
  • the simulation tool 170 has, in the embodiment shown, ⁇ leadership for a program 270, we ⁇ antes a simulation object is created with the 17 ect unique for each Stromlaufplanobj 16 of the electrical CAD module 110th
  • at least two simulation objects 17 are generated for a circuit diagram object 16, which differ in the quality of the simulation of the component that represents the circuit diagram object.
  • the simulation objects 17 generated in 270 are managed in a third library 190 and stored, for example, in a hard disk 210.
  • Each base object 140 in the second library 15 is assigned at least one unique Simulati ⁇ onsêt 17 from the hard disk 210th The assignment is done manually, but can also be done automatically via naming conventions.
  • the tool 100 fetches at least two simulation objects 17 for a circuit diagram object 16.
  • the tool 100 has a functionality that makes it possible to manage the path to the associated simulation object for each circuit diagram object in the electro-CAD library.
  • the Zu ⁇ order between the simulation object and the Stromlaufplan- object, ie the structure of the second library 15 is done once manually by the operator.
  • circuit diagram 27 is created for a specific electrical system
  • the operator of the electric CAD tool draws the circuit diagram in its usual way and Wise.
  • the electrical CAD tool white in the background showing simulation object 17 ect to which Stromlaufplanobj 16 ge ⁇ stopped.
  • the circuit diagram 27 is drawn as usual.
  • the circuit diagram can include several pages.
  • the readable file 150 is parsed, ie, looked through, which Stromlaufplanobj ects occur on which schematic page.
  • the corresponding simulation object is written to an assignment file. This also applies to the circuit diagram objects that represent cables that represent the links between the simulation objects.
  • the simulation file is translated into the simulation model 165.
  • the simulation model is to be generated: Selecting the selection parameter of the quality to be generated for the entire simulation model: 1 (exact), 2 (medium), 3 (coarse), and so on Parameter, the simulation object of type 1, 2, ... is selected for each component.
  • the exported file corresponds exactly to the version of the circuit diagram of the electrical components of the mechatronic system.
  • a simulation model for a simulation program is automatically created from a circuit diagram.
  • the simulation program can for example be a ⁇ are set to perform a virtual commissioning of me ⁇ chatronischen system, as explained below.
  • the simulation program can also be used for other applications.
  • the programs and libraries can run on a Computersys ⁇ tem or on multiple computer systems.
  • the tool 100 and the simulation tool 170 may run on different computer systems.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the schematic structure of a mechatronic system.
  • the mechatronic see system (such as a machine tool or production machine) 1 includes a controller (such as PLC), a elekt ⁇ generic plant 6 with electrical and / or electronic components 3 and 5 a mechanism that mechanical components.
  • a controller 1 is connected to electrical components 3 via a first interface 2.
  • the electrical components 3 of the system 6 are connected via a further interface 4 with the mechanical components of the mechanism 5 in combination.
  • the controller 1 gives control parameters to the electrical components 3.
  • the controller 1 receives state parameters of the electrical components and / or the mechanical components 5 via the first interface.
  • the electrical components 3 have, for example, actuators and / or sensors on.
  • the actuators serve to move the mechanical components 5.
  • the sensors are used to detect a state of the electrical components 3 or the mechanical components 5 and report back to the controller 1.
  • the electrical components are used to translate the control parameters of the controller 1 in a corresponding control of the actuators.
  • sensors are used to report a state of the components and actuators back to the controller 1.
  • the mechanical component 5 converts motion parameters of the electrical components 3.
  • corresponding state variables of the mechanical component 5 are transmitted to the electrical system 6 and / or to the controller 1 by the mechanical component 5 via sensors.
  • the mechanical component 5 represents, for example, the mecha ⁇ nik a machine tool, with which a workpiece is moved and / or edited.
  • the mechanical component 5 has sensors that detect a state of the workpiece or the mechanical component and report back to the system 6 and / or the controller 1.
  • FIG. 3 shows a controller 1 with a simulation model 30 for the electrical components 3 of the electrical system 6 and the mechanical components of the mechanism 5 of the mechatronic system of FIG. 5.
  • the installation program provided 21 or created can be simulated with the electrical and mechanical functions of the component. 5
  • the geometry and the axes of movement of the component 5 the generation of the sensor signals and the behavior of actuators are simulated.
  • the controller 1 is connected to the simulation program 30, the simulation program 30 having an electrical simulation program 22 for the electrical components and a mechanical simulation program 21 for the mechanical system, which also communicate with each other.
  • Using the simulation program 30 can, for example, the functioning of the controller 1 will be tested, especially a virtual commissioning of a mechatronic system can be ⁇ leads.
  • Testing of the controller 1 may be, for example, as follows
  • Steps include.
  • the controller 1 is a control parameter to the Simulationsmo ⁇ dell 30th
  • the simulation model 30 be ⁇ expects a virtu ⁇ defiant disorder of the mechatronic system due to the supplied control parameter.
  • This will be one State of the electrical component 3 and / or the electrical system 6 and / or a state of the mechanical component 5 simulated.
  • the state parameter for the electrical system 6 and / or a state parameter of the mechanical component 5 is calculated by the electrical simulation program or by the mechanical simulation program and output to the controller 1. Based on the and / or the output state parameter can be checked whether the controller 1 and / or the mechanical and electrical components work as expected. By means of the method described, individual method sections of a virtual commissioning can be checked.
  • a first or a second simulation object is used for simulating the property and / or the function of an electrical component.
  • the accuracy of the Simula ⁇ tion can be influenced by entering or specifying a corresponding selection parameter.
  • the desired check for example, only an assessment of the operation of the electrical system and / or the mechatronic system or a precise Simu ⁇ -regulation of the functioning of the electrical system are Runaway ⁇ leads.
  • the charge of a DC link voltage for an electric drive can thus checked ⁇ to.
  • a STEU ⁇ erparameter is passed to activate a contactor relay to the Simula ⁇ tion program, for example, by the controller.
  • the simulation Program simulates the function of the electrical system 6, whereby, for example, a mains voltage is applied to a terminal ei ⁇ nes Smartline module.
  • the contactor relay reports the action taken to the controller 1 accordingly.
  • a DC link can be charged by the controller 1.
  • the charge of the intermediate circuit is then detected by means of a sensor of the electrical system 6 and in turn reported back to the controller 1.
  • 4 shows a schematic representation of a computer system for carrying out the described methods.
  • a first computer 10 is connected to a screen 11.
  • an input unit 12 is ⁇ closed to the first computer 10th
  • the computer 10 has a memory 13 in which the first library 14 for Stromlaufplanobj ekte 16 of the
  • Electro-CAD design program is filed.
  • the circuit diagram objects 16 represent the electrical components 3 of an electrical system 6 of a mechatronic system.
  • the second library 15 is stored in the memory 13.
  • corresponding simulation objects 17 are stored for the Stromlaufplanobj ekte 16 of the first library 14.
  • the programs of FIG. 1 are stored in the memory 13 and the computer 10 is designed to execute the programs described with reference to FIG.
  • the controller 1 For checking a control program of a controller 1, for example in the context of commissioning a mechatronic system, the controller 1 is connected to the first computer 10.
  • the controller 1 executes the control program and transfers the corresponding control parameters to the first computer 10.
  • the first computer 10 simulates the operation of the system 6 and the mechanism 5 of the mechatronic system by means of the mechanical and electrical simulation programs 21, 22 and outputs corresponding state parameters the screen 11 or outputs this to the controller 1.
  • an operator can check that the mechatronic system has been commissioned correctly due to the returned status parameters.
  • These are comparative values for the State parameters stored, for example, in a memory of the first computer 10.
  • a simulation plan for the simulation program with graphical representations of the simulation objects is shown schematically on the first screen.
  • the graphic representations of the simulation objects are displayed at the same or at least similar points as the circuit diagrams on the circuit diagram.
  • the circuit diagram with the circuit diagram objects and the simulation diagram with the graphical representations of the simulation objects can be displayed next to each other for checking on a screen in two windows. In this way, a simple comparison or comparison of the plans is possible.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a computer-readable data memory 25 with a file 19.
  • a computer program with program coding means 26 can be stored on the data memory 25 with which a method according to the described methods is carried out if the computer program is based on a computer a computer is ⁇ out.
  • the controller communicates via electrical / electronic components with the mechanics, ie with the mechanical components.
  • the aim of the method described is an automatic generation of the behavior ⁇ model of the electrical / electronic components.
  • This may contain the active chain ranging from the sensor signals up to the derived image of the control input signals and then back comprise the active chain of the Steuerungsausgangssig ⁇ tional to the signals which describes the behavior of the actuators.
  • the behavior of the controller or the gik between control inputs and outputs is excluded, as here the real control is integrated into the virtual commissioning ⁇ model. This interaction of the electrical / electronic components is completely in the
  • Circuit diagram shown generated.
  • the simulation objects are converted into a simulation program, loaded into the corresponding simulation software and executed there.
  • the steps in detail are:
  • Modeling the Simulation Objects for the Circuit Diagram Objects As described above, the circuit diagram is translated 1: 1, ie there must be at least one simulation object for each object in the circuit diagram. This describes the behavior of the component in the simulation. At least one simulation object means that it may be several simulation models for a circuit ⁇ plan object. These differ in the degree of detail. For the virtual commissioning example, it is sufficient to simulate the Anfah ⁇ ren an unregulated motor by a ramp. But it can also be deposited more engine models, the Describe the run-up of the engine more accurately. Each simulation model is assigned a classification, for example simplified, in detail , so that the model to be used can be unambiguously selected in a configuration file for automatic model generation.
  • Each simulation object must contain interfaces via which the simulation component can be connected to other simulation components.
  • the modeling of the simulation objects is performed once during the introduction of the method. In addition, the modeling of the simulation objects is run through again when a new Stromlaufplanobj ect added.
  • the electrical / electronic model is the link between the controller and the Mecha ⁇ nik.
  • the interface between the controller and elekt ⁇ driven / electronic simulation model are the input and output signals of the controller.
  • the input and output signals are documented for example in the form of a symbol table ⁇ .
  • the input and output signals can be found in the form of graphic symbols.
  • the terms between the input and output signals in the symbol table and the Stromlaufpla ⁇ NEN may be identical. Therefore, an application can be written, which reads out the two models the required information, and the interface automatically creates ⁇ .
  • the interface to the mechanical submodel are the actuator and sensor signals. The coupling is done by the
  • Behavioral model of the circuit diagrams with respect to the actuators Be ⁇ motion information in the form of path or angle information to the mechanical part model sends and with respect to the sensor ⁇ signals analog or binary values.
  • Corresponding interfaces are provided in the simulation components associated with the sensors and actuators. To identify the interface should be the name of the component can be used in the circuit diagram, as there are usually no designations on the mechanical side (in 3D CAD).
  • circuit tarpaulins are exported from the electro-CAD tool into a readable format, eg XML.
  • the generated simulation model of the circuit diagrams should be as far as possible identical to the original circuit diagrams. Thus, you find yourself in the simulation model easier to manage and ⁇ the troubleshooting easier.
  • the following information should therefore be present in the exported file: number of plans, plan names, number and positioning of the objects on the plans, naming of the objects on the plans and linking of the circuit diagram objects with each other.
  • the exported circuit diagrams ie translated by a converter in simulated, circuit diagrams, an electric Simulati ⁇ onsprogramm.
  • a simulation plan is created for each circuit diagram.
  • plan by plan the objects on the circuit diagram are replaced by the simulation objects. This takes into account the set classification in the initialization file of the converter.
  • the positioning of the simulation objects on the The simulation plan first takes place at the same position in the screen as on the circuit diagram. Since the dimensions of the graphical representation of the simulation objects on the simulation program's plan do not generally match the dimensions of the corresponding symbol in the electrical CAD circuit diagram, it is checked whether the graphical elements overlap on the simulation plan. In this case, it is ensured by adding up an offset to the position of Simulationsob ⁇ projects that they do not overlap. Finally, the links between the individual simulation objects are generated. These correspond to the cable connections on the circuit diagram.
  • Modeling usually takes place parallel to the actual development process. This means that the simulation engineer takes care of the current state of development for the modeling. These modeling artifacts are not frozen during modeling, on the contrary, they are still subject to change. A problem of manual modeling is therefore to keep the simulation model and the development data consistent. This problem can also be eliminated by automatic model generation. For the automatic model generation, the existing artifacts are used. This ensures consistency between development data and simulation model.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Simulationsmodells für eine elektrische Anlage, wobei ein Stromlaufplan für die elektrische Anlage vorhanden ist, wobei der Stromlaufplan aus Stromlaufplanobjekten aufgebaut ist, wobei die Stromlaufplanobjekte elektrische Komponenten darstellen, wobei der Stromlaufplan durch ein Programm überprüft wird, wobei die Stromlaufplanobjekte des Stromlaufplans und deren Verknüpfungen ermittelt werden, wobei für jedes ermittelte Stromlaufplanobjekt automatisch wenigstens ein Simulationsobjekt aus einer Bibliothek ausgewählt wird, wobei die ausgewählten Simulationsobjekte mit der Information, welches Stromlaufplanobjekt mit welchem wie verknüpft ist, automatisch in ein Simulationsmodell übersetzt werden.

Description

Beschreibung / Description
VERFAHREN ZUR AUTOMATISCHEN GENERIERUNG VON SIMULATIONSMODELLEN ANHAND VON STROMLAUFPLÄNEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Simulationsprogramms, einen Computer zur Durchführung des Verfahrens, ein Computerprogrammprodukt und einen Datenspeicher.
Im Stand der Technik ist es bekannt, ein Simulationsmodell für ein mechatronisches System zu erstellen. Mechatronische Systeme (z.B. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine) umfassen eine Ansteuereinheit (z.B. SPS), eine Elektrik/ Elektronik und eine Mechanik. Für die Simulation werden für die einzelnen Teile des Stromlaufplans Simulationsmodelle erstellt. Da¬ zu wird die elektrische Anlage des mechatronischen Systems in den elektrischen/elektronischen Komponenten so weit als möglich vereinfacht. Das beschriebene Verfahren ist jedoch rela- tiv aufwändig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches Ver¬ fahren zur Erstellung eines Simulationsmodells für die elekt¬ rischen Komponenten einer elektrischen Anlage eines me- chatronischen Systems bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, den Computer gemäß Anspruch 10, das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11 und den Datenspeicher gemäß Anspruch 12 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ein Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass das Simulationsmodell automatisch aufgrund der Stromlaufpläne des Elektro-CAD-Stromlaufplanes generiert wird. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass das Simulationsmo- dell sehr genau dem Aufbau der elektrischen Anlage ent¬ spricht .
Dies wird dadurch erreicht, dass aus einem Stromlaufplan, der aus Stromlaufplanobj ekten aufgebaut ist und mit einem
Elektro-CAD-Werkzeug erstellt wurde, anhand der Stromlauf¬ planobjekte Simulationsobjekte ausgewählt werden, die den je¬ weiligen Stromlaufplanobj ekten zugeordnet sind. Die Zuordnung des Simulationsobjektes zu dem Stromlaufplanobj ekt erfolgt beispielsweise einmalig beim Aufbau einer Bibliothek. Die ausgewählten Simulationsobjekte werden in ein Simulationsmo¬ dell zur Simulation der elektrischen Anlage konvertiert.
Der Stromlaufplan mit den Stromlaufplanobj ekten ist für den Bau der elektrischen Anlage erforderlich und steht somit ohne Mehraufwand zur Verfügung. Zudem kann das Simulationsmodell und das Simulationsprogramm direkt aus dem Stromlaufplan erstellt werden, indem automatisch mithilfe eines Programms die Stromlaufplanobj ekte des Stromlaufplans ermittelt und aus ei- ner Bibliothek die den Stromlaufplanobj ekten zugeordneten Simulationsobjekte automatisch ausgewählt werden. Zudem werden die Verbindungen zwischen den Simulationsobjekten gemäß den Verbindungen zwischen den Stromlaufplanobj ekten des Stromlaufplans erstellt. Die ausgewählten Simulationsobjekte wer- den mit einem Konvertierungsprogramm in ein Simulationsmodell konvertiert .
Zudem bietet das Verfahren den Vorteil, dass eine präzise Ab¬ bildung der elektrischen Anlage erreicht wird, da anhand der Stromlaufplanobj ekte des Stromlaufplanes die Simulationsob¬ jekte ausgesucht werden. Somit stellt das erzeugte Simulati¬ onsmodell ein genaues Abbild der Elektrik dar.
Eine Vereinfachung des beschriebenen Verfahrens wird dadurch erreicht, dass der Stromlaufplan in Form einer Datei, insbe¬ sondere einer XML-Datei bereitgestellt wird und aus der Datei automatisch das Simulationsmodell erstellt wird. Die Simulationsobjekte können auf einfache Weise den Strom¬ laufplanobjekten zugeordnet werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Simulationsobjekte in einer Bibliothek des Entwurfsprogramms abgelegt sind und mit den Stromlaufplanob- jekten des Elektro-CAD Entwurfsprogramms gekoppelt sind. So¬ mit kann durch einen einfachen Zugriff auf die Bibliothek des Elektro-CAD Entwurfsprogramms das einem Stromlaufplanobj ekt entsprechende Simulationsobjekt für die Erstellung des Simu¬ lationsmodells und die Durchführung der Simulation der Elekt- rik der elektrischen Anlage ausgewählt werden.
Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass eine Anpassung des Simulationsmodells an ver¬ schiedene Anforderungen der Simulation auf einfache Weise möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass für ein Strom¬ laufplanobjekt wenigstens zwei unterschiedliche Simulations¬ objekte vorliegen. Die Simulationsobjekte unterscheiden sich in den Eigenschaften, insbesondere in der Genauigkeit der Abbildung einer Funktion und/oder einer Eigenschaft der Kompo- nente . Abhängig von einem Auswahlparameter wird eines der zwei Simulationsobjekte zur Verwendung bei der Erstellung des Simulationsmodells ausgewählt.
In einer weiteren Ausführungsform stellen die Stromlaufplan- Objekte elektrische Komponenten beispielsweise einen Schal¬ ter, ein Relais, einen Aktuator, einen elektrischen Motor und/oder eine elektrische Leitung der elektrischen Anlage dar. Durch die Abbildung der einzelnen Stromlaufplanobj ekte der elektrischen Anlage in dem Simulationsprogramm ist eine genaue Simulierung der Eigenschaften und Funktionen der elektrischen Anlage möglich.
Für eine einfache Überprüfung der korrekten Auswahl und/oder Zuordnung der Stromlaufplanobj ekte und der Simulationsobjekte sind die Stromlaufplanobj ekte und die Simulationsobjekte we¬ nigstens teilweise gleich bezeichnet. In einer weiteren Ausführung weist das Simulationsprogramm ein mechanisches Simulationsprogramm auf, das eine mechanische Funktion einer mechanischen Komponente des mechatroni- schen Systems simuliert. Somit kann eine Simulation der elektrischen Anlage und der mechanischen Komponenten durchgeführt werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann auf einfache Weise aus einem Elektro-CAD Stromlaufplan einer elektrischen Anlage ein Simulationsmodell für die elektrische Anlage erstellt wer¬ den .
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Simulationsplan für das Simulationsmodell mit graphischen Darstellungen der Simulationsobjekte dargestellt, wobei die Simulationsobjekte dabei an gleichen oder wenigstens ähnlichen Stelle angezeigt werden wie die Stromlaufplanobj ekte auf dem Stromlaufplan . Auf diese Weise ist ein einfacher Abgleich bzw. Vergleich der Pläne möglich.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung Programme zum automatischen Erstellen eines Simulationsmo- dells anhand eines Stromlaufplans .
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein me- chatronisches System. Fig. 3 zeigt schematisch eine Steuerung, die an ein Simulationsprogramm angeschlossen ist. Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein System zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Fig. 1 .
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Datenspeicher mit einem Computerprogrammprodukt.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau eines Systems zur automatischen Generierung eines Simulationsmodells anhand von Stromlaufplänen, d.h. die Elektronik und Elektrik einer elektrischen Anlage. Ein Simulationsmodell ist die konkrete Implementierung als Programm, Skript, oder Block-Diagramm eines Vorstellungs- , Steuerungs-oder Wissensmodells für einen Computer oder Simulator, wobei der Computer bzw. der Simulator mithilfe des Simulationsmodells ein Simu- lationsprogramm erstellen und ablaufen lassen kann.
Es ist ein Werkzeug 100 in Form eines Softwareprogramms vor¬ gesehen, das ein Elektro-CAD-Modul 110 aufweist. Das Elektro- CAD-Modul 110 besitzt eine graphische Benutzeroberfläche (GUI) 120 und eine erste Bibliothek 14 für Stromlaufplanob- jekte 16 von elektrischen Komponenten. Das Elektro-CAD Programm 110 ist als objektorientiertes Programm ausgebildet, wobei durch Auswahl von Stromlaufplanobj ekten 16 aus der ersten Bibliothek 14 und durch Verknüpfung der Stromlaufplanob- jekte 16 ein Stromlaufplan 27 der elektrischen Komponenten der elektrischen Anlage eines mechatronischen Systems erstellt werden kann. Stromlaufplanobj ekte 16 bilden elektri¬ sche Komponenten und deren Schnittstellen ab. Die elektrischen Komponenten können jede Art von elektrischer Komponente einer elektrischen Anlage des mechatronischen Systems sein. Insbesondere können die Komponenten beispielsweise Schalter, Relais, Aktuatoren, elektrische Motoren und/oder elektrische Leitungen sein.
Eine Bedienperson wählt einzelne Stromlaufplanobj ekte 16 aus der ersten Bibliothek 14 aus und zieht die ausgewählten Stromlaufplanobj ekte 16 in ein Fenster 130 der GUI 120 bei¬ spielsweise über drag and drop. Die im Fenster 130 abgelegten Stromlaufplanobj ekte 16 werden automatisch nach abgelegten Regeln zu einem Stromlaufplan 27 verbunden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Art und Weise der Verbindung auch durch die Bedienperson festgelegt werden.
Zudem weist das Werkzeug 100 eine zweite Bibliothek 15 auf. In der zweiten Bibliothek 15 sind für elektrische Komponenten jeweils ein Stromlaufplanobj ekt 16 und wenigstens ein Simula¬ tionsobjekt 17 abgelegt. Die Zuordnung erfolgt derart, dass für jede Komponente ein sogenanntes Stammobjekt 140 exis¬ tiert. Das Stammobjekt ist ein Container, in dem alle Modelle gesammelt werden, die eine Komponente beschreiben . Zu jedem Stammobjekt 140 sind mehrere Unterobjekte wie z.B. ein Strom¬ laufplanobjekt 16 und zwei Simulationsobjekte 17 abgelegt sind. Die Stromlaufplanobj ekte 16 der ersten Bibliothek 14 entsprechen den Stromlaufplanobj ekten 16 der zweiten Bibliothek 15. So gibt es beispielsweise ein Stammobjekt „Motor". Im Container Stammobjekt „Motor" findet man sowohl das Stromlaufplanobjekt „Motor" wie auch die Simulationsobjekte.
Die erste Bibliothek 14 ist eine Art Filter auf die zweite Bibliothek 15, die nur die Stromlaufplanobj ekte anzeigt.
Die Simulationsobjekte 17 stellen Beschreibungen der Eigenschaften und/oder elektrischen und mechanischen Funktionen der Komponenten der elektrischen Anlage dar, die den Stromlaufplanobjekten entsprechen. Mit den Simulationsobjekten ist eine Erstellung eines Simulationsmodells und eine Simulierung der elektrischen und/oder mechanischen Funktion der Komponenten möglich. Unter einer elektrischen Eigenschaft wird z. B. ein elektrischer Widerstand, ein Stromverbrauch usw. verstanden. Unter elektrische/mechanische Funktion wird z. B. ein zeitliches Verhalten eines Schaltvorgangs eines Schalters oder eines Relais, eine Bewegung eines Aktuators oder eines Motors verstanden.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch nur ein oder mehr Simulationsobjekte 17 für ein Stammobjekt 140 und damit für ein Stromlaufplanobj ekt 16 in der zweiten Bib- liothek 15 vorgesehen sein. Die wenigstens zwei Simulations¬ objekte 17 unterscheiden sich in den Eigenschaften, insbesondere in der Genauigkeit der Simulation einer Funktion
und/oder einer Eigenschaft der elektrischen Komponente. Die Funktion oder Eigenschaft kann eine Schaltgeschwindigkeit ei¬ nes Schalters oder Relais, ein Stromverbrauch oder eine Bewe¬ gung, insbesondere eine Geschwindigkeit eines Aktuators oder Motors sein. Ist mehr als ein Simulationsobjekt 17 für eine Komponente, d.h. für ein Stromlaufplanobj ekt 16 vorgesehen, dann wird durch Vorgabe eines Auswahlparameters festgelegt, welches der Simulationsobjekte 17 dem Stromlaufplanobj ekt 16 für die Erstellung des Simulationsmodells zugeordnet wird. Beispielsweise kann in einem Fall eine schnelle und weniger genaue Simulation und im anderen Fall eine sehr genaue Simu- lation gewünscht sein, deren Berechnung länger dauern darf.
Ein fertig gestellter Stromlaufplan 27 wird in Form einer lesbaren Datei 150, beispielsweise in Form einer XML-Datei 150 exportiert. Die XML-Datei 150 wird von einem Anwendungs- programm 160 verarbeitet. Das Anwendungsprogramm 160 überprüft, welche Stromlaufplanobj ekte 16 in der XML-Datei 150 enthalten sind. Zudem ermittelt das Anwendungsprogramm 160, über welche Schnittstellen die Stromlaufplanobj ekte 16 mit¬ einander verbunden sind. Dies wird automatisch von dem Anwen- dungsprogramm 160 durchgeführt.
Das Anwendungsprogramm 160 sucht für jedes Stromlaufplanob- jekt 16 der XML-Datei 150 das zugehörige Simulationsobjekt 17 aus der zweiten Bibliothek 15. Sind für ein Stromlaufplanob- jekt mehrere Simulationsobjekte in der zweiten Bibliothek 15 abgelegt, so wird über einen Auswahlparameter festgelegt, welches Simulationsobjekt dem Stromlaufplanobj ekt zugeordnet wird. Abhängig von dem vorgegebenen oder von der Bedienperson eingestellten Auswahlparameter wird eines der mehreren Simu- lationsobj ekte zur Erstellung des Simulationsmodells ausge¬ wählt . Das Anwendungsprogramm 160 konvertiert die ausgewählten Simulationsobjekte und deren Verbindungen gemäß den Schnittstel¬ len der Stromlaufplanobj ekte 16 der Datei 150 zu einem Simu¬ lationsmodell 165. Das Simulationsmodell 165 wird einem Simu- lationswerkzeug 170 übergeben. Das Simulationswerkzeug 170 weist einen Simulator 180 auf, der unter Verwendung des Simulationsmodells 165 ein entsprechendes elektrisches Simulati¬ onsprogramm 185 für die elektrische Anlage ausführt. Das Simulationswerkzeug 170 weist in dem dargestellten Aus¬ führungsbeispiel ein Programm 270 auf, mit dem einmalig für jedes Stromlaufplanobj ekt 16 des Elektro-CAD-Moduls 110 we¬ nigstens ein Simulationsobjekt 17 erstellt wird. Abhängig von der gewählten Ausführungsform werden wenigstens zwei Simula- tionsobjekte 17 für eine Stromlaufplanobj ekt 16 erzeugt, die sich in der Qualität der Simulation der Komponente unterschieden, die das Stromlaufplanobj ekt darstellt.
Die in 270 erzeugten Simulationsobjekte 17 werden in einer dritten Bibliothek 190 verwaltet und beispielsweise in einer Festplatte 210 abgespeichert. Jedem Stammobjekt 140 in der zweiten Bibliothek 15 wird einmalig wenigstens ein Simulati¬ onsobjekt 17 von der Festplatte 210 zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt manuell kann aber auch automatisch über Namenskonven- tionen erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform holt sich das Werkzeug 100 wenigstens zwei Simulationsobjekte 17 für ein Stromlaufplanobj ekt 16.
Das Werkzeug 100 hat eine Funktionalität, die es erlaubt, zu jedem Stromlaufplanobj ekt in der Elektro-CAD-Bibliothek den Pfad zum zugehörigen Simulationsobjekt zu verwalten. Die Zu¬ ordnung zwischen dem Simulationsobjekt und dem Stromlaufplan- objekt, d.h. der Aufbau der zweiten Bibliothek 15 erfolgt einmalig manuell durch die Bedienperson.
Wird nun ein Stromlaufplan 27 für eine konkrete elektrische Anlage erstellt, so zeichnet die Bedienperson des Elektro- CAD-Werkzeuges den Stromlaufplan in seiner gewohnten Art und Weise. Das Elektro-CAD Werkzeug weiß im Hintergrund, welches Simulationsobjekt 17 zu welchem Stromlaufplanobj ekt 16 ge¬ hört. Der Stromlaufplan 27 wird wie gewohnt gezeichnet. Der Stromlaufplan kann mehrere Seiten umfassen. Wenn der Strom- laufplan 27 fertig ist und das Simulationsmodell 165 erzeugt werden soll, dann werden die einzelnen Seiten des Stromlaufplans in eine Datei 150 exportiert. Die lesbare Datei 150 wird geparst, d.h. durchgesehen, welche Stromlaufplanobj ekte auf welcher Stromlaufplanseite vorkommen. Für jedes Strom- laufplanobj ekt wird das zugehörige Simulationsobjekt in eine Zuordnungsdatei geschrieben. Das gilt auch für die Stromlauf- planobjekte, die Kabel darstellen, die die Verknüpfungen zw. den Simulationsobjekten darstellen. Daraufhin erfolgt die Übersetzung der Zuordnungsdatei in das Simulationsmodell 165. Nun soll das Simulationsmodell generiert werden: Man wählt den Auswahlparameter der zu erzeugenden Qualität für das gesamte Simulationsmodell: 1 (genau) , 2 (mittel), 3 (grob) usw. Je nach gewähltem Parameter wird nun für jede Komponente das Simulationsobjekt vom Typ 1, 2,... gewählt.
Durch das beschriebene Verfahren entspricht die exportierte Datei genau der Version des Stromlaufplans der elektrischen Komponenten des mechatronischen Systems. Mithilfe des beschriebenen Verfahrens wird automatisch aus einem Stromlauf- plan ein Simulationsmodell für ein Simulationsprogramm erstellt. Das Simulationsprogramm kann beispielsweise dazu ein¬ gesetzt werden, um eine virtuelle Inbetriebnahme eines me¬ chatronischen Systems durchzuführen, wie im Folgenden erläutert wird. Das Simulationsprogramm kann aber auch für andere Anwendungen eingesetzt werden.
Die Programme und Bibliotheken können auf einem Computersys¬ tem oder auch auf mehreren Computersystemen ablaufen. Insbesondere können das Werkzeug 100 und das Simulationswerkzeug 170 auf verschiedenen Computersystemen ablaufen.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung den schematischen Aufbau eines mechatronischen Systems. Das mechatroni- sehe System (z.B. eine Werkzeugmaschine oder eine Produkti¬ onsmaschine) umfasst eine Steuerung 1 (z.B. SPS), eine elekt¬ rische Anlage 6 mit elektrischen und/oder elektronischen Komponenten 3 und eine Mechanik 5, d.h. mechanische Komponenten. In dem dargestellten Beispiel steht eine Steuerung 1 über eine erste Schnittstelle 2 mit elektrischen Komponenten 3 in Verbindung. Die elektrischen Komponenten 3 der Anlage 6 stehen über eine weitere Schnittstelle 4 mit den mechanischen Komponenten der Mechanik 5 in Verbindung. Über die erste Schnittstelle 2 gibt die Steuerung 1 Steuerparameter an die elektrischen Komponenten 3. Zudem erhält die Steuerung 1 über die erste Schnittstelle Zustandsparameter der elektrischen Komponenten und/oder der mechanischen Komponenten 5. Die elektrischen Komponenten 3 weisen beispielsweise Aktuato- ren und/oder Sensoren auf. Die Aktuatoren dienen dazu, um die mechanische Komponenten 5 zu bewegen. Die Sensoren dienen dazu, um einen Zustand der elektrischen Komponenten 3 oder der mechanischen Komponenten 5 zu erfassen und an die Steuerung 1 zurückzumelden. Die elektrischen Komponenten dienen zur Übersetzung der Steuerparameter der Steuerung 1 in eine entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren. Zudem dienen Sensoren dazu, um einen Zustand der Komponenten und Aktuatoren zurück an die Steuerung 1 zu melden.
Die mechanische Komponente 5 setzt Bewegungsparameter der elektrischen Komponenten 3 um. Zudem werden von der mechanischen Komponente 5 über Sensoren entsprechende Zustandspara¬ meter der mechanischen Komponente 5 an die elektrische Anlage 6 und/oder an die Steuerung 1 übergeben.
Die mechanische Komponente 5 stellt beispielsweise die Mecha¬ nik einer Werkzeugmaschine dar, mit der ein Werkstück bewegt und/oder bearbeitet wird. Zudem verfügt die mechanische Kom- ponente 5 über Sensoren, die einen Zustand des Werkstückes bzw. der mechanischen Komponente erfassen und an die Anlage 6 und/oder die Steuerung 1 zurückmelden. Figur 3 zeigt eine Steuerung 1 mit einem Simulationsmodell 30 für die elektrischen Komponenten 3 der elektrischen Anlage 6 und die mechanischen Komponenten der Mechanik 5 des mechatro- nischen Systems der Figur 5.
Dazu wird für die elektrischen Komponenten 3 mit den entsprechenden Anteilen der ersten und der zweiten Schnittstelle 2, 4 anhand des in Figur 1 beschriebenen Verfahrens unter Verwendung der Stromlaufplane ein elektrisches Simulationspro- gramm 22 erstellt, mit dem elektrische und mechanische Funk¬ tionen der elektrischen Komponenten 3 simuliert werden.
Für die mechanische Komponente 5 und den entsprechenden An¬ teil der zweiten Schnittstelle 4 wird ein mechanisches Simu- lationsprogramm 21 verwendet bzw. erstellt, mit dem elektrische und mechanische Funktionen der Komponente 5 simuliert werden. Dabei werden die Geometrie und die Bewegungsachsen der Komponente 5, die Generierung der Sensorsignale und das Verhalten von Aktuatoren simuliert.
Mit Hilfe des in Figur 3 gezeigten Aufbaus kann eine virtuel¬ le Inbetriebnahme eines mechatronischen Systems durchgeführt werden. Die Steuerung 1 ist mit dem Simulationsprogramm 30 verbunden, wobei das Simulationsprogramm 30 ein elektrisches Simulationsprogramm 22 für die elektrischen Komponenten und ein mechanisches Simulationsprogramm 21 für die Mechanik aufweist, die ebenfalls miteinander kommunizieren.
Mithilfe des Simulationsprogramms 30 kann z.B. die Funktions- weise der Steuerung 1 getestet werden, insbesondere kann eine virtuelle Inbetriebnahme eines mechatronischen Systems ausge¬ führt werden.
Ein Testen der Steuerung 1 kann beispielsweise folgende
Schritte umfassen. Die Steuerung 1 gibt an das Simulationsmo¬ dell 30 einen Steuerparameter. Das Simulationsmodell 30 be¬ rechnet aufgrund des zugeführten Steuerparameters ein virtu¬ elles Verhalten des mechatronischen Systems. Dabei werden ein Zustand der elektrischen Komponente 3 und/oder der elektrischen Anlage 6 und/oder ein Zustand der mechanischen Komponente 5 simuliert. Der Zustandsparameter für die elektrische Anlage 6 und/oder ein Zustandsparameter der mechanischen Komponente 5 wird von dem elektrischen Simulationsprogramm bzw. vom mechanischen Simulationsprogramm berechnet und an die Steuerung 1 ausgegeben. Anhand des und/oder der ausgegebenen Zustandsparameter kann überprüft werden, ob die Steuerung 1 und/oder die mechanischen und elektrischen Komponenten erwartungsgemäß funktionieren. Durch das beschriebene Verfahren können einzelne Verfahrensabschnitte einer virtuellen Inbetriebnahme überprüft werden. Mithilfe des beschriebenen Systems ist es möglich, komplexe Inbetriebnahmeverfahren virtuell mithilfe eines Si¬ mulationsprogramms durchzuführen. Aufgrund der einfachen Ge¬ nerierung des elektrischen Simulationsprogramms ist eine ein¬ fache und kostengünstige Simulierung des mechatronischen Sys¬ tems möglich.
Abhängig von einem Auswahlparameter, der beispielsweise durch eine Bedienperson festgelegt wird, wird ein erstes oder ein zweites Simulationsobjekt für die Simulierung der Eigenschaft und/oder der Funktion einer elektrischen Komponente verwen- det. Auf diese Weise kann durch Eingabe oder Vorgabe eines entsprechenden Auswahlparameters die Genauigkeit der Simula¬ tion beeinflusst werden. Damit kann abhängig von der gewünschten Überprüfung beispielsweise nur eine Abschätzung der Funktionsweise der elektrischen Anlage und/oder des mechatro- nischen Systems durchgeführt werden oder eine präzise Simu¬ lierung der Funktionsweise der elektrischen Anlage durchge¬ führt werden.
Beispielsweise kann die Ladung einer Zwischenkreisspannung für einen elektrischen Antrieb auf diese Weise überprüft wer¬ den. Dabei wird beispielsweise von der Steuerung 1 ein Steu¬ erparameter zur Aktivierung eines Schützrelais an das Simula¬ tionsprogramm übergeben. Daraufhin wird von dem Simulations- Programm die Funktion der elektrischen Anlage 6 simuliert, wodurch beispielsweise eine Netzspannung an einer Klemme ei¬ nes Smartline-Moduls angelegt wird. Das Schützrelais meldet die durchgeführte Aktion entsprechend an die Steuerung 1 zu- rück. Daraufhin kann von der Steuerung 1 ein Zwischenkreis geladen werden. Die Ladung des Zwischenkreises wird daraufhin mithilfe eines Sensors der elektrischen Anlage 6 erfasst und wiederum an die Steuerung 1 zurückgemeldet. Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Computersystem zur Durchführung der beschriebenen Verfahren. Ein erster Computer 10 ist mit einem Bildschirm 11 verbunden. Zudem ist eine Eingabeeinheit 12 an den ersten Computer 10 ange¬ schlossen. Der Computer 10 weist einen Speicher 13 auf, in dem die erste Bibliothek 14 für Stromlaufplanobj ekte 16 des
Elektro-CAD Entwurfsprogramm abgelegt ist. Die Stromlaufplan- objekte 16 repräsentieren die elektrische Komponenten 3 einer elektrischen Anlage 6 eines mechatronischen Systems. Zudem ist die zweite Bibliothek 15 im Speicher 13 abgelegt. In der zweiten Bibliothek 15 sind für die Stromlaufplanobj ekte 16 der ersten Bibliothek 14 entsprechende Simulationsobjekte 17 abgelegt. Zudem sind im Speicher 13 die Programme der Figur 1 abgespeichert und der Computer 10 ist ausgebildet, um die an Hand von Figur 1 beschriebenen Programme auszuführen.
Zur Überprüfung eines Steuerprogramms einer Steuerung 1 z.B. im Rahmen der Inbetriebnahme eines mechatronischen Systems wird die Steuerung 1 an den ersten Computer 10 angeschlossen. Die Steuerung 1 führt das Steuerprogramm aus und übergibt die entsprechenden Steuerparameter an den ersten Computer 10. Der erste Computer 10 simuliert mithilfe des mechanischen und des elektrischen Simulationsprogramms 21, 22 die Funktionsweise der Anlage 6 und der Mechanik 5 des mechatronischen Systems und gibt entsprechende Zustandsparameter auf dem Bildschirm 11 aus oder gibt diese an die Steuerung 1 aus. Aufgrund der zurückgemeldeten Zustandsparameter kann z.B. eine Bedienperson eine korrekte Inbetriebnahme des mechatronischen Systems überprüfen. Dazu sind entsprechende Vergleichswerte für die Zustandsparameter z.B. in einem Speicher des ersten Computers 10 abgelegt.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Simulationsplan für das Simulationsprogramm mit graphischen Darstellungen der Simulationsobjekte schematisch auf dem ersten Bildschirm dargestellt. Die graphischen Darstellungen der Simulationsobjekte werden dabei an gleichen oder wenigstens ähnlichen Stellen angezeigt wie die Stromlaufplanobj ekte auf dem Stromlaufplan . Zudem können für eine Überprüfung auf einem Bildschirm in zwei Fenstern nebeneinander der Stromlaufplan mit den Stromlaufplanobjekten und der Simulationsplan mit den grafischen Darstellungen der Simulationsobjekte dargestellt werden. Auf diese Weise ist ein einfacher Abgleich bzw. Vergleich der Pläne möglich.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung einen computerlesbaren Datenspeicher 25 mit einer Datei 19. Zudem können auf dem Datenspeicher 25 ein Computerprogramm mit Programmco- demittel 26 abgespeichert sein, mit denen ein Verfahren gemäß der beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit eines Computers aus¬ geführt wird. Grundsätzliche Überlegungen zu dem beschriebenen Verfahren:
Um ein auf der Steuerung der realen Anlage ablaufendes Steue¬ rungsprogramm mit der virtuellen Inbetriebnahme testen zu können, sollten keine Änderungen am Steuerungsprogramm vorgenommen werden. Wie beschrieben, kommuniziert die Steuerung über elektrische/elektronische Komponenten mit der Mechanik, d.h. mit den mechanischen Komponenten. Ziel des beschriebenen Verfahrens ist eine automatische Generierung des Verhaltens¬ modells der elektrischen/elektronischen Komponenten. Dieses kann die Wirkkette angefangen von den Sensorsignalen bis hin zum davon abgeleiteten Abbild der Steuerungseingangssignale und dann wieder die Wirkkette von den Steuerungsausgangssig¬ nalen bis hin zu den Signalen, die das Verhalten der Aktoren beschreibt umfassen. Das Verhalten der Steuerung bzw. die Lo- gik zwischen Steuerungsein- und -ausgängen ist ausgenommen, da hier die reale Steuerung in das virtuelle Inbetriebnahme¬ modell integriert wird. Dieser Wirkzusammenhang der elektrischen/elektronischen Komponenten ist vollständig in den
Stromlaufplanen dokumentiert.
Eine Idee besteht nun darin, das für die virtuelle Inbetrieb¬ nahme benötigte Teilmodell der elektrischen/elektronischen Komponenten durch Umsetzung der im Elektro-CAD vorliegenden statischen Stromlaufplane in simulierbare Stromlaufplane zu gewinnen. Die Übersetzung soll automatisch durchgeführt werden. Voraussetzung ist, dass die Stromlaufplane im zugehörigen Elektro-CAD Werkzeug in einer objektorientierten Form vorliegen, sodass auf die einzelnen Elemente der Stromlauf- plane als einzelne Objekte, sogenannte Stromlaufplanobj ekte zugegriffen werden kann. In diesem Fall werden die statischen Stromlaufplane 1:1 in simulierbare Stromlaufplane übersetzt, d.h. zu jedem Stromlaufplanobj ekt auf dem Stromlaufplan gibt es ein zugehöriges Simulationsobjekt. Bei der automatischen Modellgenerierung wird das Stromlaufplanobj ekt durch das Si¬ mulationsobjekt ersetzt und die Verbindung zwischen den Simu¬ lationsobjekten automatisch aus der Verkabelung, wie im
Stromlaufplan dargestellt, erzeugt. Die Simulationsobjekte werden in ein Simulationsprogramm umgewandelt, in die zugehö- rige Simulationssoftware geladen und dort ausgeführt. Die Schritte hierzu im Einzelnen sind:
1. Modellierung der Simulationsobjekte zu den Stromlaufplan- objekten: Wie oben beschrieben, wird der Stromlaufplan 1:1 übersetzt, d.h. für jedes Objekt auf dem Stromlaufplan muss es mindestens ein Simulationsobjekt geben. Dieses beschreibt das Verhalten der Komponente in der Simulation. Mindestens ein Simulationsobjekt bedeutet, dass es für ein Stromlauf¬ planobjekt auch mehrere Simulationsmodelle geben kann. Diese unterscheiden sich im Detaillierungsgrad. Für die virtuelle Inbetriebnahme ist es beispielsweise ausreichend, das Anfah¬ ren eines ungeregelten Motors durch eine Rampe zu simulieren. Es können aber auch weitere Motormodelle hinterlegt sein, die das Hochlaufen des Motors exakter beschreiben. Jedem Simulationsmodell wird eine Klassifizierung, z.B. vereinfacht, de¬ tailliert zugeordnet, sodass in einem Konfigurationsfile für die automatische Modellgenerierung das zu verwendende Modell eindeutig ausgewählt werden kann. Jedes Simulationsobjekt muss Schnittstellen enthalten, über die die Simulationskomponente mit anderen Simulationskomponenten verbunden werden kann. Die Modellbildung der Simulationsobjekte wird bei der Einführung der Methode einmalig durchlaufen. Zudem wird die Modellbildung der Simulationsobjekte erneut durchlaufen, wenn ein neues Stromlaufplanobj ekt hinzukommt.
Modellierung der Schnittstellen zwischen elektrisch/elektronischem Teilmodell und Steuerung sowie Teilmo- dell der Mechanik:
Wie eingangs beschrieben, ist das elektrische/elektronische Modell das Bindeglied zwischen der Steuerung und der Mecha¬ nik. Die Schnittstelle zwischen Steuerung und elekt¬ risch/elektronischem Simulationsmodell sind die Ein- und Aus- gangssignale der Steuerung. Auf der Steuerungsseite sind die Ein- und Ausgangssignale beispielsweise in Form einer Symbol¬ tabelle dokumentiert. Auf Seite der Stromlaufplane finden sich die Ein- und Ausgangssignale in Form von grafischen Symbolen wieder. Die Bezeichnungen zwischen den Ein- und Aus- gangssignalen in der Symboltabelle und auf den Stromlaufpla¬ nen können identisch sein. Daher kann eine Applikation geschrieben werden, die aus den beiden Modellen die benötigten Informationen ausliest und die Schnittstelle automatisch an¬ legt. Die Schnittstelle zum mechanischen Teilmodell sind die Aktor- und Sensorsignale. Die Kopplung erfolgt, indem das
Verhaltensmodell der Stromlaufplane bezüglich der Aktoren Be¬ wegungsinformationen in Form von Weg- oder Winkelangaben an das mechanische Teilmodell schickt und bezüglich der Sensor¬ signale analoge oder binäre Werte empfängt. In den zu den Sensoren und Aktoren zugehörigen Simulationskomponenten sind entsprechende Schnittstellen vorgesehen. Zur Identifizierung der Schnittstelle sollte die Bezeichnung der Komponente aus dem Stromlaufplan verwendet werden, da auf mechanischer Seite (im 3D CAD) meist keine Bezeichnungen existieren.
Zuordnung der Simulationskomponente zum Stromlaufplanobj ekt : Bezüglich automatischer Modellgenerierung ist es von Vorteil, einem Stromlaufplanobj ekt aus der Bibliothek des Elektro-CAD Werkzeugs eindeutig die zugehörigen Simulationsobjekte ein¬ schließlich oben genannter Klassifizierung zugeordnet werden können. Dies ist z.B. mit dem Werkzeug Simatic Automation De- signer von Siemens möglich. Die Zuordnung vom Simulationsobjekt zum Elektro-CAD Stromlaufplanobj ekt ist wiederum ein einmaliger Prozess.
Die folgenden Prozessschritte beschreiben die Prozessschrit- te, die bezüglich der automatischen Generierung im Rahmen der Projektarbeit bei jedem Projekt durchlaufen werden:
Export der Stromlaufplane :
Hier werden die Stromlaufplane aus dem Elektro-CAD Werkzeug in ein lesbares Format, z.B. XML exportiert. Das generierte Simulationsmodell der Stromlaufplane soll soweit als möglich mit den ursprünglichen Stromlaufplanen identisch sein. Somit findet man sich im Simulationsmodell leichter zurecht und zu¬ dem wird die Fehlersuche erleichtert. Folgende Informationen sollten daher in der exportierten Datei vorliegen: Anzahl der Pläne, Plannamen, Anzahl und Positionierung der Objekte auf den Plänen, Benennung der Objekte auf den Plänen und Verknüpfung der Stromlaufplanobj ekte untereinander.
Konvertierung der statischen Elektro-CAD Stromlaufpläne ins Simulationsprogramm:
Die exportierten Stromlaufpläne werden von einem Konverter in simulierbare Stromlaufpläne d. h. ein elektrisches Simulati¬ onsprogramm übersetzt. Bei diesem Schritt wird für jeden Stromlaufplan ein Simulationsplan angelegt. Dann werden Plan für Plan die Objekte auf dem Stromlaufplan durch die Simulationsobjekte ersetzt. Dies geschieht unter Berücksichtigung der eingestellten Klassifizierung im Initialisierungsfile des Konverters. Die Positionierung der Simulationsobjekte auf dem Simulationsplan erfolgt zunächst an derselben Position im Bildschirm wie auf dem Stromlaufplan . Da die Abmessungen der grafischen Darstellung der Simulationsobjekte auf dem Plan des Simulationsprogramms in der Regel nicht mit den Abmessun- gen des zugehörigen Symbols im Elektro-CAD Stromlaufplan übereinstimmen, wird geprüft, ob sich die grafischen Elemente auf dem Simulationsplan überdecken. In diesem Fall wird durch Aufaddieren eines Offsets auf die Position der Simulationsob¬ jekte sichergestellt, dass sich diese nicht überdecken. Zu- letzt werden die Verknüpfungen zwischen den einzelnen Simulationsobjekten generiert. Diese entsprechen den Kabelverbindungen auf dem Stromlaufplan .
Zur Modellierung des virtuellen Inbetriebnahmemodells kommen kommerzielle Simulationswerkzeuge zum Einsatz. Die zugehöri¬ gen Simulationsprogramme müssen heute händisch aufgebaut wer¬ den. Der hierfür erforderliche Personalaufwand schreckt zahl¬ reiche Firmen ab, die virtuelle Inbetriebnahme als festen Be¬ standteil in ihren Entwicklungsprozess zu integrieren - mit der Folge, dass auch weniger Softwarelizenzen verkauft werden. Durch die beschriebene Methode der automatischen Modell- generierung kann der Personalaufwand für die Erstellung des elektrisch/elektronischen Teilmodells zu null reduziert werden .
Die Modellbildung erfolgt meist parallel zum eigentlichen Entwicklungsprozess. Das heißt für die Modellbildung besorgt sich der Simulationsingenieur den aktuellen Entwicklungsstand. Diese der Modellbildung zugrunde liegenden Artefakte werden während der Modellbildung nicht eingefroren, im Gegenteil, sie unterliegen weiterhin Änderungen. Ein Problem der manuellen Modellbildung besteht daher darin, das Simulationsmodell und die Entwicklungsdaten konsistent zu halten. Auch dieses Problem kann durch die automatische Modellgenerierung beseitigt werden. Für die automatische Modellgenerierung werden die existierenden Artefakte herangezogen. Somit ist Konsistenz zwischen Entwicklungsdaten und Simulationsmodell sichergestellt . Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so is die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche / Patent Claims
1. Verfahren zum Erstellen eines Simulationsmodells für eine elektrische Anlage, wobei ein Stromlaufplan für die elektrische Anlage vorhanden ist, wobei der Strom¬ laufplan aus Stromlaufplanobj ekten aufgebaut ist, wobei die Stromlaufplanobj ekte elektrische Komponenten darstel¬ len, wobei der Stromlaufplan durch ein Programm überprüft wird, wobei die Stromlaufplanobj ekte des Stromlaufplans und deren Verknüpfungen ermittelt werden, wobei für jedes ermittelte Stromlaufplanobj ekt automatisch wenigstens ein Simulationsobjekt aus einer Bibliothek ausgewählt wird, wobei die ausgewählten Simulationsobjekte mit der Informa¬ tion, welches Stromlaufplanobj ekt mit welchem wie ver- knüpft ist, automatisch in ein Simulationsmodell übersetzt werden .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Simulationsmodell in eine Simulationssoftware eingelesen wird, und wo- bei die Simulationssoftware mit dem Simulationsmodell die elektrischen Komponenten der elektrischen Anlage simuliert .
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Stromlaufplan mit den Stromlaufplanobj ekten in Form einer Datei, insbesondere einer XML-Datei für eine Gene¬ rierung des Simulationsmodells bereitgestellt wird, und wobei anhand der Datei das Simulationsmodell erstellt wird .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für ein Stromlaufplanobj ekt wenigstens zwei Simula¬ tionsobjekte abgespeichert sind, wobei die zwei Simulati¬ onsobjekte sich in einer Qualität der Simulation des
Stromlaufplanobj ektes unterscheiden, und wobei zur Erstel¬ lung des Simulationsmodells abhängig von einem Auswahlpa¬ rameter eines der zwei Simulationsobjekte für ein Strom¬ laufplanobjekt ausgewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei sich die wenigstens zwei Simulationsobjekte eines Stromlaufplanobj ektes in Eigenschaften, insbesondere in der Genauigkeit der Si- mulation einer Funktion und/oder einer Eigenschaft des
Stromlaufplanobj ektes unterscheiden .
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Stromlaufplanobj ekt einen Schalter, ein Relais, einen Aktuator, einen elektrischen Motor und/oder eine elektrische Leitung der elektrischen Anlage darstellt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromlaufplan in einem Elektro-CAD Entwurfsprogramm erstellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Simulationsprogramm ein elektrisches Simulati¬ onsprogramm aufweist, das Funktionen der elektrischen An- läge simuliert, wobei das Simulationsprogramm wenigstens eine erste Schnittstelle zur Aufnahme eines Steuerwertes einer Steuerung und zur Abgabe eines simulierten Zustands- wertes der elektrischen Anlage an die Steuerung aufweist, wobei das Simulationsprogramm ein mechanisches Simulati- onsprogramm aufweist, wobei das elektrische und das mecha¬ nische Simulationsprogramm über eine zweite Schnittstelle miteinander verbunden sind, das eine Funktion einer mechanischen Komponente der Anlage simuliert, wobei das mecha¬ nische Simulationsprogramm eine Schnittstelle zur Aufnahme einer zweiten Steuergröße vom Simulationsprogramm und zur
Abgabe eines zweiten Zustandswertes an das Simulationspro¬ gramm aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Simulationsplan für das Simulationsmodell mit graphischen Darstellungen der Simulationsobjekte auf einem Plan dargestellt wird, wobei die graphischen Darstellungen der Simulationsobjekte an gleichen oder wenigstens ähnli- chen Stellen des Simulationsplanes angezeigt wie die
Stromlaufplanobj ekte auf dem Stromlaufplan .
10. Computer (10) und einem Speicher (13), wobei der Computer (10) ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
11. Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen,
wenn das Computerprogramm (26) auf einer Recheneinheit eines Computers (10) abläuft.
12. Datenspeicher (25) mit einem Computerprogramm mit Programmcodemitteln (26), das ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit eines Computers abläuft.
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