SPS-Programmierung von Produktionsanlagen mit virtueller Realität trainieren

Software-Anwendungen wie Tara-VR-Control der Tarakos GmbH ermöglichen, dass sich in einer 3D-Umgebung Programmierungen unter reellen Testbedingungen bereits im Vorfeld der tatsächlichen Inbetriebnahme überprüfen lassen. Die daraus resultierenden Vorteile verbindet die Lucas-Nülle Lehr- und Meßgeräte GmbH mit ihrem eigenen Industrial Mechatronic System (IMS). Das IMS ist ein flexibles, mechatronisches Trainingssystem, mit dem industrielle, automatisierte Produktionsanlagen in unterschiedlicher Komplexität nachgebildet werden können.

Mit diesem System erlernen Azubis und Studenten die SPS-Programmierung unter reellen Bedingungen, ohne sich zu gefährden oder eine echte Anlage zu beschädigen. Denn die Ausbildung von Personal der Mechatronik und Automatisierungstechnik gleicht in der Tendenz der Fahrschule oder der Pilotenausbildung. In allen drei Fällen erlernt der Schüler das Beherrschen der Maschine nur in der Anwendung.

Das theoretische Verständnis alleine reicht nicht aus. Gesunder Menschenverstand untersagt es, Ungeübte ans Steuer eines Autos oder eines Flugzeugs zu setzen. Die Gefahr, dass Menschen verletzt und teure Maschinen oder Anlagen beschädigt werden, wiegt dabei zu schwer. Eine Möglichkeit, diese Kluft zwischen Theorie und Praxis zu überwinden und gefahrlos Praxiswissen zu vermitteln, ist die Anwendung realitätsnaher Emulationen.

Mit Trainingssystem komplette Industrieanlage im Miniaturformat „nachbauen“

Lucas-Nülle hat die Möglichkeiten der Pilotenausbildung auf automatisierte Produktionsanlagen übertragen und stellt für diese Zwecke das industrienahe und flexible IMS, ein Trainingssystem für die Mechatronik- und Elektrotechnikausbildung, bereit. Mit dessen Subsystemen lässt sich eine komplette industrielle Anlage für den Unterricht im maßstabsgetreuen Miniaturformat nachbauen. Durch die starke Ausrichtung an die industrielle Praxis arbeitet das System unter realen Bedingungen und vermittelt Expertise auf hohem Niveau.

Das Programm IMS Virtual entspricht der IMS-Hardware-Version eins zu eins. Das technische Fundament der Software liefert die Tarakos-Anwendung zur Erstellung von 3D-Inhalten, der Tara-VR-Builder, welcher nach den Anforderungen von Lucas-Nülle spezifiziert wurde. Kompatibel zu allen gängigen CAD-Formaten lassen sich mit ihm die Daten der einzelnen Elemente einlesen und die Komponenten im Anschluss dreidimensional darstellen. Das IMS besteht unter anderem aus Subsystemen für Vereinzeln, Montage oder Lagern sowie mehreren Typen von Transportbändern.

Der Anwender variiert per Mausklick die Komponenten zu unterschiedlichen Systemen und parametrisiert sie nach den Anforderungen. Aus integrierten Objektbibliotheken wählt er virtuelle Mess- und Steuerinstrumente aus und vollendet mit ihnen das Modell. So entsteht nach dem Baukastenprinzip und ohne besondere Programmier- oder Modellierkenntnisse ein virtuelles Abbild der Anlage. Durch die umfassenden Modifikationsvarianten ermöglicht das Programm alle Komplexitätsgrade des Trainingssystems von der Basis für die Mechatronikerausbildung bis zu den Anforderungen der Universitäten und Fachhochschulen

3D-Modell per virtueller Inbetriebnahme zum Leben erwecken
IMS Virtual betet detailgetreue und realitätsnahe Echtzeit-Animation von Maschinen

Das Unternehmen geht jedoch noch einen Schritt weiter und platziert mit der Software IMS Virtual ihr Trainingssystem zusätzlich vollständig in die virtuelle Welt. Dafür greift der weltweit operierende Hersteller für didaktische Lehrsysteme auf die 3D-Visualisierungsanwendungen von Tarakos zurück. Außer der dreidimensionalen Darstellung liegen die Kompetenzen des Magdeburger Virtual-Reality-Spezialisten vor allem in der detailgetreuen und realitätsnahen Echtzeit-Animation von Maschinen und kompletten Materialflusssystemen. Denn erst die Parametrisierung des Verhaltens eines virtuellen Modells nach realen Gegebenheiten legt den Grundstein für eine virtuelle Inbetriebnahme.

Sobald das 3D-Modell fertig konzipiert ist, kann der Anwender es per virtueller Inbetriebnahme zum Leben erwecken. Dafür muss das Modell wie die reale Anlage zuerst programmiert werden. In IMS Virtual wird dazu die Software Step 7 von Siemens über die Soft-SPS PLCSIM verwendet. Die virtuelle Anlage wirkt dabei als interaktives Modell, dessen Verhalten sich vollständig nach den realen Komponenten richtet. Alle Elemente laufen in Echtzeit.

Die Modifikation der Parameter erfolgt über die Steuerung. Zugleich gibt es Rückwirkungen von Endschaltern und Lichtschranken als Signale an das steuernde Programm zurück. Die Ergebnisse der Programmierung lassen sich direkt an der virtuellen Anlage verfolgen.

Durch das simulierte Ansteuern erhalten die Auszubildenden und Studenten detailliert und intuitiv wichtige Einblicke in das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten. Fehler in der Programmierung, die im wahren Leben eventuell einen Stau im Materialfluss, die Beschädigung der Anlage oder im schlimmsten Fall die Verletzung von Mitarbeitern verursacht hätten, lassen sich gefahrlos und ohne Folgen identifizieren und beheben. Ausbilder können auch gezielt Fehlerszenarien konstruieren, mit denen im Anschluss die Analysefähigkeiten der Auszubildenden geprüft werden können.

Das Programm IMS Virtual bietet den Anwendern damit weitreichende Möglichkeiten, fundamentale Erkenntnisse und Erfahrungen aus der Automatisierungstechnik zu gewinnen. Das dort erworbene Wissen kann später auf tatsächliche Anwendungen deckungsgleich übertragen werden.

Software läuft auf jedem Standard-PC

Die auf Windows basierende Software lässt sich auf jeden Standard-PC aufspielen und eignet sich deshalb für den Einsatz in Computerräumen von Berufsschulen oder Universitäten. Im virtuellen, aber dennoch realitätsgetreuen Raum können mehrere Anwender gleichzeitig an ihrer eigenen Anlage ihre SPS-Programmkenntnisse erproben und erweitern.

Herbert Beesten ist Geschäftsführer der Tarakos GmbH, Magdeburg.