Om de inbedrijfstellingstijd van een complexe aandrijving te verkorten en integratie in het veld voor te kunnen bereiden, ontwikkelde ABB een softwarematige simulatietool – de ACS880 Virtual DrivePlus – die op de afgelopen SPS in Neurenberg werd gepresenteerd. Om nog dynamischer, nauwkeuriger en uitgebreider te kunnen testen – denk aan de interface tussen de PLC en de drive – is er inmiddels ook een HIL-simulatietool beschikbaar, genaamd ‘ACS880 DriveLab’.
Met simulatietools in het algemeen en digital twins in het bijzonder zijn ontwerpen softwarematig te testen op werking, efficiëntie, duurzaamheid of welke parameter ook maar van belang is. Gaat het om elektrische aandrijvingen – bestaande uit een elektromotor en een drive – dan zijn deze simulaties niet eenvoudig uit te voeren vanwege het gebrek aan geschikte software. Wie wil testen zal het systeem daadwerkelijk moeten bouwen en laten draaien. Hetzij vooraf in de productiehal hetzij direct op locatie.
Lees ook deze artikelen
“Wanneer je als systeemintegrator de mogelijkheid hebt een systeem in je eigen bedrijf op te bouwen en te testen, dan heb je op de locatie waar de applicatie uiteindelijk moet draaien, minder tijd nodig voor de inbedrijfstelling”, vertelt Marcel Zevenbergen, salesmanager Motion High Power bij ABB. “Maar heb je die mogelijkheid níet, zul je alsnog op locatie moeten testen. Dit levert diverse nadelen op. Je legt allereerst tijdbeslag op de applicatie, maar bent bovendien in de ‘echte’ omgeving aan het testen. Dat brengt risico’s met zich mee omdat je bij aanvang niet 100 procent zeker weet of je ontwerp klopt en de juiste hard- en software zijn toegepast.”
Gevolg: eventuele fouten komen pas laat aan het licht, wat kan leiden tot extra kosten, vertragingen en complexe aanpassingen op locatie. Daarnaast is men voor het testen afhankelijk van de beschikbaarheid van de installatie. Zevenbergen: “Mogelijkheden om al tijdens de ontwerpfase een elektrische aandrijving te simuleren kunnen complicaties in het veld voorkomen en de inbedrijfname versnellen. Maar er zijn beduidend meer voordelen te noemen. Al met al heeft dat ABB Motion doen besluiten om simulatietools in eigen beheer te ontwikkelen.”
Software in the loop
Zevenbergen doelt op twee simulatietools waarvan de ACS880 Virtual Drive Plus in 2025 op de SPS Neurenberg werd gepresenteerd. Het gaat hier om een Software in the loop (SIL) oplossing waarmee digitale aandrijvingen zijn te modelleren die gebruik maken van de ACS880 drive. Het doel: prestaties onderzoeken en optimaliseren vóórdat de hardware wordt gekozen of geleverd. Eén van de kenmerkende eigenschappen van deze tool is het feit dat er gebruik wordt gemaakt van de echte ACS880 firmware waardoor realistische simulaties zijn te maken. Geen vereenvoudigde vorm dus die minder accuraat is. Dit model is vervolgens te integreren in diverse en veelgebruikte simulatieomgevingen zoals MATLAB/Simulink en Ansys Twinbuilder, waarmee het volledige systeemgedrag is te simuleren.
“Bij eenvoudige systemen zijn dergelijke simulaties niet altijd nodig”, vertelt Marcel Zevenbergen, “maar gaat het bijvoorbeeld om een hijsapplicatie waarbij ook energie uit het systeem wordt teruggeleverd, dan wordt een systeem al snel complexer. Een waarheidsgetrouwe simulatie kan dan het verschil maken en ondersteunen bij het maken van de juiste hard- en softwarekeuzes.” ACS880 Virtual Drive Plus ondersteunt de gebruiker volgens Zevenbergen bij het opbouwen van zijn specifieke model door de beschikbare voorbeeldmodellen waarin de RatingID’s al zijn ingesteld. “Door deze te wijzigen kan hij zijn besturingsparameters afstemmen op zijn eigen applicatie.”
Toepassingen
Wanneer een betrouwbaar model – de digital twin – eenmaal beschikbaar is, kan hij op diverse manieren worden gebruikt. Uiteraard voor het valideren van het ontwerp om zo in te zetten op een probleemloze inbedrijfstelling. Onder andere besturingsalgoritmes en customized apps (Crealizer) zijn veilig te testen. En dat zónder de noodzaak eventueel een locatie of machinelijn te moeten stilleggen. Het model kan echter ook synthetische data genereren in het kader van machine learning en het ontwikkelen van de juiste algoritmes. Daarnaast is een model in te zetten om medewerkers virtueel te trainen, storingen te zoeken (troubleshooting) en aandrijfgedrag te voorspellen onder bijvoorbeeld bijzondere omstandigheden. Niet onbelangrijk: een passend model kan ook goed als basis fungeren voor het ontwikkelen van nieuwe applicaties of het ‘voortesten’ van software updates.
“Zolang de besturingshardware geen rol speelt, is Virtual Drive Plus te gebruiken voor het zeer nauwkeurig testen van aandrijvingen in iedere fase van het ontwerpproces”, vertelt Marcel Zevenbergen. “Gewoon op je eigen laptop in je eigen omgeving zonder dat je ook maar een hardware component hebt ingekocht. Dit scheelt niet alleen tijd – en bijbehorende kosten – maar verkleint ook de risico’s. Deze tool is daarnaast in te zetten om onderzoek te doen naar de impact van een aandrijving op het elektriciteitsnet. De resultaten kun je eventueel al indienen bij certificeringsinstanties of -organisaties – nog voordat er daadwerkelijk een project van start gaat.”
ACS880 DriveLab – hardware in the loop
Wanneer de besturingshardware – zoals een PLC – in de test wordt meegenomen, dan is er ook besturingshardware van de drive benodigd. Om dezelfde voordelen te bieden om ‘offline’ en veilig te kunnen testen, ontwikkelde ABB ACS880 DriveLab. Hierin zijn zogenaamde hardware-in-the-loop (HIL) simulaties uit te voeren. De simulatieoplossing draait in realtime op de hardware van het commerciële simulatorplatform van Typhoon HIL. De voordelen van deze manier van simuleren blijven hetzelfde met enkele kenmerkende ‘extra’s’. Zo wordt de tijdsresolutie bij de HIL-oplossing uitgedrukt in sub-microseconden, terwijl de SIL oplossing met microseconden werkt. En omdat naast de software ook de hardware is te testen, biedt deze oplossing mogelijkheden om meer drives, een aangepast grid of een complexe belasting in de simulatie op te nemen.
Zevenbergen: “Met DriveLab zijn realistische systeemtesten mogelijk, doordat je zowel de besturingshardware als de software in de loop betrekt. De drempel voor deze oplossing zijn de hoge kosten voor de aanschaf van een simulatiecomputer. Alleen bedrijven die complexe toepassingen ontwikkelen en er veel voordeel bij hebben om de ontwerpen volledig ‘offline’ te testen en te valideren voordat ze ook maar iets gaan bouwen, zullen deze investering terugverdienen. Omdat dit voor de meeste bedrijven niet geldt, bieden wij HIL vanaf dit najaar ook als service aan. Klanten kunnen dan in onze campus in Rotterdam de systemen testen in het ACS880 DriveLab. Naar behoefte kunnen we uiteraard ook ondersteunen bij het testen en eerlijk: voor ons is het ook een fantastische mogelijkheid om onze klanten en hun uitdagingen nog beter te leren kennen.”
Lees meer over ABB.
