Vom Modell zur Realität: Wie Virtual Drive Plus den digitalen Zwilling zum Alltagswerkzeug macht

Ob moderne Gebäude, Windparks oder Produktionsanlagen: Überall entstehen heute digitale Abbilder, in denen Betreiber Szenarien durchspielen, Störungen simulieren und Effizienzpotenziale finden, ohne das reale System zu gefährden. „In der Antriebstechnik nutzen wir digitale Zwillinge heute täglich im Engineering“, sagt Maitsetseg Ravdandorj, Application Engineer bei ABB Motion.

Der digitale Zwilling eines Antriebs ist mehr als ein anschauliches 3D‑Modell. Er verhält sich wie das reale System – inklusive Steuerungsverhalten, Reaktion auf Laständerungen und Interaktion mit dem Stromnetz. So lassen sich Fragen beantworten wie: Hält die Anlage auch bei einem Spannungseinbruch stabil den Betrieb? Und wie verhält sie sich, wenn auf einen Schlag deutlich mehr Leistung gefordert wird?

Technisch betrachtet kombiniert der digitale Zwilling eines Antriebssystems reale Steuerungssoftware mit einem virtuellen Abbild der Umgebung, etwa Netz, Motor, Mechanik und Prozess. In der Antriebstechnik bedeutet das: Der virtuelle Frequenzumrichter arbeitet mit denselben Algorithmen, Schutzfunktionen und Signalpfaden wie das physische Gerät, nur eben virtuell auf einem PC.

Der Nutzen zeigt sich in mehreren Dimensionen. Risiken sinken, weil Entwickler Fehler gefahrlos provozieren können. Projekte werden beschleunigt, da viele Tests schon erledigt sind, bevor die Hardware geliefert wird. Zudem können Anlagen präziser ausgelegt werden, anstatt sie aus Sicherheitsgründen überdimensioniert zu planen.

In der Praxis sind solche virtuellen Tests längst Alltag. Ein Beispiel aus der Arbeit von Maitsetseg Ravdandorj ist die Entwicklung einer MPPT‑Funktion für Kleinwasserkraftwerke. Maximum Power Point Tracking beschreibt ein Verfahren, bei dem die elektrische Belastung des Systems laufend angepasst wird, um möglichst viel Leistung zu ermöglichen. Im Wasserkraftwerk wird es so möglich, immer den Punkt mit der höchsten möglichen Leistung zu finden, unabhängig davon, wie sich Wasserfluss oder Last ändern.

Herzstück dieses Ansatzes im Bereich Motion High Power ist ACS880 Virtual Drive^Plus, der digitale Zwilling der ACS880‑Antriebsfamilie von ABB. Das Software‑in‑the‑Loop‑System (SIL) läuft auf einem PC und nutzt die originale ACS880-Firmware, sodass sich der virtuelle Antrieb im Test exakt so verhält wie die reale Hardware.

Virtual Drive^Plus kann als Wechselrichter, aktiver Gleichrichter oder DC/DC-Wandler betrieben werden und bildet damit alle typischen Betriebsarten der Antriebstechnik vollständig ab. Ingenieure konfigurieren Netze, Lasten, Prozesse und Regelstrategien praktisch so, als würden sie einen realen Frequenzumrichter anschließen – nur schneller, flexibler und ohne Risiko für Anlage oder Bediener.

Für Betreiber und Systemintegratoren zahlt sich der Einsatz des digitalen Zwillings vor allem in drei Bereichen aus: bei Projektlaufzeit, Sicherheit und Energieeffizienz. Virtuelle Inbetriebnahmen ermöglichen es, 80 bis 90 Prozent der Tests vorab im Modell durchzuführen – ein entscheidender Vorteil, besonders wenn die spätere Anlage etwa auf einem Offshore‑Windpark oder in einer schwer zugänglichen Industrieumgebung steht.

Auch die Auslegung der Antriebstechnik wird präziser. Statt sicherheitshalber lieber größere Leistungsklassen zu wählen, können Umrichter, Brems‑Chopper, Energiespeicher und Rückspeiseeinheiten im Modell so dimensioniert werden, dass sie optimal zur Anwendung passen. „Mit Virtual Drive^Plus dimensionieren wir die Komponenten so, dass Überdimensionierung praktisch kein Thema mehr ist“, betont Ravdandorj. Gleichzeitig lassen sich Szenarien wie Netzfehler, Lastsprünge oder Notabschaltungen für Schulungen nachstellen, ohne eine reale Anlage stoppen zu müssen.

Über den digitalen Zwilling hinaus entwickelt ABB das Thema des modellbasierten Engineerings direkt im Umrichter weiter. Mit dem ABB Crealizer steht dafür eine offene, echtzeitfähige Softwareplattform zur Verfügung, auf der Anwender eigene physikalische Modelle und Regelungsfunktionen unmittelbar im Antrieb ausführen können – etwa für spezielle Diagnosefunktionen oder kundenspezifische Bewegungsprofile.

Unterstützt wird das durch den Crealizer Assistant, eine KI‑gestützte Erweiterung, die Modellstrukturen vorschlägt, Funktionsblöcke auswählt und Parametrierungen optimiert. „Dafür muss man keine tiefen Programmierkenntnisse haben“, sagt Ravdandorj: „Man konzentriert sich auf die Idee, nicht auf Code‑Syntax oder Aufbau.“ Für viele Entwicklungsabteilungen wird der digitale Zwilling damit zum Türöffner in eine Arbeitswelt, in der die KI-Routineaufgaben übernimmt und Ingenieure sich stärker auf kreative Lösungen fokussieren können.

 

Für Maitsetseg Ravdandorj ist diese Arbeitsweise längst Realität. Als Application Engineer arbeitet sie eng mit Vertrieb und Kunden zusammen, insbesondere im Bereich erneuerbare Energien und Grid‑Code‑Compliance. „Mein Fokus liegt darauf, technische Anforderungen aus realen Projekten in zuverlässige Lösungen zu übersetzen – Simulation und digitale Zwillinge sind dabei mein tägliches Werkzeug“, beschreibt sie ihre Rolle.

Dabei reicht ihr Alltag von virtuellen Netz- und Antriebstests am Bildschirm bis zu Einsätzen an realen Anlagen. Gerade diese Mischung aus digitalem Engineering und Praxis vor Ort macht für sie den Reiz aus: „Ich teste mit Virtual Drive^Plus Anlagen, die es physisch noch gar nicht gibt – und sehe später in der Realität, wie nah der digitale Zwilling tatsächlich dran war.“