Referenzaufzug

Modellaufzuganlage mit CANopen-Komponenten

Die Hochschule Heilbronn ist seit vielen Jahren durch Kongresse und Tagungen im Bereich von Aufzügen bekannt. Nun startet dort ein Forschungsprojekt, das verschiedene Aspekte der Automatisierung von Aufzügen mit CANopen zum Gegenstand hat, z. B. Konformitätstests „in the loop“ und die Möglichkeiten der Telemetrie und Ferndiagnose. Anregungen und Beratungen zu dem Projekt kommen derzeit von Herrn Hellmich, damals Böhnke + Partner, Bergisch Gladbach, jetzt ELFIN GmbH .

Auch Sie könnten Teil dieses Projekts sein!

Um eine möglichst realistische Testumgebung zu erhalten, bearbeitet zunächst eine Gruppe aus vier Studenten der Masterstudiengänge Maschinenbau und Mechatronik der Hochschule Heilbronn unter der Leitung von Herrn Prof. Dr.-Ing. Ansgar Meroth ein Projekt, in dem eine Modellaufzugsanlage im Maßstab 1:10 gebaut und via originaler CANopen-Komponenten vernetzt werden soll. Alle Komponenten sollen durch ein entsprechendes Funktionsmodell in der Software Vector CANoe und MathWorks Matlab/Simulink simuliert werden, so dass nicht vorhandene Komponenten in Echtzeit funktional ersetzt werden können.

Die entstehende Modellanlage soll der Demonstration des CANopen-Standards dienen sowie eine Möglichkeit bieten, neue Bauteile auf Konformität zu überprüfen. Sie unterscheidet sich grundsätzlich vom bisherigen, in der MG Lift, erstellten Demonstrator durch eine höhere mechanische Detailtreue. Dank der offenen Architektur können die Demonstratoren auch kombiniert werden.

Modell

Die Zielsetzung des Modellaufbaus sieht vor, eine Aufzugsanlage im Maßstab 1:10 zu konstruieren und aufzubauen. Dabei sollen zwei Schächte mit je drei Stockwerken und einem Fahrkorb pro Schacht realisiert werden. Der nachzubildende Funktionsumfang soll, soweit möglich, dem tatsächlichen Funktionsumfang echter Aufzüge entsprechen. Allerdings werden auf Grund der Miniaturisierung und der besseren Bedienbarkeit sämtliche Ruf- und Stockwerkwahlpanels nicht direkt am Modell angebracht, sondern getrennt an einem separaten Schaltschrank.

Da ein Einsatz dieses Modells auf Messen möglich und erwünscht ist, werden möglichst viele Bauteile transparent oder mit Fenstern versehen sein, um einen besseren Einblick zu ermöglichen. Weiterhin wird das Modell optisch abgesichert werden, sodass der Betrachter nicht in bewegliche Teile oder an stromführende Bauteile greifen kann. Um den Einsatz auf Messen zu ermöglichen, wird das Modell transportabel sein. Hieraus ergeben sich weitere Anforderungen an das Modell. Das Modell kann mit Abmaßen von ca. 1200 mm x 600 mm x 400 mm (HxBxT) mit einem PKW transportiert werden. Ebenso werden eine Teilbarkeit des Modells und Transportsicherungen der beweglichen Teile sichergestellt.

Vernetzung

Die in der Modellaufzuganlage verwendeten technischen Einrichtungen sollen nach Möglichkeit den originalen Bauelementen aus realen Aufzügen entsprechen. Dabei werden Steuergeräte mit dem CANopen-Protokoll verwendet.

Ziel ist es, zusätzlich zur Vernetzung des Modells mit CANopen-Bauelementen das gesamte Aufzugsmodell mit allen elektronischen Bauteilen in der Software Vector CANoe und MathWorks Matlab/Simulink nachzubilden. Durch das Mithören des CAN-Signals der Modellaufzuganlage kann in beiden Programmen der aktuelle Zustand der Aufzüge dargestellt werden. Desweiteren sollen CAN-Signale aus beiden Programmen an das Modell geschickt werden können, sodass eine Fernsteuerung durch einen Computer möglich wird (z. B. Betätigung einer Ruftaste). Auf diese Weise können auch nicht vorhandene reale Komponenten oder bestimmte Szenarien reproduzierbar simuliert werden. Zusätzlich wäre ein virtueller dritter Aufzugsschacht denkbar. Eine Implementierung der Diagnosefunktionen in beide Programme ist im weiteren Verlauf oder im Anschluss an dieses Projekt geplant.

Aktueller Stand

Mechanik

Das Modell wurde erstmals auf den Heilbronner Lifttagen gezeigt. Die Inbetriebnahme steht noch aus. Weitere Features, insbesondere im Bereich der Sicherheit sind in Planung.

Konstruiert wurde das System mit Hilfe der Software CATIA V5 R19 von Dassault Systèmes.

Hier zu sehen: Kabine

Hier zu sehen: Türantrieb

Hier zu sehen: Kabine in Schacht

Hier zu sehen: Gesamtmodell von vorne

Elekrik

Software

Bei der Umsetzung der Steuerungen in den jeweiligen Simulationsumgebungen gab es bereits auch deutliche Fortschritte. Einige virtuelle Geräte und Komponenten konnten bereits erfolgreich simuliert werden. Den aktuellen Stand in der jeweiligen Simulationsumgebung finden Sie nachfolgend. Diese Simulationsmodelle werden nun durch eine nachfolgende Projektgruppe übernommen und selbstverständlich noch weiter ausgebaut, d. h. die fehlenden virtuellen Geräte und Komponenten werden im weiteren Verlauf ebenfalls simuliert werden können.

Matlab/Simulink:

In Matlab/Simulink konnten sowohl die Input und Output Panels als auch Teile der Call Controller bereits funktionsfähig realisiert werden. Lediglich bei der Umsetzung einer grafischen Oberfläche zur Darstellung der aktuellen Situation kam es zu Schwierigkeiten mit Matlab/Simulink, sodass eine realitätsnahe Darstellung bisher nicht möglich war, in naher Zukunft aber noch folgen wird. Auf nachfolgenden Abbildungen ist das Simulationsmodell in Simulink zu sehen.

Auf diesem Bild ist links ein Teil des Simulationsmodells zu sehen, in diesem Fall die Auswertelogik der Input Panels. Auf der rechten Seite ist die Darstellung der Rufe zu sehen.

CANoe:

Bei der Simulation mit CANoe wurden bereits einige virtuelle Geräte programmiert. Mittlerweile ist es z. B. möglich, Rufe zu tätigen sowie Rufe zu signalisieren. Dazu wurden die Input und Output Panels vollständig ausprogrammiert, sowie Teile der Call Controller Logik implementiert. Mithilfe eines teilweis simulierten Aufzugsmodells ist es zudem möglich, die Ankunft einer Kabine in einem bestimmten Stockwerk zu simulieren, sodass die Rufanzeige in diesem Fall selbständig erlischt. Dies funktioniert sowohl in der reinen Simulation, als auch in Kombination mit Matlab/Simulink oder der tatsächlichen Hardware (mehr dazu siehe unten).

Hier zu sehen ist das Modell der Netzknotenperipherie. Hiermit können sowohl Rufe getätigt werden, als auch erkannte Rufe signalisiert werden. Zusätzlich gibt es eine RESET Panel, um die Harware ein- bzw. ausschalten zu können. Das Panel Aufzugsmodell dient dazu, das Hardwaremodell zu visualisieren, bzw. später das Modell zu simulieren, sodass ein Simulationsbetrieb ohne das Hardwaremodell möglich ist.

Hier zu sehen ist das Netzknotenmodell. Hier werden alle virtuellen Geräte miteinander verbunden. Sobald ein virtuelles Gerät als reale Hardware angeschlossen wird, wird es in der Simulation deaktiviert. Das Aufzugsmodell dient hierbei auch für eine spätere Simulation der Modelaufzugsanlage.

Hardware

Da das Aufzugsmodell aktuell noch nicht in Betrieb genommen wurde (aufgrund noch fehlender Hardware), wurde eine Übergangslösung erarbeitet. Mit Hilfe dieser Übergangslösung ist es nun möglich, die Simulationen von Matlab/Simulink und CANoe mit reeller Hardware zu testen. Für die Übergangslösung wurde die CAP-01 von Böhnke & Partner verwendet. Dazu wurde eine kleine Platine angefertigt, auf welcher Schalter und LEDs angebracht wurden. Mithilfe der CAP-01 können nun reelle Input und Output Panels dargestellt werden. Wird mithilfe der Schalter ein Ruf getätigt, so wird dies im Matlab/Simulink und CANoe erkannt, vom Call Controller verarbeitet und nach Bestätigung durch MatlabSimulink oder CANoe mithilfe der LED signalisiert. Ebenso ist es möglich, mithilfe der simulierten Panels in CANoe einen Ruf zu tätigen. Der Ruf wird dann von Matlab/Simulink empfangen und bestätigt. Anschließend wird dies sowohl an der Hardware als auch an der Simulation signalisiert.

Hier zu sehen sind vier CAP-01 Platinen. Mit Hilfe der angeschlossenen Zusatzhardware sind hiermit die Input und Output Panels der vier Stockwerke hardwaretechnisch nachgebildet.

Hier zu sehen ist der gesammt Aufbau mit Hardware, Matlab/Simulink (links) und CANoe (rechts).

Sponsoren

Da einige Bauteile des Aufzugmodells sehr kostenintensiv sind, allen voran die elektronischen Bauteile, soll hier mit Sponsoren zusammen gearbeitet werden. Diese bekommen am Modell selbstverständlich die Möglichkeit, entsprechend Firmenlogos und dergleichen anzubringen.

Zu den bisherigen Sponsoren gehören die Firmen:

• Böhnke + Partner GmbH Steuerungssysteme
• SafeLine-Deutschland GmbH
• SCHAEFER GmbH
• SICK AG
• Henning GmbH & Co. KG
• Murrplastik Systemtechnik GmbH
• Breuell & Hilgenfeldt GmbH - ebmpapst Service Center
• …wird mit Ihrer Hilfe fortgesetzt….

Falls Interesse an einem Sponsoring besteht, melden Sie sich bitte bei Herrn Meroth unter folgender Adresse: ansgar.meroth (at) hs-heilbronn.de