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EDA-Tools
Bild 3: Konfigurationsfenster
der
LabVIEW-Anschlüsse
mit Vorschau des
Multisim-VI-Blocks.
Bild 2: Spice-Modell eines 3-Phasen-Wechselrichters in Multisim.
Bild 4: Multisim-VI-
Block eingebaut in
eine Regel- und
Simulationsschleife.
Bild 5: Simulationsergebnis eines Motors.
Bilder: National Instruments
Der Multisim-VI-Block verhält sich nun wie die gewohnten
LabVIEW-VIs. Ganz nach dem Datenflussprinzip übergibt Lab-
VIEW erst dann Daten an Multisim, wenn alle Eingänge am Multisim-VI-Block
anliegen. Multisim berechnet anschließend selbstständig
den passenden Wert für den entsprechenden Ausgang.
Dieser steht dann am Ausgang des Multisim-Blocks in LabVIEW
zur Verfügung.
Ein kleiner Tipp an dieser Stelle: Wenn Sie ein LabVIEW-VI mit
integrierter Co-Simulation zu Multisim ausführen, dauert es einen
Moment, bevor die Simulation startet. Dies liegt darin begründet,
dass Multisim im Hintergrund zunächst im Ghost-Modus starten
muss. Ghost-Modus bezeichnet den Zustand eines Programms, in
dem es für den Anwender nicht sichtbar ist, aber dennoch ausgeführt
wird.
Worst-Case-Szenarien ohne Sorgen testen
Mit der Co-Simulation lassen sich nun zahlreiche Aufgabenstellungen
lösen und die Prozesse im Entwicklungszyklus optimieren.
Gehen wir zurück zum Anfang: zum Beispiel des Wechselrichters
mit zwei Entwicklungsteams, dem für die Leistungselektronik und
dem für die Steuerung. Die Co-Simulation ermöglicht es, bereits
im Designprozess mit der Entwicklung der Steuerung zu beginnen,
so dass die Entwicklungsprozesse weitgehend parallel ablaufen.
Durch die Schnittstelle zwischen den Entwicklungswerkzeugen
lassen sich Fehler in der Konvertierung von Modellen vermeiden
und es geht kaum Zeit verloren. Ohne die Gefahr der Beschädigung
von Hardware können direkt Tests der Software, vor allem
auch in Worst-Case-Szenarien, durchgeführt werden. Somit ist erklärbar,
wie bei der Firma Dynapower diese eingangs erwähnten
Einsparungen von 48 Wochen möglich waren.
Ein weiterer Vorteil dieser Co-Simulation ergibt sich bei der
Verwendung FPGA-basierter Hardware von National Instruments.
Ein solcher FPGA könnte in der Steuerung eines Wechselrichters
zum Einsatz kommen. Auf dem FPGA würde dabei beispielsweise
ein sehr schneller, energieeffizienter Algorithmus für die Pulsbreitenmodulation
zur Ansteuerung von Leistungselektronikbauteilen
wie IGBTs realisiert. Programmcode für FPGA-Hardware benötigt
je nach Komplexität einen beträchtlichen Zeitaufwand bei der
Kompilierung. Somit ist klar, dass es von Vorteil ist, diesen Code
vor der Kompilierung auf seine Funktion zu überprüfen.
Multisim und Co-Simulation im hohen kHz-Bereich
Je besser die Simulation die Wirklichkeit abbildet, desto weniger
Prototypen und anschließende Tests werden benötigt, um die Anforderungen
und die gewünschte Testabdeckung zu erreichen. Somit
ist eine Simulation so nahe wie möglich an der Realität entscheidend.
Auf einem Echtzeitbetriebssystem arbeiten Modelle
deterministisch und durch die meist schnelleren Ausführungszeiten
genauer als auf Standard-Betriebssystemen. Dies ist mit der
Co-Simulation nun auch direkt mit den Spice-Modellen bis in den
dreistelligen kHz-Bereich möglich. Es ist keine Abbildung in einer
anderen Sprache nötig, sondern es kann direkt das in LabVIEW
eingebettete Multisim-Model auf einer Echtzeitplattform ausgeführt
werden. Dies erspart weiterhin deutlich Entwicklungszeit
und -kosten und vermeidet Fehler bei der Interpretation der
Schaltbilder in Code.
Co-Simulation im V-Diagramm
Die Co-Simulation von LabVIEW und Multisim eröffnet im Bezug
auf die Entwicklungsprozesse im V-Diagramm zahlreiche Einsatzmöglichkeiten.
Zunächst kann Multisim in der Designphase helfen,
Entwicklungsprozesse zu parallelisieren. In der Prototypenphase
hilft die Co-Simulation durch die enge Zusammenarbeit der
Entwicklungswerkzeuge Zeit einzusparen und Fehler zu vermeiden.
Daneben lassen sich in der Simulationsumgebung schnelle
Tests durchführen. In dem nach der Implementierung in Hardware
folgenden HIL-Test kann das in der Entwicklung entstandene
Modell aus Multisim direkt zur Simulation der Hardware eingesetzt
und beispielsweise auf einem leistungsfähigen Echtzeitsystem
wie NI PXI ausgeführt werden. (jj)
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Der Autor: Lorenz Casper ist Technical Marketing Engineer, National
Instruments Germany GmbH.
64 elektronik industrie 05 / 2013
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