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HIL – HARDWARE-IN-THE-LOOP IM MASCHINEN- UND ANLAGENBAU Was ist Hardware-in-the-Loop? Warum Hardware-in-the-Loop? Hardware-in-the-Loop (HIL) ist ein Verfah- ren zum Testen und Validieren eingebetteter Systeme, meist Steuergeräte oder mechatro- nische Komponenten, vor ihrer Inbetrieb- nahme im späteren Prozess. Die Ein- und Ausgänge der eingebetteten Systeme werden dazu an einen einsprechend konfigurierten Teststand angeschlossen. Auf diesem Teststand – HIL-Simulator genannt – läuft eine den realen Prozess nachbildende Echtzeitsimulation inklusive Aktorik und Sensorik. Diese greift die Signale des zu tes- tenden Systems ab und generiert wiederum entsprechende Signalantworten. Dabei werden Laufzeiten des Originalsystems bei- behalten und realistische Rauschpegel auf die Signale gegeben. Dies erweitert die rein softwareseitige Vali- dierung von Regelalgorithmen um die not- wendige Robustheit im Realbetrieb. Mit der wachsenden technischen Bedeutung verteilter Systeme geht auch eine starke Ver- änderung der Struktur von Regelsystemen einher. Viele Prozesse und viele Steuerungen greifen vielzahnig ineinander, so dass bereits kleine Abweichungen vom Regelziel gravie- rende Folgen haben können. Daher werden neue Steuergeräte oft zeit- und kostenaufwändig in Testumgebungen validiert. Diese Tests an realen Systemen lassen sich mit HIL signifikant reduzieren. Zudem lassen sich Grenz- und Störfälle oder Systemversagen simulieren, ohne Ma- terial oder Menschen zu gefährden. Schließlich erlaubt die Anlagensimulation die Erprobung von Steuergeräten oder Komponenten, bevor die Gesamtanlage fertiggestellt sein muss. Dies verkürzt die Inbetriebnahmephase drastisch. Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM Fraunhofer-Platz 1 67663 Kaiserslautern Kontakt Dr. Christian Salzig Telefon +49 631 31600-45 72 [email protected] www.itwm.fraunhofer.de FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR TECHNO- UND WIRTSCHAFTSMATHEMATIK ITWM © Fraunhofer ITWM 2016 sys_flyer_Hardware in the loop-HIL_DE
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HIL – HARDWARE-IN-THE-LOOP IM MASCHINEN- UND ANLAGENBAU
Was ist Hardware-in-the-Loop? Warum Hardware-in-the-Loop?
Hardware-in-the-Loop (HIL) ist ein Verfah-
ren zum Testen und Validieren eingebetteter
Systeme, meist Steuergeräte oder mechatro-
nische Komponenten, vor ihrer Inbetrieb-
nahme im späteren Prozess.
Die Ein- und Ausgänge der eingebetteten
Systeme werden dazu an einen einsprechend
konfigurierten Teststand angeschlossen. Auf
diesem Teststand – HIL-Simulator genannt –
läuft eine den realen Prozess nachbildende
Echtzeitsimulation inklusive Aktorik und
Sensorik. Diese greift die Signale des zu tes-
tenden Systems ab und generiert wiederum
entsprechende Signalantworten. Dabei
werden Laufzeiten des Originalsystems bei-
behalten und realistische Rauschpegel auf
die Signale gegeben.
Dies erweitert die rein softwareseitige Vali-
dierung von Regelalgorithmen um die not-
wendige Robustheit im Realbetrieb.
Mit der wachsenden technischen Bedeutung
verteilter Systeme geht auch eine starke Ver-
änderung der Struktur von Regelsystemen
einher. Viele Prozesse und viele Steu erungen
greifen vielzahnig ineinander, so dass bereits
kleine Abweichungen vom Regelziel gravie-
rende Folgen haben können.
Daher werden neue Steuergeräte oft zeit-
und kostenaufwändig in Testumgebungen
validiert. Diese Tests an realen Systemen
lassen sich mit HIL signifikant reduzieren.
Zudem lassen sich Grenz- und Störfälle
oder Systemversagen simulieren, ohne Ma-
terial oder Menschen zu gefährden.
Schließlich erlaubt die Anlagensimulation
die Erprobung von Steuergeräten oder
Komponenten, bevor die Gesamtanlage
fertiggestellt sein muss. Dies verkürzt die
Inbetriebnahmephase drastisch.
Fraunhofer-Institut für Techno- und
Wirtschaftsmathematik ITWM
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
Kontakt
Dr. Christian Salzig
Telefon +49 631 31600-45 72
www.itwm.fraunhofer.de
F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R T E C H N O - U N D W I R T S C H A F T S M A T H E M A T I K I T W M
© Fraunhofer ITWM 2016sys_flyer_Hardware in the loop-HIL_DE
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1 HIL-Simulator und pro-
grammierbare Steuerein-
heiten am ITWM
Unsere Leistungen
Die Abteilung »Systemanalyse, Prognose
und Regelung« bietet eine Vielzahl von Ent-
wicklungs- und Dienstleistungen mittels
Hardware-in-the-Loop an:
■■ Erstellung des echtzeitfähigen Simulations-
modells zum realen multiphysikalischen
Prozess
■■ Simulation und 3D-Visualisierung
■■ Bereitstellung unseres HIL-Simulators
■■ Begleitung bei der Inbetriebnahme von
Steuergeräten und mechatronischen
Komponenten
■■ Simulation technischer Fehler wie Wackel-
kontakte, Kabelbrüche oder Kurzschlüsse
Zusätzlich bieten wir Unterstützung beim
Entwurf von Regelalgorithmen und logischen
Abhängigkeiten auf den Steuereinheiten:
■■ Entwicklung und Implementierung hoch-
performanter und robuster Regler (von
klassischen PID-Reglern bis zu umfangrei-
chen modellbasierten Methoden)
■■ Entwicklung von Testszenarien und Durch-
führung der Reglervalidierung
Unser HIL-Simulator
Um möglichst möglichst viele Fragestellun-
gen abdecken zu können, verfügt die Ab-
teilung über einen umfangreich ausgestat-
teten HIL-Simulator:
■■ 80 analoge Spannungseingänge
■■ 74 analoge Stromeingänge
■■ 110 analoge Spannungsausgänge
■■ 44 analoge Stromausgänge
■■ 56 Widerstandssimulationen
■■ 12 Busse verschiedenen Typs
■■ 200 digitale Eingänge (auch PWM)
■■ 144 digitale Ausgänge (auch PWM)
■■ extern schaltbare Fehlersimulationen für
jeden einzelnen Kanal
Hinzu kommen programmierbare Steuerein-
heiten zur Umsetzung und zum Testen von
Regelalgorithmen.
Ihre Vorteile
■■ Echtzeitfähige Anlagensimulation
■■ Parallelentwicklung von Regler und
Anlage (Rapid Control Prototyping)
■■ Schnellere Inbetriebnahme
■■ Kostengünstige Reglervalidierung
■■ Identifikation unerwünschter hardware-
bedingter Effekte
■■ Gefahrlose Tests kritischer Betriebszu-
stände
■■ Umfangreiche Fehlersimulationen
■■ Automatisierte Tests
■■ Beratung und Projektbegleitung durch
Experten des ITWM
HIL-Simulator
Nutzfahrzeuge
Industrie 4.0
Baumaschinen
Steuereinheiten
