PLCSIM Advanced ist das Werkzeug von Siemens, mit dem eine virtuelle S7-1500 auf einem Windows-PC läuft und über eine Programmierschnittstelle mit einem Maschinenmodell gekoppelt wird. Das ist die Grundlage für Software-in-the-Loop-Tests: Ihr echtes SPS-Programm arbeitet gegen eine simulierte Maschine, ohne dass Steuerungshardware auf dem Tisch stehen muss. Für Remote-Engineering, Migrationen und virtuelle Inbetriebnahme ist das inzwischen Standard.
Was PLCSIM Advanced kann
Das Funktionshandbuch S7-PLCSIM Advanced V6.0 (Ausgabe 02/2024) nennt als Einsatzgebiet ausdrücklich die Software-in-the-Loop-Simulation zur virtuellen Inbetriebnahme von Werkzeug- und Produktionsmaschinen, Produktionszellen und Linien sowie die Bedienerschulung mit realer HMI. Die wichtigsten Funktionen laut Handbuch:
- bis zu 16 Instanzen virtueller Steuerungen auf einem Rechner, auch verteilt über TCP/IP,
- Unterstützung für S7-1500 einschließlich F-, T-, R- und H-CPUs sowie ET 200SP-Steuerungen,
- Kommunikation über OPC UA, Webserver, TCP/IP und Softbus,
- virtuelle Zeit, mit der sich die Simulation beschleunigen oder verlangsamen lässt,
- eine API für C++ und C#, über die externe Simulationen synchron gekoppelt werden.
Das Siemens Developer Portal ergänzt, dass auch das Firmwareverhalten einschließlich Safety und Webserver simuliert wird. Zum Vergleich: Das einfache PLCSIM, das im TIA Portal enthalten ist, eignet sich für schnelle Tests einzelner Bausteine, aber nicht für die Kopplung mit Maschinenmodellen.
PLCSIM Advanced in der Co-Simulation
Der eigentliche Nutzen entsteht in der Co-Simulation. Die virtuelle Steuerung tauscht in jedem Zyklus E/A-Daten mit einem Modell aus. Dieses Modell kann sehr unterschiedlich aussehen: ein selbst geschriebenes Verhaltensmodell, ein Modell in SIMIT, ein 3D-Modell im NX Mechatronics Concept Designer oder ein Werkzeug eines anderen Herstellers mit passender Schnittstelle. Siemens hat die Kombination aus PLCSIM Advanced und NX MCD bereits 2018 als digitalen Zwilling der realen Anwendung vorgestellt, wie eine Siemens-Pressemitteilung beschreibt.
| Modellwerkzeug | Stärke | Passt für |
|---|---|---|
| Eigenes Verhaltensmodell | schnell, günstig, versionierbar | Migrationen, Standardmaschinen |
| SIMIT | Signal-, Geräte- und Prozessebene, Kopplung mit PCS 7 | Prozessanlagen, Bedienerschulung |
| NX MCD / Process Simulate | 3D, Kinematik, Robotik | Sondermaschinen, Montagelinien |
Grenzen, die Sie kennen sollten
PLCSIM Advanced ist kein Ersatz für die reale Steuerung in jeder Hinsicht. Das Funktionshandbuch enthält eigene Kapitel zu Einschränkungen. Für die Praxis sind diese Punkte wichtig:
- Zeitverhalten: Die Zykluszeit auf dem PC entspricht nicht der realen CPU. Für zeitkritische Regelungen und Taktzeitnachweise brauchen Sie einen Test an der Hardware.
- Peripherie: Technologiemodule, spezielle Kommunikationsprozessoren und Antriebe werden nicht vollständig nachgebildet. Prüfen Sie im Handbuch, was Ihre Konfiguration nutzt.
- Sicherheit: Das Sicherheitsprogramm läuft in der Simulation, ersetzt aber nicht die Validierung an der Maschine.
- Lizenz und Rechner: PLCSIM Advanced ist kostenpflichtig und braucht einen ausreichend starken Rechner, besonders bei mehreren Instanzen.
Virtuelle Inbetriebnahme mit PLCSIM Advanced
Siemens Knowledge Hub
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Auf YouTube ansehenEin Testaufbau, der sich bewährt
Für Engineering-Projekte nutzen wir einen festen Aufbau, der sich auch bei Kunden gut reproduzieren lässt. Die virtuelle S7-1500 läuft in PLCSIM Advanced, das Verhaltensmodell der Maschine in einem eigenen Prozess mit synchroner Kopplung über die API. Die HMI läuft als WinCC-Runtime auf demselben Rechner oder im Browser. Testfälle sind als Liste mit erwartetem Ergebnis beschrieben und werden bei jeder größeren Änderung wiederholt.
- Hardwarekonfiguration aus dem TIA-Portal-Projekt in die virtuelle CPU laden.
- E/A-Zuordnung zwischen Steuerung und Modell aus der E/A-Liste generieren, nicht von Hand pflegen.
- Modell für Normalablauf aufbauen, danach gezielt Störungen einbauen: Sensor fällt aus, Antrieb meldet Fehler, Teil fehlt.
- Testfälle durchspielen und Ergebnisse im Testprotokoll festhalten.
- Remote-Abnahme mit dem Kunden: Er bedient die HMI und prüft Abläufe selbst.
Achten Sie auch auf die Rechnerausstattung. Mehrere Instanzen, eine WinCC-Runtime und ein 3D-Modell auf einem Laptop führen schnell zu schwankenden Zykluszeiten, die Fehler vortäuschen. Für umfangreichere Simulationen hat sich ein eigener Simulationsrechner oder eine virtuelle Maschine mit fest zugewiesenen Ressourcen bewährt.
Testfälle richtig formulieren
Ein Testfall braucht drei Teile: Ausgangszustand, Aktion, erwartetes Ergebnis. Zum Beispiel: Maschine in Automatik, Teil liegt auf Station 2, Lichtschranke B5 fällt aus. Erwartet wird, dass die Station nach zwei Sekunden in Störung geht, der Alarm Lichtschranke B5 Zeitüberschreitung erscheint und die nachfolgende Station sauber anhält. Formulieren Sie Testfälle so, dass ein Kollege sie ohne Rückfrage ausführen kann.
Für eine mittelgroße Sondermaschine kommen schnell 80 bis 150 Testfälle zusammen. Das klingt viel, ist aber in der Simulation an zwei bis drei Tagen abgearbeitet. An der realen Maschine würden dieselben Tests Wochen dauern, weil jede Störung mechanisch provoziert werden müsste. Viele Fehlerreaktionen werden an der echten Maschine deshalb nie getestet, bis sie im Betrieb zum ersten Mal auftreten.
Ein weiterer Vorteil zeigt sich bei Änderungen nach der Auslieferung. Wenn das Modell und die Testfälle beim Maschinenbauer bleiben, lässt sich jede spätere Softwareänderung vor dem Aufspielen beim Kunden noch einmal durch die Regression schicken. Das ist der Schritt von einer einmaligen Simulation zu einem dauerhaften Testsystem. Legen Sie Modell, Testfälle und SPS-Projekt deshalb gemeinsam in der Versionsverwaltung ab.
Wo PLCSIM Advanced im Projekt den größten Hebel hat
Am meisten bringt das Werkzeug dort, wo die reale Maschine knapp oder teuer ist: bei Migrationen, weil die Anlage weiterproduzieren muss, bei Sondermaschinen, deren Mechanik noch in der Montage steht, und bei Remote-Engineering, weil der Programmierer nicht neben der Maschine sitzt. Wie das in einer Migration aussieht, beschreiben wir im Beitrag S7-300 Migration auf S7-1500. Den größeren Rahmen erklärt der Beitrag zur virtuellen Inbetriebnahme.
Die Simulationsmodelle aus einem Projekt übergibt Wartens auf Wunsch mit, damit Ihr Team künftige Änderungen selbst testen kann. Mehr unter Digitale Zwillinge und Automatisierungs-Engineering.
Nächster Schritt: Schicken Sie uns ein TIA-Portal-Projekt und die E/A-Liste einer Maschine. Wir schlagen einen Simulationsaufbau mit Testfällen und Festpreis vor. Kontakt.
