DE102015200300A1

DE102015200300A1 - Method for simulating a machine

Info

Publication number: DE102015200300A1
Application number: DE102015200300.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hofmann; Nils Menager; Thomas Gabler; Sebastian Stuermer; Sebastian Krauskopf; Lars Mikelsons
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2016-07-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Simulieren einer Maschine (200), wobei in einer nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit (300) eine Simulation (310) der Maschine (200) durchgeführt wird, eine Steuereinheit (100) über ein nicht-echtzeitfähiges Kommunikationssystem (301) mit der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit (300) verbunden ist, wobei in der Steuereinheit (100) ein Steuerungsprogramm (110) umfassend Steuerungsprogrammschritte zum Steuern der Maschine (200) ausgeführt wird, wobei, wenn eine Auslösebedingung erfüllt ist (322), von der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit (300) ein Auslösesignal ausgegeben wird (323) und das Auslösesignal von der Steuereinheit (100) empfangen wird und wobei auf das empfangene Auslösesignal hin wenigstens ein Steuerungsprogrammschritt (112) des Steuerungsprogramms (110) in der Steuereinheit (100) ausgeführt wird.The invention relates to a method for simulating a machine (200), wherein a simulation (310) of the machine (200) is performed in a non-real-time computing unit (300), a control unit (100) via a non-real-time communication system (301). is connected to the non-real-time computing unit (300), wherein in the control unit (100) a control program (110) comprising control program steps for controlling the machine (200) is executed, wherein if a trigger condition is met (322) of the not real-time processing unit (300) a trigger signal is output (323) and the trigger signal from the control unit (100) is received and wherein on the received trigger signal at least one control program step (112) of the control program (110) in the control unit (100) is executed ,

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Simulieren einer Maschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Steuereinheit sowie eine entsprechende Steuereinheit zum Steuern einer Maschine und eine Recheneinheit zum Simulieren einer Maschine. The present invention relates to a method for simulating a machine and a method for operating a control unit, and to a corresponding control unit for controlling a machine and to a computing unit for simulating a machine.

Stand der Technik State of the art

Im Zuge einer sogenannter "Hardware in the Loop"-Simulationen (HiL) kann eine Simulation einer Maschine oder Anlage durchgeführt werden. Eine reale Maschine kann dabei in einer echtzeitfähigen Recheneinheit nachgebildet bzw. simuliert werden. Eine reale Komponente der Maschine kann mit dieser echtzeitfähigen Simulation bzw. mit der entsprechenden Recheneinheit in Kommunikationsverbindung stehen. Zumeist sind diese Komponenten steuerungs- oder regelungstechnische Komponente, insbesondere Steuereinheiten zur Steuerung der Maschine wie beispielsweise eine Computerized Numerical Control (CNC), eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder eine Motion-Logic-Steuerung. In the course of a so-called "Hardware in the Loop" (HiL) simulation, a simulation of a machine or plant can be performed. A real machine can be simulated or simulated in a real-time-capable arithmetic unit. A real component of the machine can be in communication with this real-time simulation or with the corresponding arithmetic unit. In most cases, these components are control or control component, in particular control units for controlling the machine such as a computerized numerical control (CNC), a programmable logic controller (PLC) or a motion logic controller.

Auf diese Weise kann die Steuereinheit sowie die Interaktion zwischen Steuereinheit und Maschine beispielsweise bereits in einem Herstellungsprozess oder im Zuge der Forschungs- und Entwicklungsphase getestet oder konfiguriert werden, ohne dass die komplette Maschine montiert und in Betrieb genommen werden muss. In this way, the control unit and the interaction between the control unit and the machine, for example, already in a manufacturing process or during the research and development phase can be tested or configured without the entire machine must be assembled and put into operation.

Um derartige Tests realitätsnah und aussagekräftig zu gestalten, muss gewährleistet sein, dass die Steuereinheit mit der Simulation bzw. mit der Recheneinheit Daten austauschen und Daten verarbeiten kann, als wäre die Steuereinheit mit der realen Maschine verbunden. Zu diesem Zweck muss die Steuereinheit bisher über ein echtzeitfähiges Kommunikationssystem mit der echtzeitfähigen Recheneinheit verbunden werden, beispielsweise über einen zweckmäßigen echtzeitfähigen Feldbus wie Sercos, Profibus oder Profinet. Im regulären Betrieb ist die reale Maschine zumeist ebenfalls über einen derartigen Feldbus mit der Steuereinheit verbunden. In order to make such tests realistic and meaningful, it must be ensured that the control unit can exchange data with the simulation or with the arithmetic unit and process data as if the control unit were connected to the real machine. For this purpose, the control unit has hitherto had to be connected to the real-time-capable arithmetic unit via a real-time-capable communication system, for example via a suitable real-time capable fieldbus such as Sercos, Profibus or Profinet. In regular operation, the real machine is usually also connected via such a fieldbus to the control unit.

Echtzeitfähige Recheneinheiten stellen jedoch einen hohen Kostenfaktor dar. Des Weiteren ist es mit großem Aufwand verbunden, eine Simulation der Maschine in Echtzeit zu erstellen und durchzuführen. Es ist wünschenswert, "Hardware in the Loop"-Simulationen zu verbessern und auf kostengünstige und aufwandsarme Weise durchzuführen zu können. However, real-time computing units represent a high cost factor. Furthermore, it is associated with great effort to create a simulation of the machine in real time and perform. It is desirable to be able to improve hardware-in-the-loop simulations and perform them in a cost-effective and low-effort manner.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Simulieren einer Maschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Steuereinheit sowie eine entsprechende Steuereinheit zum Steuern einer Maschine und eine Recheneinheit zum Simulieren einer Maschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a method for simulating a machine and a method for operating a control unit as well as a corresponding control unit for controlling a machine and a computing unit for simulating a machine with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

In einer nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit wird eine Simulation einer Maschine durchgeführt. Diese Simulation wird insbesondere nicht in Echtzeit durchgeführt. In a non-real-time computing unit, a simulation of a machine is performed. In particular, this simulation is not performed in real time.

Eine Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Maschine zu steuern. Zu diesem Zweck wird insbesondere ein zweckmäßiges Steuerungsprogramm zum Steuern der Maschine umfassend Steuerungsprogrammschritte in der Steuereinheit ausgeführt. Die Steuereinheit ist insbesondere echtzeitfähig. Bevorzugt ist die Steuereinheit als eine Motion-Logic-Steuerung, eine CNC-Steuerung und/oder eine SPS-Steuerung ausgebildet. A control unit is set up to control the machine. For this purpose, in particular, a suitable control program for controlling the machine comprising control program steps is executed in the control unit. The control unit is in particular real-time capable. Preferably, the control unit is designed as a motion-logic controller, a CNC controller and / or a PLC controller.

Die Steuereinheit ist über ein nicht-echtzeitfähiges Kommunikationssystem mit der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit verbunden. Über das nicht-echtzeitfähige Kommunikationssystem können Daten zwischen der Steuereinheit und der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit ausgetauscht werden. Bevorzugt ist das nicht-echtzeitfähige Kommunikationssystem als eine LAN-Verbindung und/oder eine Ethernet-Verbindung ausgebildet. The control unit is connected via a non-real-time communication system to the non-real-time processing unit. Data can be exchanged between the control unit and the non-real-time-capable arithmetic unit via the non-real-time capable communication system. The non-real-time-capable communication system is preferably designed as a LAN connection and / or an Ethernet connection.

Durch die Simulation der Maschine in der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit sowie durch die mit der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit verbundene Steuereinheit wird insbesondere eine "Hardware in the Loop"-Simulation durchgeführt. The simulation of the machine in the non-real-time-capable arithmetic unit and by the control unit connected to the non-real-time-capable arithmetic unit, in particular, implements a hardware-in-the-loop simulation.

Unter einer derartigen echtzeitfähigen Steuereinheit sowie unter einer echtzeitfähigen Recheneinheit und einem echtzeitfähigen Kommunikationssystem sind insbesondere Echtzeitsysteme zu verstehen, die sich dadurch auszeichnen, dass Rechenoperationen (z.B. Prozess, Tasks, Anwendungen, usw.) derart ausgeführt werden, dass eine Echtzeitbedingung erfüllt ist, d.h. dass ein Ergebnis einer Rechenoperation innerhalb eines definierten Zeitintervalls garantiert berechnet ist, also vor einer bestimmten Zeitschranke vorliegt. Diese Rechenoperationen werden garantiert innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls vollständig ausgeführt. Weiterhin ist ein Determinismus bzw. eine Vorhersagbarkeit der Rechenoperationen gegeben. Such a real-time capable control unit as well as a real-time-capable arithmetic unit and a real-time capable communication system are in particular real-time systems characterized by the fact that arithmetic operations (e.g., process, tasks, applications, etc.) are carried out in such a way that a real-time condition is satisfied, i. that a result of an arithmetic operation is guaranteed calculated within a defined time interval, ie before a certain time limit exists. These arithmetic operations are guaranteed to be completed within the given time interval. Furthermore, a determinism or predictability of the arithmetic operations is given.

Insbesondere erfüllt ein derartiges Echtzeitsystem die nach der Norm DIN 44300 definierte Echtzeitbedingung. Demgemäß sind insbesondere Programme zur Verarbeitung anfallender Daten ständig betriebsbereit, derart, dass die Ergebnisse dieser Verarbeitungen innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verfügbar sind. Die Daten können je nach Anwendungsfall nach einer zeitlich zufälligen Verteilung oder zu vorherbestimmten Zeitpunkten anfallen. In particular, such a real-time system meets the requirements of Standard DIN 44300 defined real-time condition. Accordingly, in particular programs for processing accumulating data are constantly ready for operation, such that the results of this Processing is available within a predetermined period of time. Depending on the application, the data may be generated randomly or at predetermined times.

Unter einem nicht-echtzeitfähigen Kommunikationssystem und einer nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit sind demgemäß Systeme zu verstehen, welche eine derartige Echtzeitbedingung nicht erfüllen. In derartigen Systemen kann insbesondere nicht gewährleistet werden, dass ein Ergebnis einer Rechenoperation innerhalb eines definierten Zeitintervalls garantiert berechnet ist. A non-real-time-capable communication system and a non-real-time-capable arithmetic unit are accordingly to be understood as systems which do not fulfill such a real-time condition. In particular, it can not be guaranteed in such systems that a result of an arithmetic operation is guaranteed to be calculated within a defined time interval.

Erfindungsgemäß wird, wenn eine Auslösebedingung erfüllt ist, von der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit ein Auslösesignal ausgegeben. Dieses Auslösesignal wird von der Steuereinheit empfangen. Auf das empfangene Auslösesignal hin wird wenigstens ein Steuerungsprogrammschritt des Steuerungsprogramms in der Steuereinheit ausgeführt. Insbesondere wird die Steuereinheit dabei in einem ersten Betriebsmodus betrieben. According to the invention, when a trigger condition is met, issued by the non-real-time computing unit, a trigger signal. This trigger signal is received by the control unit. In response to the received trigger signal, at least one control program step of the control program is executed in the control unit. In particular, the control unit is operated in a first operating mode.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde eine Möglichkeit gefunden, um eine "Hardware in the Loop"-Simulationen mit einer nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit, wie beispielsweise einem herkömmlichen PC, und einem nicht-echtzeitfähigen Kommunikationssystem realitätsnah, aussagekräftig und effektiv durchführen zu können. Within the scope of the invention, a possibility has been found to be able to realistically, meaningfully and effectively carry out a "hardware in the loop" simulation with a non-real-time-capable arithmetic unit, such as a conventional PC, and a non-real-time capable communication system.

Wie eingangs erläutert, wird in herkömmlichen "Hardware in the Loop"-Simulationen eine Simulation einer Maschine zumeist in einer echtzeitfähigen Recheneinheit durchgeführt. Die echtzeitfähige Steuereinheit ist dabei insbesondere über ein echtzeitfähiges Kommunikationssystem mit dieser echtzeitfähigen Recheneinheit verbunden, zumeist über einen echtzeitfähigen Feldbus, wie Sercos, Profibus oder Profinet. As explained above, in conventional hardware-in-the-loop simulations, a simulation of a machine is usually carried out in a real-time-capable arithmetic unit. The real-time capable control unit is connected in particular via a real-time communication system with this real-time capable arithmetic unit, usually via a real-time fieldbus, such as Sercos, Profibus or Profinet.

In derartigen herkömmlichen "Hardware in the Loop"-Simulationen ist ein fester Echtzeit-Zeittakt vorgegeben, beispielsweise in Form von äquidistanten Zeitintervallen. Dieser Echtzeit-Zeittakt wird von einem Taktgeber vorgegeben, insbesondere entspricht dieser Echtzeit-Zeittakt einer Zykluszeit des Feldbuses. Alternativ oder zusätzlich kann der Echtzeit-Zeittakt auch von einem Hardware-Zeitgeber in der Steuereinheit vorgegeben werden. Getriggert von diesem Echtzeit-Zeittakt werden Steuerungsprogrammschritte, z.B. Rechenoperationen des Steuerungsprogramms, in der Steuereinheit durchgeführt. In such conventional "hardware in the loop" simulations, a fixed real-time clock is predetermined, for example in the form of equidistant time intervals. This real time clock is specified by a clock, in particular, this real time clock corresponds to a cycle time of the fieldbus. Alternatively or additionally, the real-time clock can also be preset by a hardware timer in the control unit. Triggered by this real-time clock, control program steps, e.g. Arithmetic operations of the control program, performed in the control unit.

Getriggert von diesem Echtzeit-Zeittakt werden auch in konstanten Steuerungs-Zeitschritten Daten von der Simulation bzw. der echtzeitfähigen Recheneinheit an die Steuereinheit als Eingabedaten übermittelt. Diese Eingabedaten werden in der Steuereinheit im Zuge spezieller Steuerungsprogrammschritte verarbeitet, wobei Ausgabedaten erzeugt werden. Diese Ausgabedaten werden wiederum von der Steuereinheit an die Simulation bzw. die echtzeitfähige Recheneinheit übermittelt. Somit wird herkömmlicherweise gewährleistet, dass die Eingabedaten rechtzeitig gemäß dem vorgegebenen Echtzeit-Takt vorhanden sind und rechtzeitig an die Steuereinheit übermittelt werden und dass weiterhin die Ausgabedaten als Ergebnisse der speziellen Rechenoperationen rechtzeitig vorliegen und rechtzeitig an die Simulation bzw. die echtzeitfähige Recheneinheit übermittelt werden. Ein- und Ausgabedaten bzw. Simulation und Steuerungseinheit werden somit synchronisiert. Somit wird gewährleistet, dass eine entsprechende Echtzeitbedingung erfüllt ist. Triggered by this real-time clock, data from the simulation or the real-time-capable arithmetic unit are transmitted to the control unit as input data even in constant control time steps. These input data are processed in the control unit in the course of special control program steps, whereby output data is generated. These output data are in turn transmitted by the control unit to the simulation or the real-time capable arithmetic unit. Thus, it is conventionally ensured that the input data are present in a timely manner according to the predetermined real-time clock and are transmitted in good time to the control unit and that, furthermore, the output data are available in good time as results of the special arithmetic operations and transmitted in good time to the simulation or the real-time-capable arithmetic unit. Input and output data or simulation and control unit are thus synchronized. This ensures that a corresponding real-time condition is fulfilled.

In herkömmlichen "Hardware in the Loop"-Simulationen ist es nicht oder zumindest kaum möglich, die Simulation in einer nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit durchzuführen. In conventional hardware-in-the-loop simulations, it is not or at least hardly possible to carry out the simulation in a non-real-time-capable arithmetic unit.

Ebenfalls ist es dabei auch nicht möglich, die Steuereinheit über ein nicht-echtzeitfähiges Kommunikationssystem an die Recheneinheit anzubinden. In nicht-echtzeitfähigen Recheneinheiten, wie einem herkömmlichen PC, kann die Ausführung einer Rechenoperation jederzeit unterbrochen werden, um eine andere Rechenoperation mit einer höheren Priorität durchzuführen. Diese möglichen Unterbrechungen stellen ein nicht vorhersehbares, nicht deterministisches Verhalten dar. Somit kann bei der Verwendung von nicht-echtzeitfähigen Recheneinheiten in herkömmlichen "Hardware in the Loop"-Simulationen nicht gewährleistet werden, dass Ein- und Ausgabedaten jeweils rechtzeitig vorhanden sind. Insbesondere kann nicht gewährleistet werden, dass von der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit sämtliche Eingabedaten rechtzeitig an die Steuereinheit übermittelt werden, bevor die Steuereinheit mit der Verarbeitung dieser Eingabedaten beginnt. Ein- und Ausgabedaten bzw. Simulation und Steuerungseinheit können somit nicht synchronisiert werden. Es kann nicht gewährleistet werden, dass eine Echtzeitbedingung erfüllt ist. Likewise, it is also not possible to connect the control unit via a non-real-time capable communication system to the computing unit. In non-real-time computing units, such as a conventional PC, the execution of an arithmetic operation can be interrupted at any time to perform another arithmetic operation with a higher priority. These possible interruptions represent an unpredictable, non-deterministic behavior. Thus, when using non-real-time-capable arithmetic units in conventional "hardware in the loop" simulations, it can not be guaranteed that input and output data will always be available in good time. In particular, it can not be ensured that all input data are transmitted in good time to the control unit by the non-real-time-capable arithmetic unit before the control unit starts to process this input data. Input and output data or simulation and control unit can thus not be synchronized. It can not be guaranteed that a real-time condition is met.

Durch die Erfindung wird es ermöglicht, in derartigen Fällen dennoch Ein- und Ausgabedaten bzw. Simulation und Steuerungseinheit zu synchronisieren, auch ohne eine echtzeitfähige Recheneinheit und ohne ein echtzeitfähiges Kommunikationssystem. Zu diesem Zweck wird die Steuereinheit insbesondere in dem ersten Betriebsmodus betrieben. The invention makes it possible to synchronize input and output data or simulation and control unit in such cases, even without a real-time-capable arithmetic unit and without a real-time capable communication system. For this purpose, the control unit is operated in particular in the first operating mode.

Durch das Auslösesignal, welches von der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit ausgegeben wird, wenn die Auslösebedingung erfüllt ist, wird von der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit insbesondere eine externe Taktung bzw. eine künstliche, simulierte Taktung an die Steuereinheit vorgegeben. Die internen Datenverarbeitungsschritte bzw. Rechenoperationen in der Steuereinheit werden in dem ersten Betriebsmodus somit durch die nicht-echtzeitfähige Recheneinheit bzw. durch die Simulation kontrolliert ausgeführt, getriggert bzw. angestoßen. The triggering signal which is output by the non-real-time-capable arithmetic unit when the triggering condition is met is used by the non-real-time-capable arithmetic unit in particular an external clocking or an artificial, simulated clocking to the control unit specified. In the first operating mode, the internal data processing steps or arithmetic operations in the control unit are thus executed, triggered or triggered in a controlled manner by the non-real-time-capable arithmetic unit or by the simulation.

Auf das empfangene Auslösesignal hin werden im Zuge der Steuerungsprogrammschritte z.B. Eingabedaten von der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit über das nicht-echtzeitfähige Kommunikationssystem an die Steuereinheit übermittelt. Diese Eingabedaten werden weiter insbesondere in der Steuereinheit im Zuge weiterer Steuerungsprogrammschritte, z.B. im Zuge von Rechenoperationen, verarbeitet. Weiter insbesondere werden dabei in der Steuereinheit als weitere Steuerungsprogrammschritte Ausgabedaten erzeugt und diese Ausgabedaten werden von der Steuereinheit über das nicht-echtzeitfähige Kommunikationssystem an die nicht-echtzeitfähige Recheneinheit übermittelt. In response to the received trigger signal, in the course of the control program steps, e.g. Input data from the non-real-time computing unit via the non-real-time communication system transmitted to the control unit. This input data is further processed, in particular in the control unit in the course of further control program steps, e.g. in the course of arithmetic operations, processed. Further, in particular, output data are generated in the control unit as further control program steps, and these output data are transmitted by the control unit via the non-real-time capable communication system to the non-real-time-capable arithmetic unit.

Derartige Eingabedaten werden insbesondere im Zuge der Simulation in der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit bestimmt. Insbesondere werden Sensordaten von Sensoren der Maschine als derartige Eingabedaten im Zuge der Simulation bestimmt. Diese simulierten Sensordaten können analog zu realen Sensordaten einer realen Maschine in der Steuereinheit bearbeiten werden. Im Zuge dieser Bearbeitungen werden in der Steuereinheit insbesondere Ansteuerdaten für Aktuatoren als Ausgabedaten erzeugt. Anhand dieser Ansteuerdaten wird die Simulation weitergeführt. Die Steuereinheit steuert die simulierte Maschine analog zu der realen Maschine an. Such input data are determined in particular in the course of the simulation in the non-real-time-capable arithmetic unit. In particular, sensor data from sensors of the machine are determined as such input data in the course of the simulation. These simulated sensor data can be processed analogously to real sensor data of a real machine in the control unit. In the course of these processing, in particular control data for actuators are generated as output data in the control unit. Based on this control data, the simulation is continued. The control unit controls the simulated machine analogously to the real machine.

Die Auslösebedingung wird insbesondere derart gewählt, dass eine Synchronisation zwischen Ein- und Ausgabedaten bzw. Simulation und Steuerungseinheit ermöglicht wird. Durch zweckmäßige Wahl der Auslösebedingung wird insbesondere gewährleistet, dass stets sämtliche Eingabedaten, die zur Verarbeitung in der Steuereinheit benötigt werden, komplett von der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit an die Steuereinheit übertragen werden. Somit wird insbesondere in der Steuereinheit erst dann mit der Verarbeitung der entsprechenden Eingabedaten begonnen, wenn sämtliche benötigten Eingabedaten vorliegen. Weiterhin wird somit insbesondere gewährleitet, dass stets sämtliche Ausgabedaten bzw. Ergebnisse der Rechenoperationen der Steuereinheit stets komplett an die nicht-echtzeitfähige Recheneinheit übermittelt werden. Somit ist es nicht notwendig, dass Ergebnisse von Rechenoperationen in der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit, die insbesondere im Zuge der Simulation durchgeführt werden, garantiert innerhalb eines definierten Zeitintervalls vorliegen. The trigger condition is chosen in particular such that a synchronization between input and output data or simulation and control unit is made possible. By suitably selecting the triggering condition, it is ensured, in particular, that all input data required for processing in the control unit are always transmitted completely from the non-real-time-capable arithmetic unit to the control unit. Thus, in particular in the control unit, the processing of the corresponding input data is started only when all the required input data is available. Furthermore, it is thus ensured, in particular, that always all output data or results of the arithmetic operations of the control unit are always transmitted completely to the non-real-time-capable arithmetic unit. Thus, it is not necessary for results of arithmetic operations in the non-real-time-capable arithmetic unit, which are carried out in particular in the course of the simulation, to be guaranteed within a defined time interval.

Die Auslösebedingung ist nicht notwendigerweise stets in äquidistanten Zeitintervallen erfüllt. Übertragung und Verarbeitung von Ein- bzw. Ausgabedaten erfolgt somit zwar nicht in äquidistanten Zeitintervallen, aber es werden stets sämtliche Ein- bzw. Ausgabedaten komplett übertragen bzw. in der Steuereinheit verarbeitet. Somit wird ein Echtzeitverhalten der "Hardware in the Loop"-Simulation simuliert bzw. nachgestellt. Ein Echtzeitverhalten wird dabei insbesondere nicht dahingehend nachgestellt, dass sämtliche Ergebnisse von Rechenoperationen zu festen Zeitintervallen bzw. Zeitschranken vorliegen, sondern insbesondere dahingehend, dass stets sämtliche benötigten Daten komplett zwischen nicht-echtzeitfähiger Recheneinheit und Steuereinheit übertragen werden. The trigger condition is not necessarily always met at equidistant time intervals. Although transmission and processing of input and output data is thus not carried out at equidistant time intervals, all input and output data are always completely transmitted or processed in the control unit. Thus, a real-time behavior of the "hardware in the loop" simulation is simulated or adjusted. A real-time behavior is in particular not adjusted to the effect that all results of arithmetic operations are available at fixed time intervals or time limits, but in particular to the effect that all necessary data is always transmitted completely between non-real-time-capable arithmetic unit and control unit.

Dadurch, dass die Recheneinheit und somit die Simulation nicht echtzeitfähig ist, können die Komplexität bzw. der Umfang der Simulation und des Modells beliebig vergrößert werden. Weiterhin kann der Aufwand für die Simulationsdurchführung so einfach wie möglich gehalten werden. Die Simulation bzw. das entsprechende theoretische Modell der Maschine können auf einfache, unkomplizierte Weise erweitert und/oder verändert werden. Somit kann die Interaktion zwischen Steuereinheit und Maschine realitätsnah nachgestellt und repräsentativ getestet werden. Due to the fact that the arithmetic unit and thus the simulation is not real-time capable, the complexity or scope of the simulation and the model can be arbitrarily increased. Furthermore, the effort for the simulation implementation can be kept as simple as possible. The simulation or the corresponding theoretical model of the machine can be expanded and / or changed in a simple, uncomplicated way. Thus, the interaction between control unit and machine can be realistically adjusted and tested representatively.

Durch die Erfindung können Kosten und Aufwand für die Durchführung einer "Hardware in the Loop"-Simulation erheblich reduziert werden. Durch die Erfindung werden keine kostspieligen echtzeitfähigen Recheneinheiten bzw. Kommunikationssysteme für die "Hardware in the Loop"-Simulation benötigt. Stattdessen können preisgünstige Recheneinheiten wie herkömmliche Computer verwendet werden. Weiterhin kann ein preisgünstiges, herkömmliches Kommunikationssystem wie eine Ethernet- und/oder LAN-Verbindung verwendet werden. The invention can significantly reduce the cost and complexity of performing a "hardware in the loop" simulation. The invention does not require costly real-time computation units or communication systems for the "hardware in the loop" simulation. Instead, low-cost computing units can be used, like conventional computers. Furthermore, a low-cost, conventional communication system such as an Ethernet and / or LAN connection can be used.

Die Erfindung eignet sich beispielsweise für eine virtuelle Inbetriebnahme der Maschine. Im Zuge dessen kann die Steuereinheit bereits für den späteren regulären Betrieb mit der realen Maschine getestet und konfiguriert werden, ohne dass die Maschine tatsächlich montiert und in Betrieb genommen werden muss. Weiterhin eignet sich die Erfindung insbesondere für Optimierungen und Weiterentwicklungen der Maschine. Beispielsweise können dabei potentielle Verbesserungen ohne Gefahren für die Maschine und für Mitarbeiter getestet werden. Weiterhin können Mitarbeiter für den Umgang mit der Steuereinheit und der Maschine geschult werden. Weiterhin eignet sich die Erfindung für vorbeugende Wartungen der Steuereinheit sowie der Maschine. The invention is suitable, for example, for virtual commissioning of the machine. In the course of this, the control unit can already be tested and configured for later regular operation with the real machine, without the machine actually having to be mounted and put into operation. Furthermore, the invention is particularly suitable for optimizations and further developments of the machine. For example, potential improvements without dangers for the machine and for employees can be tested. Furthermore, employees can be trained for handling the control unit and the machine. Furthermore, the invention is suitable for preventive maintenance of the control unit and the machine.

Vorteilhafterweise ist die Auslösebedingung erfüllt, wenn spezielle Daten in der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit vorliegen, die im Zuge der Simulation der Maschine bestimmt werden. Insbesondere sind darunter Daten bzw. Eingabedaten zu verstehen, die in der Steuereinheit zur Verarbeitung bzw. zum Durchführen spezieller Rechenoperationen benötigt werden. Weiter insbesondere sind darunter Daten bzw. Eingabedaten zu verstehen, die in einer herkömmlichen "Hardware in the Loop"-Simulation mit echtzeitfähiger Recheneinheit und echtzeitfähigem Kommunikationssystem durch den Echtzeit-Zeittakt getriggert von der Recheneinheit an die Steuereinheit übermittelt werden. Advantageously, the triggering condition is fulfilled when special data in the non-specific Real-time computing unit available, which are determined in the course of the simulation of the machine. In particular, this includes data or input data that is required in the control unit for processing or performing special arithmetic operations. In particular, this includes data or input data that are transmitted in a conventional hardware-in-the-loop simulation with a real-time-capable arithmetic unit and real-time communication system triggered by the real-time clock from the arithmetic unit to the control unit.

Somit ist es nicht notwendig, dass Daten in der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit garantiert innerhalb eines definierten Zeitintervalls vorliegen. Es stellt somit kein Problem dar, wenn Rechenoperationen in der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit, die im Zuge der Simulation der Maschine durchgeführt werden, zu Gunsten anderer Rechenoperation mit einer höheren Priorität unterbrochen werden. Trotz des nicht vorhersehbaren, nicht deterministischen Verhaltens der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit kann somit dennoch gewährleistet werden, dass Ein- und Ausgabedaten synchronisiert werden und stets komplett zwischen nicht-echtzeitfähiger Recheneinheit und Steuereinheit übermittelt werden. Thus, it is not necessary for data in the non-real-time computing unit to be guaranteed within a defined time interval. Thus, it does not present a problem when arithmetic operations in the non-real-time arithmetic unit, which are performed in the course of the simulation of the machine, are interrupted in favor of other arithmetic operation with a higher priority. Despite the unpredictable, non-deterministic behavior of the non-real-time-capable arithmetic unit, it can nevertheless be ensured that input and output data are synchronized and always transmitted completely between non-real-time-capable arithmetic unit and control unit.

Vorzugsweise ist die Auslösebedingung erfüllt, wenn in der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit spezielle Simulationsschritte der Simulation der Maschine durchgeführt werden bzw. wenn diese speziellen Simulationsschritte erfolgreich und vollständig ausgeführt wurden. Insbesondere werden im Zuge dieser speziellen Simulationsschritte spezielle Rechenoperationen durchgeführt, beispielsweise werden unterschiedliche Differentialgleichungen (numerisch) gelöst. Insbesondere werden im Zuge dieser Simulationsschritte entsprechende Daten bzw. Eingabedaten für die Steuereinheit erzeugt und/oder Ausgabedaten von der Steuereinheit werden im Zuge dieser Simulationsschritte verarbeitet. The triggering condition is preferably fulfilled if special simulation steps of the simulation of the machine are carried out in the non-real-time-capable arithmetic unit or if these special simulation steps have been carried out successfully and completely. In particular, special arithmetic operations are performed in the course of these special simulation steps, for example, different differential equations (numerically) are solved. In particular, corresponding data or input data for the control unit are generated in the course of these simulation steps and / or output data from the control unit are processed in the course of these simulation steps.

Bevorzugt werden auf das ausgegebene Auslösesignal hin einer oder mehrere der folgenden Steuerungsprogrammschritte durchgeführt: Vorzugsweise werden Sensordaten von der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit über das nicht-echtzeitfähige Kommunikationssystem an die Steuereinheit übermittelt. Diese Sensordaten werden bevorzugt im Zuge der Simulation in der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit bestimmt. Im Zuge der Bearbeitung der Daten in der Steuereinheit werden diese Sensordaten vorzugsweise ausgewertet. Bevorzugt werden Ist-Werte von Messgrößen bestimmt. Insbesondere werden diese Ist-Werte im Zuge der Auswertung der entsprechenden Sensordaten bestimmt. Beispielsweise werden Achspositionen oder Spannungswerte als Ist-Werte bestimmt. Weiter bevorzugt werden Soll-Werte für eine Ansteuerung von Komponenten der Maschine bestimmt. Insbesondere werden diese Soll-Werte in Abhängigkeit von den bestimmten Ist-Werten im Zuge einer Regelung oder Steuerung bestimmt. Vorzugsweise werden Ansteuerdaten für Aktuatoren bestimmt. Insbesondere werden diese Ansteuerdaten im Zuge der Regelung oder Steuerung in Abhängigkeit von den bestimmten Soll-Werten bestimmt. Diese Ansteuerdaten werden als Ergebnisse der Bearbeitung der Daten in der Steuereinheit bevorzugt von der Steuereinheit über das nicht-echtzeitfähige Kommunikationssystem an die nicht-echtzeitfähige Recheneinheit übermittelt. Preferably, one or more of the following control program steps are performed on the output trigger signal: Preferably, sensor data are transmitted from the non-real-time-capable arithmetic unit to the control unit via the non-real-time capable communication system. These sensor data are preferably determined in the course of the simulation in the non-real-time-capable arithmetic unit. In the course of processing the data in the control unit, these sensor data are preferably evaluated. Preferably, actual values of measured variables are determined. In particular, these actual values are determined in the course of the evaluation of the corresponding sensor data. For example, axis positions or voltage values are determined as actual values. Further preferably, setpoint values are determined for triggering components of the machine. In particular, these desired values are determined as a function of the determined actual values in the course of a control or regulation. Preferably, drive data for actuators are determined. In particular, these control data are determined in the course of control or regulation as a function of the determined desired values. These control data are preferably transmitted by the control unit via the non-real-time-capable communication system to the non-real-time-capable arithmetic unit as results of the processing of the data in the control unit.

Vorzugsweise werden auf das ausgegebene Auslösesignal hin Daten in der Steuereinheit gemäß einem vorgegebenen Zyklus bearbeitet. Unterschiedliche Bearbeitungen bzw. Bearbeitungsschritte werden dabei insbesondere synchron zu spezifischen Zyklen begonnen und ausgeführt. Auf diese Weise wird es ermöglicht, komplexe Abläufe der Steuereinheit zu simulieren. Preferably, in response to the issued trigger signal, data in the control unit is processed according to a predetermined cycle. Different processing or processing steps are started and executed in particular synchronously with specific cycles. In this way it is possible to simulate complex operations of the control unit.

Alternativ oder zusätzlich werden auf das ausgegebene Auslösesignal hin Daten in der Steuereinheit bevorzugt konsekutiv nacheinander bearbeitet. Auf diese Weise können komplexe und zeitintensive Abläufe der Steuereinheit schneller durchgeführt werden und Ergebnisse dieser Bearbeitungen können schneller an die nicht-echtzeitfähige Recheneinheit bzw. an die Simulation übermittelt werden. Alternatively or additionally, data in the control unit are preferably consecutively processed consecutively on the issued trigger signal. In this way, complex and time-consuming operations of the control unit can be performed faster and results of these edits can be transmitted faster to the non-real-time processing unit or to the simulation.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Steuereinheit und eine entsprechende Steuereinheit zum Steuern einer Maschine sowie eine Recheneinheit zum Simulieren der Maschine. Ausgestaltungen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Steuereinheit sowie dieser erfindungsgemäßen Steuereinheit und Recheneinheit ergeben sich aus der obigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Simulieren einer Maschine in analoger Art und Weise. The invention further relates to a method for operating a control unit and a corresponding control unit for controlling a machine and to a computing unit for simulating the machine. Embodiments of this method according to the invention for operating a control unit and this control unit and arithmetic unit according to the invention will become apparent from the above description of the method according to the invention for simulating a machine in an analogous manner.

In der Steuereinheit wird ein Steuerungsprogramm umfassend Steuerungsprogrammschritte zum Steuern der Maschine ausgeführt. In einem ersten Betriebsmodus, insbesondere in einem Simulationsbetriebsmodus, wird in der Steuereinheit wenigstens ein Steuerungsprogrammschritt des Steuerungsprogramms ausgeführt, wenn von der Steuereinheit ein Auslösesignal empfangen wird. Insbesondere wird das Auslösesignal über eine zweckmäßige Schnittstelle empfangen. Das Auslösesignal wird dabei insbesondere von einer externen Recheneinheit ausgegeben. Insbesondere wird die Steuereinheit in diesem ersten Betriebsmodus analog zu obiger Beschreibungen betrieben. In the control unit, a control program comprising control program steps for controlling the machine is executed. In a first operating mode, in particular in a simulation operating mode, at least one control program step of the control program is executed in the control unit when a triggering signal is received from the control unit. In particular, the trigger signal is received via a convenient interface. The trigger signal is output in particular by an external computing unit. In particular, the control unit is operated in this first operating mode analogous to the above descriptions.

Wie oben erläutert, wird in dem ersten Betriebsmodus durch das Auslösesignal insbesondere eine externe Taktung an die Steuereinheit vorgegeben. Die internen Steuerprogrammschritte in der Steuereinheit werden in dem ersten Betriebsmodus durch diese externe Taktung kontrolliert ausgeführt, getriggert bzw. angestoßen. As explained above, in the first operating mode by the trigger signal in particular an external clock to the control unit specified. The internal control program steps in the control unit are executed in the first mode of operation controlled by this external timing, triggered or triggered.

Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, in dem ersten Betriebsmodus über eine zweckmäßige Schnittstelle mittels eines nicht-echtzeitfähigen Kommunikationssystems mit einer nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit verbunden zu werden und mit dieser Recheneinheit zu kommunizieren. Auf der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit wird insbesondere eine Simulation der Maschine gemäß obiger Beschreibung durchgeführt. Die simulierte Maschine wird dann von der Steuereinheit gesteuert. Advantageously, the control unit is adapted to be connected in the first operating mode via a convenient interface by means of a non-real-time communication system with a non-real-time computing unit and to communicate with this arithmetic unit. In particular, a simulation of the machine according to the above description is performed on the non-real-time-capable arithmetic unit. The simulated machine is then controlled by the control unit.

Die Steuereinheit kann vorteilhafterweise weiterhin in einem zweiten Betriebsmodus, insbesondere in einem regulären Betriebsmodus, betrieben werden. In diesem zweiten Betriebsmodus arbeitet die Steuereinheit nach Maßgabe einer Echtzeit-Taktung. Wenigstens ein Steuerungsprogrammschritt wird dabei in der Steuereinheit nach Maßgabe eines Echtzeit-Zeittakts ausgeführt. Dieser Echtzeit-Zeittakt wird vorzugsweise von einer Takteinheit in der Steuereinheit selbst erzeugt. Im Gegensatz zu dem ersten Betriebsmodus wird die Steuereinheit in diesem zweiten Betriebsmodus somit intern und nicht extern getaktet. The control unit can advantageously continue to be operated in a second operating mode, in particular in a regular operating mode. In this second operating mode, the control unit operates in accordance with a real-time clocking. At least one control program step is executed in the control unit in accordance with a real-time clock. This real time clock is preferably generated by a clock unit in the control unit itself. In contrast to the first operating mode, the control unit is therefore internally and not externally clocked in this second operating mode.

Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, in diesem zweiten Betriebsmodus über eine dieselbe oder eine andere zweckmäßige Schnittstelle mit der (realen) Maschine verbunden zu werden. Insbesondere wird die Steuereinheit in dem zweiten Betriebsmodus mittels eines echtzeitfähigen Kommunikationssystems mit der Maschine verbunden. Die reale Maschine wird dann von der Steuereinheit gesteuert. The control unit is preferably set up to be connected to the (real) machine via a same or another suitable interface in this second operating mode. In particular, the control unit is connected to the machine in the second operating mode by means of a real-time capable communication system. The real machine is then controlled by the control unit.

Die Steuereinheit kann somit je nach Anwendungsfall durch den Echtzeit-Zeittakt oder extern durch das Auslösesignal getaktet werden. Insbesondere kann auf schnelle und unkomplizierte Weise zwischen den Betriebsmodi gewechselt werden, je nachdem womit die Steuereinheit verbunden wird. Insbesondere wird, wenn die Steuereinheit in dem ersten Betriebsmodus betrieben wird, der Echtzeit-Zeittakt deaktiviert. Weiter insbesondere wird die entsprechende Takteinheit in der Steuereinheit deaktiviert. The control unit can thus be clocked depending on the application by the real-time clock or externally by the trigger signal. In particular, can be changed in a quick and easy way between the operating modes, depending on what the control unit is connected. In particular, when the controller is operating in the first mode of operation, the real time clock is disabled. In particular, the corresponding clock unit is deactivated in the control unit.

Insbesondere kann die Steuereinheit über dieselbe oder eine andere Schnittstelle mit der nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit oder mit der Maschine verbunden werden, über welche auch das Auslösesignal empfangen werden kann. Insbesondere kann die Schnittstelle entsprechend konfiguriert werden, um zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus zu wechseln. Insbesondere kann die Schnittstelle entsprechend konfiguriert werden, um im ersten Betriebsmodus den Echtzeit-Zeittakt bzw. die entsprechende Takteinheit zu deaktivieren. Weiter insbesondere kann die Schnittstelle entsprechend konfiguriert, um das Auslösesignal zu empfangen. In particular, the control unit can be connected via the same or another interface to the non-real-time processing unit or to the machine, via which the trigger signal can also be received. In particular, the interface may be configured to switch between the first and second modes of operation. In particular, the interface can be configured accordingly to deactivate the real-time clock or the corresponding clock unit in the first operating mode. In particular, the interface may be configured to receive the trigger signal.

Vorteilhafterweise sind sich entsprechende Steuerungsprogrammschritte des Steuerungsprogramms in dem ersten Betriebsmodus und in dem zweiten Betriebsmodus gleich. Das bedeutet, dass die Steuerungsprogrammschritte selbst nicht in Abhängigkeit vom Betriebsmodus geändert werden müssen, sondern für eine reale oder simulierte Maschine gleich sind. Es bedarf somit keiner Änderungen an dem Steuerungsprogramm, wenn zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus gewechselt wird. Somit kann auf schnelle und unkomplizierte Weise zwischen den beiden Betriebsmodi umgeschaltet werden. Zu diesem Zweck ist es nicht notwendig, dass Modifikationen an dem Steuerungsprogramm bzw. an den einzelnen Steuerungsprogramschritten vorgenommen werden müssen. Advantageously, corresponding control program steps of the control program are the same in the first operating mode and in the second operating mode. This means that the control program steps themselves do not have to be changed depending on the operating mode, but are the same for a real or simulated machine. Thus, there is no need to change the control program when switching between the first and second modes of operation. Thus, can be switched in a quick and easy way between the two modes of operation. For this purpose, it is not necessary that modifications be made to the control program or to the individual control program steps.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, insbesondere wenn sie über ein nicht-echtzeitfähiges Kommunikationssystem mit einer Steuereinheit zum Steuern der Maschine verbunden ist. Die Recheneinheit ist weiterhin, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet eine Simulation einer Maschine durchzuführen. A computing unit according to the invention is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention, in particular if it is connected to a control unit for controlling the machine via a non-real-time capable communication system. The arithmetic unit is furthermore, in particular programmatically, configured to perform a simulation of a machine.

Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Also, the implementation of the invention in the form of software is advantageous because this allows very low cost, especially if an executing processing unit is still used for other tasks and therefore already exists. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Simulation einer Maschine bzw. Anlage, die im Zuge einer Automatisierungstechnik verwendet wird, weiter insbesondere im Zuge einer Fabrikautomatisierung, Prozessautomatisierung und/oder Robotik. Solche Maschinen weisen üblicherweise sehr viele Komponenten auf, so dass eine Simulation hier besonders vorteilhaft ist. Insbesondere wird ein Roboter, eine Fördermaschine, eine Werkzeugmaschine, wie beispielsweise eine Drahtsäge oder eine Fräsmaschine, eine Bahnbearbeitungsmaschine, wie z.B. eine Druckmaschine, eine Tiefdruck-, Siebdruckmaschine, Inline-Flexodruckmaschine oder eine Verpackungsmaschine, oder eine Maschine zur Energieerzeugung als derartige Maschine simuliert. Eine Anlage, beispielsweise eine Produktionsanlage, kann insbesondere mehrere derartiger Maschinen umfassen. The invention is particularly suitable for simulating a machine or plant that is used in the course of automation technology, more particularly in the course of factory automation, process automation and / or robotics. Such machines usually have very many components, so that a simulation is particularly advantageous here. In particular, a robot, a carrier machine, a machine tool such as a wire saw or a milling machine, a web processing machine such as a printing machine, a gravure printing, screen printing machine, in-line flexographic printing machine or a packaging machine, or a power generation machine are simulated as such machine. A Plant, for example a production plant, may in particular comprise a plurality of such machines.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibung figure description

1a zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Steuereinheit in einem zweiten Betriebsmodus. 1a schematically shows a preferred embodiment of a control unit according to the invention in a second operating mode.

1b zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Steuereinheit in einem ersten Betriebsmodus. 1b schematically shows a preferred embodiment of a control unit according to the invention in a first operating mode.

2a zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm. 2a schematically shows a preferred embodiment of a method according to the invention as a block diagram.

2b zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm. 2 B schematically shows a further preferred embodiment of a method according to the invention as a block diagram.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Detailed description of the drawing

In 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Steuereinheit schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Die Steuereinheit 100 ist beispielsweise als eine Computerized Numerical Control (CNC) Steuerung ausgebildet. Diese CNC-Steuerung 100 ist in zwei Betriebsmodi betreibbar. In 1 a preferred embodiment of a control unit according to the invention is shown schematically and with 100 designated. The control unit 100 is for example designed as a computerized numerical control (CNC) control. This CNC control 100 is operable in two operating modes.

In 1a ist die CNC-Steuerung 100 in einem zweiten Betriebsmodus schematisch dargestellt. In diesem regulären Betriebsmodus ist die CNC-Steuerung 100 über eine Schnittstelle 101 mittels eines echtzeitfähigen Kommunikationssystems 201, beispielsweise eines Sercos-Feldbuses, mit einer Werkzeugmaschine 200 verbunden. In 1a is the CNC control 100 shown schematically in a second operating mode. In this regular operating mode is the CNC control 100 via an interface 101 by means of a real-time capable communication system 201 , For example, a sercos fieldbus, with a machine tool 200 connected.

Die Werkzeugmaschine weist drei Sensoren 211 auf. Diese Sensoren enthalten Informationen über eine x-, y- und z-Bewegungsrichtung eines Werkzeugarmes 213 der Werkzeugmaschine. Über Aktoren 212 kann dieser Werkzeugarm 213 in Bewegung versetzt werden. The machine tool has three sensors 211 on. These sensors contain information about an x, y and z direction of movement of a tool arm 213 the machine tool. About actuators 212 can this tool arm 213 be set in motion.

Die CNC-Steuerung 100 ist zum Steuern der Werkzeugmaschine 200 ausgebildet. Zu diesem Zweck wird in der CNC-Steuerung 100 insbesondere ein zweckmäßiges Steuerungsprogramm mit unterschiedlichen Steuerungsprogrammschritten ausgeführt. The CNC control 100 is for controlling the machine tool 200 educated. For this purpose, in the CNC control 100 in particular, a suitable control program with different control program steps executed.

Im Zuge der Steuerung der Werkzeugmaschine 200 werden Sensordaten der Sensoren 211 in Echtzeit über den Sercos-Feldbus 201 an die CNC-Steuerung 100 übermittelt. Diese Sensordaten enthalten beispielsweise Informationen über Achspositionen des Werkzeugarmes 213. Die Sensordaten werden in der CNC-Steuerung 100 im Zuge spezieller Steuerungsprogrammschritte ausgewertet. Im Zuge dessen werden Ansteuerdaten erzeugt. In the course of controlling the machine tool 200 become sensor data of the sensors 211 in real time via the Sercos fieldbus 201 to the CNC control 100 transmitted. These sensor data contain, for example, information about the axis positions of the tool arm 213 , The sensor data are in the CNC control 100 evaluated in the course of special control program steps. In the course of this control data is generated.

Diese Ansteuerdaten werden in Echtzeit über den Sercos-Feldbus 201 von der CNC-Steuerung 100 im Zuge weiterer Steuerungsprogrammschritte an die Werkzeugmaschine 200 übermittelt. Gemäß diesen Ansteuerdaten werden Aktoren 212 angesteuert. Aufgrund dieser Ansteuerung wird der Werkzeugarm 213 entsprechend bewegt. This control data is transmitted in real time via the Sercos fieldbus 201 from the CNC control 100 in the course of further control program steps to the machine tool 200 transmitted. According to these control data are actuators 212 driven. Due to this activation, the tool arm 213 moved accordingly.

Diese Steuerung der Werkzeugmaschine 200 durch die CNC-Steuerung 100 in dem zweiten Betriebsmodus wird weiter unten in Bezug auf 2a detailliert erläutert. This control of the machine tool 200 through the CNC control 100 in the second mode of operation will be described below with respect to 2a explained in detail.

In 1b ist die CNC-Steuerung 100 in einem ersten Betriebsmodus schematisch dargestellt. In diesem Simulationsbetriebsmodus ist die CNC-Steuerung 100 über die Schnittstelle 101 mittels eines nicht-echtzeitfähigen Kommunikationssystems 301, beispielsweise einer Ethernet-Verbindung, mit einer nicht-echtzeitfähigen Recheneinheit 300, beispielsweise einem PC, verbunden. In 1b is the CNC control 100 shown schematically in a first operating mode. In this simulation mode of operation is the CNC controller 100 over the interface 101 by means of a non-real-time capable communication system 301 , For example, an Ethernet connection, with a non-real-time computing unit 300 , For example, a PC connected.

In diesem PC 300 wird eine Simulation 310 der Werkzeugmaschine 200 durchgeführt. Durch die Simulation 310 in dem PC 300 und durch die CNC-Steuerung 100 wird eine "Hardware in the Loop"-Simulationen (HiL) durchgeführt. In diesem ersten Betriebsmodus führen die CNC-Steuerung 100 und der PC 300 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durch. In this PC 300 becomes a simulation 310 the machine tool 200 carried out. Through the simulation 310 in the PC 300 and by the CNC control 100 A "hardware in the loop" (HiL) simulation is performed. In this first operating mode perform the CNC control 100 and the PC 300 a preferred embodiment of a method according to the invention.

Im Zuge dieser Simulation werden simulierte Sensordaten dreier simulierter Sensoren 311 bestimmt. Diese Sensordaten enthalten beispielsweise Informationen über Achspositionen eines simulierten Werkzeugarmes 313. Diese drei Sensoren 311 beschreiben beispielsweise eine x-, y- und z-Bewegungsrichtung des simulierten Werkzeugarmes 313. In the course of this simulation simulated sensor data of three simulated sensors will be used 311 certainly. For example, these sensor data contain information about axis positions of a simulated tool arm 313 , These three sensors 311 describe, for example, an x, y and z direction of movement of the simulated tool arm 313 ,

Diese simulierten Sensordaten werden gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens über die Ethernet-Verbindung 301 an die CNC-Steuerung 100 übermittelt. Die Sensordaten werden in der CNC-Steuerung 100 analog zu dem ersten Betriebsmodus wiederum in Steuerungsprogrammschritten ausgewertet. Im Zuge dessen werden Ansteuerdaten erzeugt. These simulated sensor data are in accordance with the preferred embodiment of the method according to the invention via the Ethernet connection 301 to the CNC control 100 transmitted. The sensor data are in the CNC control 100 evaluated analogously to the first operating mode again in control program steps. In the course of this control data is generated.

Diese Ansteuerdaten werden gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zuge von Steuerungsprogrammschritten über die Ethernet-Verbindung 301 von der CNC-Steuerung 100 an die Werkzeugmaschine 200 übermittelt. Aufgrund dieser Ansteuerung werden entsprechende Bewegungen des simulierten Werkzeugarms 313 berechnet. This control data in accordance with the preferred embodiment of the method according to the invention in the course of control program steps over the Ethernet connection 301 from the CNC control 100 to the machine tool 200 transmitted. Due to this activation, corresponding movements of the simulated tool arm 313 calculated.

Diese bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird weiter unten in Bezug auf 2b detailliert erläutert. This preferred embodiment of the method according to the invention will be described below with reference to FIG 2 B explained in detail.

In 2a ist die Steuerung der Werkzeugmaschine 200 durch die CNC-Steuerung 100 in dem zweiten Betriebsmodus schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt. In 2a sind die CNC-Steuerung 100 und das darin ausgeführte Steuerungsprogramm 110 schematisch dargestellt. Weiterhin ist die Werkzeugmaschine 200 schematisch dargestellt. In 2a is the control of the machine tool 200 through the CNC control 100 in the second operating mode shown schematically as a block diagram. In 2a are the CNC control 100 and the control program executed therein 110 shown schematically. Furthermore, the machine tool 200 shown schematically.

Im Zuge der Ausführung des Steuerungsprogramms 110 wird in einem Schritt 111 überprüft, ob ein Trigger von einer Takteinheit 102 in der Steuereinheit ausgegeben wurde. Diese Takteinheit 102 gibt in äquidistanten Zeitintervallen einen Trigger aus. Diese äquidistanten Zeitintervalle entsprechen einem Echtzeit-Zeittakt. In the course of the execution of the control program 110 gets in one step 111 Checks if a trigger from a clock unit 102 was output in the control unit. This clock unit 102 Outputs a trigger at equidistant time intervals. These equidistant time intervals correspond to a real time clock.

Wenn dieser von dem Zeitgeber 102 ausgegebene Trigger empfangen wurde, werden von dem Steuerungsprogramm 110 ein oder mehrere Steuerungsprogrammschritte 112 durchgeführt. Im Zuge dieser Steuerungsprogrammschritte 112 werden z.B. zunächst Sensordaten der drei Sensoren 211 über den Sercos-Feldbus 201 kopiert. Diese Sensordaten werden anschließend ausgewertet. Im Zuge dieser Auswertung werden Ist-Werte der Achspositionen des Werkzeugarms 213 bestimmt. Aus diesen Ist-Werte werden im Zuge einer Regelung der Bewegung des Werkzeugarms 213 Soll-Werte bestimmt. Aus diesen Soll-Werten werden wiederum Ansteuerdaten für die Aktoren 212 bestimmt, um den Werkzeugarm 213 entsprechend in Bewegung zu versetzen. Diese Ansteuerdaten werden über den Sercos-Feldbus 201 von der CNC-Steuerung 100 an die Werkzeugmaschine 200 übermittelt. Anschließend wird gemäß Schritt 111 erneut überprüft, ob der Trigger von dem Zeitgeber 102 ausgegeben wurde, angedeutet durch Bezugszeichen 113. Bei Empfang eines jeden Triggers können ein oder mehrere Steuerungsprogrammschritte je nach Programmierung ausgeführt werden. If this from the timer 102 received trigger is received from the control program 110 one or more control program steps 112 carried out. In the course of these control program steps 112 For example, sensor data of the three sensors will be displayed first 211 via the Sercos fieldbus 201 copied. These sensor data are then evaluated. In the course of this evaluation, actual values of the axial positions of the tool arm are obtained 213 certainly. From these actual values are in the course of a regulation of the movement of the tool arm 213 Target values determined. In turn, control data for the actuators becomes from these setpoint values 212 destined to the tool arm 213 to move accordingly. These control data are transmitted via the Sercos fieldbus 201 from the CNC control 100 to the machine tool 200 transmitted. Then, according to step 111 Recheck if the trigger is from the timer 102 was issued, indicated by reference numerals 113 , Upon receipt of each trigger, one or more control program steps may be performed depending on the programming.

In 2b ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Blockdiagramm dargestellt. In 2b ist die CNC-Steuerung 100 und das darin ausgeführte Steuerungsprogramm 110 schematisch dargestellt. Weiterhin ist der PC 300 und die darin durchgeführte Simulation 310 schematisch dargestellt. In 2 B a preferred embodiment of the method according to the invention is shown schematically as a block diagram. In 2 B is the CNC control 100 and the control program executed therein 110 shown schematically. Furthermore, the PC 300 and the simulation done in it 310 shown schematically.

Die CNC-Steuerung 100 wird dabei in dem ersten Betriebsmodus betrieben. Die Takteinheit 102 ist in diesem ersten Betriebsmodus deaktiviert. The CNC control 100 is operated in the first operating mode. The clock unit 102 is deactivated in this first operating mode.

Im Zuge der Simulation 310 werden in unterschiedlichen Simulationsschritten 321 die simulierten Sensordaten der drei simulierten Sensoren 311 bestimmt. In einem Schritt 322 wird überprüft, ob eine Auslösebedingung erfüllt ist. Dabei wird überprüft, ob sämtliche simulierte Sensordaten für die drei simulierten Sensoren 311 komplett bestimmt wurden. In the course of the simulation 310 are in different simulation steps 321 the simulated sensor data of the three simulated sensors 311 certainly. In one step 322 it is checked whether a trigger condition is met. It checks whether all simulated sensor data for the three simulated sensors 311 were completely determined.

Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt 323 ein Auslösesignal ausgegeben. Auf dieses Auslösesignal hin werden die simulierten Sensordaten der drei simulierten Sensoren 311 komplett über die Ethernet-Verbindung 301 an die CNC-Steuerung 100 übertragen. If this is the case, in step 323 a trigger signal is output. In response to this trigger signal, the simulated sensor data of the three simulated sensors 311 completely via the Ethernet connection 301 to the CNC control 100 transfer.

Da die Takteinheit 102 in diesem ersten Betriebsmodus deaktiviert ist, wird in Schritt 111 überprüft, ob ein Auslösesignal über die Schnittstelle 101 empfangen wurde. Wenn das Auslösesignal gemäß Schritt 323 ausgegeben und über die Schnittstelle 101 empfangen wurde, werden von dem Steuerungsprogramm 110 ein oder mehrere Steuerungsprogrammschritte 112 durchgeführt. Because the clock unit 102 is deactivated in this first operating mode, in step 111 Checks if a trigger signal over the interface 101 was received. If the trip signal in step 323 issued and over the interface 101 is received from the control program 110 one or more control program steps 112 carried out.

Im Zuge dieser Steuerungsprogrammschritte 112 werden zunächst die simulierten Sensordaten der drei simulierten Sensoren 311 über die Ethernet-Verbindung 301 empfangen. Diese simulierten Sensordaten werden anschließend ausgewertet. Im Zuge dieser Auswertung werden Ist-Werte der Achspositionen des simulierten Werkzeugarms 313 bestimmt. Aus diesen Ist-Werte werden im Zuge einer Regelung der Bewegung des simulierten Werkzeugarms 313 Soll-Werte bestimmt. Aus diesen Soll-Werten werden wiederum Ansteuerdaten für Aktoren bestimmt, um den simulierten Werkzeugarm 313 entsprechend in Bewegung zu versetzen. Diese Ansteuerdaten werden über die Ethernet-Verbindung 301 von der CNC-Steuerung 100 an den PC 300 übermittelt. Anschließend wird gemäß Schritt 111 erneut überprüft, ob das Auslösesignal ausgegeben wurde, angedeutet durch Bezugszeichen 113. Bei Empfang eines jeden Auslösesignals können ein oder mehrere Steuerungsprogrammschritte je nach Programmierung ausgeführt werden. In the course of these control program steps 112 First, the simulated sensor data of the three simulated sensors 311 over the ethernet connection 301 receive. These simulated sensor data are then evaluated. In the course of this evaluation, actual values of the axis positions of the simulated tool arm are obtained 313 certainly. From these actual values are in the course of a regulation of the movement of the simulated tool arm 313 Target values determined. In turn, control data for actuators is determined from these desired values, around the simulated tool arm 313 to move accordingly. This control data is transmitted via the Ethernet connection 301 from the CNC control 100 to the PC 300 transmitted. Then, according to step 111 again checks whether the trigger signal has been issued, indicated by reference numerals 113 , Upon receipt of each trip signal, one or more control program steps may be performed depending on the programming.

Durch diese externer Taktung mittels des Auslösesignals wird sichergestellt, dass sämtliche simulierten Sensordaten komplett berechnet werden und komplett bzw. konsistent an die CNC-Steuerung 100 übermittelt werden, bevor in der CNC-Steuerung 100 Steuerungsprogrammschritt für den konsekutiv nächsten Zeittakt durchgeführt werden. This external timing by means of the trigger signal ensures that all simulated sensor data are calculated completely and completely or consistently to the CNC control 100 be transmitted before in the CNC control 100 Control program step for the consecutive next clock cycle are performed.

Die oben beschriebenen Steuerungsprogrammschritte können auf das empfangene Auslösesignal hin gemäß einem vorgegebenen Zyklus bearbeitet werden, also insbesondere synchron zu spezifischen Zyklen begonnen und ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Steuerungsprogrammschritte insbesondere auch konsekutiv nacheinander durchgeführt werden. The control program steps described above can be processed according to the received trigger signal according to a predetermined cycle, so in particular synchronized to specific cycles started and executed. Alternatively or additionally, the control program steps can also be carried out consecutively, in particular consecutively.

Basierend auf diesen Ansteuerdaten wird die Simulation 310 fortgeführt, angedeutet durch Bezugszeichen 324. Im Zuge dessen werden erneut in unterschiedlichen Simulationsschritten 321 simulierten Sensordaten der drei simulierten Sensoren 311 bestimmt. Based on this control data, the simulation 310 continued, indicated by reference numerals 324 , In the course of this will be again in different simulation steps 321 simulated sensor data of the three simulated sensors 311 certainly.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Standard DIN 44300 [0012]

Claims

Method for simulating a machine ( 200 ), in which - in a non-real-time-capable arithmetic unit ( 300 ) a simulation ( 310 ) the machine ( 200 ), - a control unit ( 100 ) via a non-real-time capable communication system ( 301 ) with the non-real-time computing unit ( 300 ), wherein - in the control unit ( 100 ) a control program ( 110 ) comprising control program steps for controlling the machine ( 200 ), where if a triggering condition is fulfilled ( 322 ), from the non-real-time computing unit ( 300 ) a trigger signal is output ( 323 ) and the trigger signal from the control unit ( 100 ), and - wherein at least one control program step (in response to the received trigger signal) ( 112 ) of the control program ( 110 ) in the control unit ( 100 ) is performed.

Method according to claim 1, wherein the triggering condition is met ( 322 ), if special data in the non-real-time processing unit ( 300 ), which in the course of the simulation ( 310 ) the machine ( 200 ).

Method according to claim 1 or 2, wherein the triggering condition is met ( 322 ), if in the non-real-time processing unit ( 300 ) special simulation steps ( 321 ) of the simulation ( 310 ) the machine ( 200 ) be performed.

Method according to one of the preceding claims, wherein in the course of the at least one control program step ( 112 ) Data between the non-real-time-capable arithmetic unit ( 300 ) and the control unit ( 100 ) via the non-real-time capable communication system ( 301 ) and / or data in the control unit ( 100 ) to be edited.

Method according to claim 4, wherein in the course of the at least one control program step ( 112 ) - sensor data from the non-real-time computing unit ( 300 ) via the non-real-time capable communication system ( 301 ) to the control unit ( 100 ) ( 111 ) and / or - sensor data in the control unit ( 100 ) be evaluated ( 111 ) and / or - actual values of measured variables of the machine ( 200 ) in the control unit ( 100 ) ( 111 ) and / or - target values for controlling components ( 212 ) the machine ( 200 ) are determined in the control unit ( 111 ) and / or drive data for actuators ( 212 ) in the control unit ( 100 ) ( 111 ) and / or - control data from the control unit ( 100 ) via the non-real-time capable communication system ( 301 ) to the non-real-time processing unit ( 300 ) ( 111 ).

Method according to one of the preceding claims, wherein, in response to the issued triggering signal, data in the control unit ( 100 ) are processed according to a given cycle and / or consecutively.

Method according to one of the preceding claims, wherein the simulation ( 310 ) of a machine tool ( 200 ), a milling machine, a web processing machine, a printing machine, a robot, a power generation machine and / or a packaging machine as a machine.

Method according to one of the preceding claims, wherein a CNC control ( 100 ), a PLC controller and / or a motion logic controller may be used as the control unit.

Method for operating a control unit ( 100 ) for a machine ( 200 ), - wherein in the control unit ( 100 ) a control program ( 110 ) comprising control program steps for controlling the machine ( 200 ) is carried out, - wherein in a first operating mode of the control unit ( 100 ) at least one control program step ( 112 ) of the control program ( 110 ) in the control unit ( 100 ) is executed when the control unit ( 100 ) a trigger signal is received.

Method according to claim 9, wherein in a second operating mode the control unit ( 100 ) from the control unit ( 100 ) at least one control program step ( 112 ) of the control program ( 110 ) in the control unit ( 100 ) is executed in accordance with a real time clock.

The method of claim 10, wherein the real-time clock of a clock unit ( 102 ) in the control unit ( 100 ) is produced.

Method according to one of claims 9 to 11, wherein the corresponding control program steps of the control program in the first operating mode and in the second operating mode are the same.

Control unit ( 100 ) for controlling a machine ( 200 ) arranged to perform a method according to any one of claims 9 to 12.

Control unit ( 100 ) according to claim 13, which is adapted to - in a first operating mode via a ( 101 ) Interface by means of a non-real-time capable communication system ( 301 ) with a non-real-time computing unit ( 300 ), which is set up to perform a simulation ( 310 ) the machine ( 200 ) and to control the simulated machine, and - in a second mode of operation, via the same or a different interface ( 101 ) with the machine ( 200 ) and the machine ( 200 ) head for.

Arithmetic unit ( 300 ), which is set up to perform a simulation ( 310 ) of a machine ( 200 ), and which is adapted to carry out a method according to one of Claims 1 to 8 when it is transmitted via a non-real-time-capable communication system ( 301 ) with a control unit ( 100 ) for controlling the machine ( 200 ) connected is.

Computer program comprising a computing unit ( 300 ) to perform a method according to any one of claims 1 to 12, when it on the arithmetic unit ( 300 ) is performed.

A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 15.