Mechatronic Simulation Wall

Mit der Option Mechatronic Simulation Wall (MSW) für den PLC-Lab 3D Player ist eine Multi-User 3D-Simulation möglich.

Die Multi-User 3D-Simulation ist mit der 3D-Anlage Nr 029 möglich, die aus vier Stationen besteht:

In der Realität hat hier jede Station eine eigene SPS. Der Vorteil liegt auf der Hand:

  • Jede Station ist für sich funktionsfähig und kann von einem Schüler/Studenten unabhängig von den anderen Stationen bearbeitet werden.
  • Nachdem das Programm für jede Station erstellt und getestet wurde, können alle Stationen im Verbund getestet werden und die Lernfabrik ist komplett.
  • Bei der Gesamt-Simulation aller 4 Stationen können Probleme mit dem Materialfluss (z.B. Stau von Werkstücken) auftreten, die zusammen im Team gelöst werden müssen.

Die Mechatronic Simulation Wall bildet genau diesen Aufbau digital nach.

Dieser gemeinsame Prozess ist für die Teilnehmer hoch motivierend und lehrreich.

Daraus ergeben sich weitere Vorteile:

  • unbeaufsichtigtes Arbeiten an der (virtuellen) Anlage ist möglich
  • preiswerter als die Anschaffung des realen Modells
  • gefahrloses Arbeiten an der (virtuellen) Anlage
  • ein vorhandenes reales Modell kann durch die virtuelle Anlage ergänzt werden
  • Lernende können zuerst mit dem virtuellen Modell arbeiten und dann an das reale Modell herangeführt werden

Um das reale Modell gleichwertig nachzubilden besteht die MSW aus folgenden Komponenten:

  • 4 Bildschirme: Jede Station wird durch einen eigenen Bildschirm dargestellt.
  • 4 SPS-Einheiten: Jede Station hat eine eigene SPS oder Soft-SPS.
  • 4 PCs: Jede Station hat einen eigenen PC auf dem PLC-Lab 3D Player gestartet ist.
  • Die PCs sind über ein Netzwerk miteinander verbunden und tauschen Daten aus.

Info

Die MSW ist ein optionales Feature von PLC-Lab 3D Player und kann mit dem Artikel "Mechatronic Simulation Wall" erworben werden.

Installation

Die MSW besteht aus 4 PCs. Installieren Sie auf jedem PC die Software PLC-Lab 3D Player. Aktivieren Sie die Software mit Ihrer Seriennummer über den Lizenzmanager (Schlüssel-Icon oben rechts). Beenden Sie die Software und starten Sie sie erneut. Wenn die Seriennummer die Option MSW enthält, sehen Sie in der Statusleiste diese Information:

Einrichtung

Drücken Sie in der Menüleiste das Icon Einstellungen. Hier finden Sie die Einstellungen für die Mechatronic Simulation Wall:

Einstellung Beschreibung
Station Nr Welche Station repräsentiert der PC? (1-4)
Server IP Welche IP-Adresse hat der PC mit der Station Nr. 1?
Server Port Welcher Port soll für die Kommunikation verwendet werden. Default:8081
EA synchronisieren:
EA Sync einschalten Sollen Ein- und Ausgänge synchronisiert werden, um Informationen zwischen den Stationen austauschen zu können?
EA Sync Adresse Die Eingangs- und Ausgangsadresse für die Synchronisierung. Default: 500
Anzahl Bytes Wie viele Bytes sollen synchronisiert werden. Default: 20

Beispielkonfiguration:
Angenommen der PC, der für die 1. Station verwendet wird, hat die IP-Adresse 192.168.2.176 und als Port wird 8081 verwendet. Dann ist die Konfiguration wie folgt:

PC Notwendige Einstellung
PC für Station Nr 1 Station Nr: 1, IP: 192.168.2.176, Port: 8081
PC für Station Nr 2 Station Nr: 2, IP: 192.168.2.176, Port: 8081
PC für Station Nr 3 Station Nr: 3, IP: 192.168.2.176, Port: 8081
PC für Station Nr 4 Station Nr: 4, IP: 192.168.2.176, Port: 8081

Da der 1. PC immer den Server bereitstellt, muss bei allen PCs die IP-Adresse 192.168.2.176 eingestellt werden.

Mit diesem Befehl können Sie in der Windows-Konsole (CMD) prüfen, wie die IP-Adresse des PCs lautet:

ipconfig | findstr /i "IPv4"

In der Regel ist die erste ausgegebene Zeile die IP-Adresse des PCs.

Mit diesem Befehl können Sie in der Windows-Konsole (CMD) prüfen, ob ein Port belegt ist:

netstat -ano | findstr "8081"

8081 mit dem Port ersetzen, den Sie prüfen möchten. Wenn nichts ausgegeben wird, ist der Port frei.

Mit diesem Befehl kann der Prozess ermittelt werden, der den Port belegt:

tasklist | findstr "5076"

5076 mit der PID (Process Identifier) ersetzen, die Sie prüfen möchten.

Einschalten der MSW

Um die MSW zu starten, Klicken Sie auf den Schalter links neben der Schrift MSW in der Statusleiste. Auf dem PC für die Station Nr. 1 wird immer der Server für die MSW gestartet- zusätzlich wird ein Client gestartet. Auf den anderen 3 PCs wird nur ein Client gestartet. Wenn beim Einschalten keine Probleme auftreten, dann färbt sich die Schrift "MSW" grün. Auch die Zahlen "1", "2", "3" und "4" färben sich grün, wenn der entsprechende PC verbunden ist.

Wenn die MSW eingeschaltet ist, dann wird der Materialfluss überwacht und gesteuert. Des Weiteren werden die Eingangs- und Ausgangsdaten zwischen den Stationen synchronisiert, wenn dies eingeschaltet ist.

Beispiel Anzeigen in der Statusleiste auf dem PC für die Station Nr. 1:

Links: MSW ist eingeschaltet und Station 1 ist verbunden. Mitte: MSW ist eingeschaltet und Station 1 und 2 sind verbunden. Rechts: MSW ist eingeschaltet und alle 4 Stationen sind verbunden.

Die '1' ist im Bild gelb hervorgehoben. Dies spiegelt die Stationsnummer-Einstellung. Die Bilder stammen demnach von dem PC mit der Stations-Nr '1'. In der rechten Darstellung ist die MSW komplett eingeschaltet und bereit.

Nach dem Einschalten der MSW werden auf den PCs immer nur 1 Station angezeigt. Je nach Station-Nr wird automatisch die jeweilige Station angezeigt.

Info

Eine stationsübergreifende Simulation ist nur möglich, wenn die MSW auf jedem PC aktiviert ist und sich alle Stationen im RUN-Zustand befinden.

Ausschalten der MSW

Erneutes Drücken des Schalters in der Statusleiste schaltet die MSW wieder aus.

Info

Wenn der PC Nr 1 (Station Nr 1) ausgeschaltet wird, dann wird auch der Sever ausgeschaltet. Wenn sich die anderen PCs noch im MSW-Modus befinden, dann kommt es zu einem Kommunikationsfehler, weil der Server nicht mehr erreichbar ist. Es erscheint eine entsprechende Fehlermeldung.

Device konfigurieren

Die Mechatronic Simulation Wall kann mit verschiedenen Geräten von verschiedenen Herstellern betrieben werden. Hier ein Beispiel bei Verwendung des TIA Portals von Siemens.

S7-1200 oder S7-1500: Bei Verwendung des TIA Portals empfehlen wir den Einsatz einer realen S7-1200 Steuerung. Da die physischen Ein- und Ausgänge nicht benötigt werden, kann bereits die CPU 1212C verwendet werden. Die Onboard E/A werden dabei nicht verwendet. Alternativ können Sie eine reale S7-1500 Steuerung ohne Signalbaugruppe einsetzen. PLC-Lab 3D Player und das TIA Portal verbinden sich über TCP/IP mit der Steuerung. Im PLC-Lab 3D Player wählen Sie dann das entsprechende Gerät S7-1200 oder S7-1500 aus. In den Verbindungseinstellungen tragen Sie die IP-Adresse der Steuerung ein. Bei vorhandenen EA-Baugruppen muss das Aktualisieren des Prozessabbildes der Eingänge über das TIA Portal in der SPS deaktiviert werden.

PLCSIM Advanced: Wenn Sie Lizenzen für PLCSIM Advanced besitzen, ist diese Soft-SPS ebenfalls eine gute Wahl. In diesem Fall müssen Sie der Instanz eine freie IP-Adresse zuweisen. Der PLC-Lab 3D Player verbindet sich über den Instanznamen mit der Soft-SPS, während das TIA Portal von einer anderen Workstation aus über TCP/IP zugreifen kann. Im PLC-Lab 3D Player wählen Sie dann das Gerät PLCSIM-Advanced aus. In den Verbindungseinstellungen muss der Instanzname von PLCSIM-Advanced eingetragen werden.

Simulation einzelner Stationen

Um im späteren Verlauf die gesamte Anlage zu simulieren, ist es wichtig, dass jede Station korrekt programmiert ist. Jede Station sollte zuerst eigenständig simuliert werden und dies sicherzustellen. Dazu schalten Sie die MSW aus und wählt die gewünschte Station aus. In den Einstellungen können Sie festlegen, dass nur 1 Station angezeigt wird:

  1. Wählen Sie die richtige Station aus (auf PC 1 die 1. Station wählen).
  2. Öffnen Sie die Ansicht-Einstellungen
  3. Entfernen Sie den Haken bei Alle Stationen anzeigen

Simulation aller Stationen

Um eine stationsübergreifende Simulation zu starten, müssen alle PLC-Lab 3D Player Instanzen auf RUN geschaltet sein. Eine funktionierende Anlage setzt voraus, dass jede einzelne Station korrekt programmiert ist.

Jetzt kann geprüft werden:

  • Funktionieren die einzelnen Stationen?
  • Funktioniert der Materialfluss zwischen den Stationen? Kein Stau?

Um einen Materialstau zu vermeiden, kann die 1. Station auf eine Freigabe von der 2. Station warten. Die einzelnen Stationen können über das SPS Programm Daten austauschen.

Datenaustausch zwischen den Stationen

Jede Station kann durch das Schreiben von Ausgängen stationsübergreifend Informationen bereitstellen. Die Adressen und die Anzahl der Bytes können eingestellt werden. Bei Annahme, dass die Sync-Adresse auf 500 und die Anzahl der Bytes auf 20 eingestellt ist:

Station Nr Ausgangsadresse Spiegelung der Daten in den Eingangsadressen
1 Ausgang 500-519 Eingang 500-519
2 Ausgang 500-519 Eingang 520-539
3 Ausgang 500-519 Eingang 540-559
4 Ausgang 500-519 Eingang 560-579

In der Tabelle sehen Sie, dass jede Station die Informationen immer in die Ausgangsadressen 500-519 die Daten schreibt. Die Spiegelung der Daten in den Eingangsadressen erfolgt automatisch und für jede Station in einem eigenen Bereich.

Welche Daten in den Ausgängen bereitgestellt werden, ist im SPS-Programm der jeweiligen Station festgelegt. Hier müssen sich die einzelnen Teams entsprechend absprechen.

Beispiel:

Die Station 2 soll die Information bereitstellen, dass das Band durch ein Werkstück belegt ist. Das SPS-Programm in Station 2 schreibt in den Ausgang A500.0 den Wert True, wenn das Band belegt ist. Alle Stationen können nun diesen Wert im Eingang E520.0 lesen. (Weil die Informationen von Station 2 ab Adresse 520 gespiegelt werden)

Die MechatronicSimulationWall übernimmt die Synchronisation der Daten zwischen den Stationen.

Inbetriebnahme der Mechatronic Simulation Wall

Lesen Sie hier, wie man die Mechatronic Simulation Wall nach der Installation auf Funktion prüft und in Betrieb nimmt.

  1. Installation der Software PLC-Lab 3D Player auf allen 4 PCs. Siehe oben unter Installation.
  2. Konfigurieren Sie die Einstellungen für die Mechatronic Simulation Wall auf jedem PC. Siehe oben unter Einrichtung.
  3. Starten Sie die Mechatronic Simulation Wall auf allen 4 PCs. Siehe oben unter Einschalten der MSW. Wichtig dabei ist, dass Sie die MSW zuerst auf dem PC für die Station Nr. 1 einschalten. Ansonsten ist der MSW-Server nicht verfügbar und die Stationen können sich nicht mit dem Server verbinden.
  4. Auf den Bildschirmen der PCs 1-4 sollten nun von links nach rechts folgende Stationen zu sehen sein: Magazin, Bearbeitung, Prüfen und Sortieren.
  5. Prüfen Sie auf jedem PC, ob die Statusleiste die korrekte Anzeige zeigt. Siehe oben unter Einschalten der MSW. Die Schrift MSW und die Ziffern 1, 2, 3 und 4 sollten grün hinterlegt sein.
  6. Selektieren Sie auf allen PCs das Device Autopilot und starten Sie mit RUN die Simulation. Drücken Sie auf jeder Station im Bedienpanel den roten Taster (Not-Aus-Relais zurücksetzen), klicken Sie auf den Knebelschalter um den Automatikbetrieb zu selektieren und drücken Sie den grünen Start-Taster. Der grüne Taster sollte jetzt leuchten. Damit ist der Automatikbetrieb eingeschaltet.
  7. Prüfen Sie jetzt nochmals: Ist auf jedem PC die MSW eingeschaltet? In der Statusleiste muss MSW und 1234 grün hinterlegt sein. Leuchtet auf jedem PC der grüne Start-Taster?
  8. In der Station Magazin klicken Sie auf ein weißes Werkstück. Damit wird es in das Magazin eingelegt und auf das Band geschoben.
  9. Materialfluss prüfen: Das Werkstück wird nach rechts transportiert. Erreicht das Werkstück das Bandende, sollte es verschwinden und das gleiche Werkstück sollte in der Station Bearbeiten (2. PC) auf dem Band (Band-Anfang) wieder auftauchen. Das Werkstück sollte jetzt bearbeitet werden und anschließend in der Station Prüfen und schlussendlich in der Station Sortieren landen. Ist das der Fall gewesen, dann funktioniert der gemeinsame Materialfluss.
  10. EA-Synchronisierung prüfen: Angenommen die Synchronisierungsadress ist auf Adresse 500 eingestellt: Bei jeder Station schreibt der Autopilot in das AB500 den Wert der Stations-Nummer (1-4). Wenn die Synchronisierung korrekt funktioniert, dann sollte dies in den Eingangsbytes gespiegelt werden: EB500=1, EB520=2, EB540=3 und EB560=4. Um dies zu prüfen, kann die Konsole geöffnet werden. Klicken Sie in der Statusleiste auf Console und es öffnet sich ein Fenster. Geben Sie hier den Befehl ein: info.syncTest. Daraufhin werden die Werte der Eingangsbytes angezeigt. Wenn die Werte korrekt sind, dann funktioniert die Synchronisierung.
  11. Damit ist die Mechatronic Simulation Wall einsatzbereit und kann für die Lernsituation verwendet werden.

Jetzt müssen Sie sich noch entscheiden, welches Device (SPS) Sie für die einzelnen Stationen verwenden möchten. Siehe oben unter Device konfigurieren.

Interessante Eigenschaften der Mechatronic Simulation Wall

  • Jede Station ist unabhängig: Jede Station kann unterschiedlich programmiert werden: Station 1 kann z.B. über PLCSIM Advanced gesteuert werden und Station 2 über eine reale S7-1200 Steuerung.
  • Wenn nur 3 Schüler/Studenten mit der MSW arbeiten kann die 4. Station vom Device Autopilot gesteuert werden bzw. die 4. Station kann ausgeschaltet bleiben.
  • Es können auch nur die ersten 2 Stationen verwendet werden und die letzten 2 Stationen können ausgeschaltet sein.
  • Oder die ersten 2 Stationen werden mit der MSW betrieben und die letzten 2 Stationen werden für eine andere Simulation verwendet.
  • Der Materialfluss funktioniert nur wenn nach einer Station die logisch richtige Station folgt. Es kann also nicht von der Station Magazin direkt in die Station Sortieren transportiert werden.
  • Wenn die Mechatronic Simulation Wall in einem Raum mit mehr als 4 Programmierstationen installiert ist, könnte man sich abstimmen, wer als nächstes eine Station der MSW verwenden darf. Da jede Station mit einer eigenen SPS ausgestattet ist, kann man sich von jedem Programmier-PC mit der MSW über Ethernet verbinden.

Lernsituation

Der empfohlene Ablauf für die Lernsituation ist:

  1. Aufteilung der Schüler/Studenten in 4 Gruppen (1 Gruppe pro Station, je Gruppe 2 Personen).
  2. Jede Gruppe programmiert die eigene Station. Zuerst den Handbetrieb und anschließend den Automatikbetrieb.
  3. Jede Gruppe testet die eigene Station. MSW ist ausgeschaltet.
  4. Gemeinsame Simulation aller Stationen. MSW ist eingeschaltet. Funktioniert der Ablauf ohne Stau? Der Ablauf sollte funktionieren, ohne absichtliche Pausen einzubauen.
  5. Fehleranalyse und Behebung von Störungen (Stau) über die geteilten Eingangsadressen.
  6. Nochmalige Simulation aller Stationen. Funktioniert der Ablauf jetzt reibungslos?

Bei der Anlage Nr 029 haben die einzelnen Stationen verschiedene Schwierigkeitsgrade:

Aufsteigend nach Schwierigkeitsgrad sortiert:

  • Station Magazin (digital)
  • Station Sortieren (digital)
  • Station Prüfen (digital und analog)
  • Station Bearbeitung (digital, analog, umfangreiche Wendestation)

Die Aufgabenbeschreibung der einzelnen Stationen können über das Icon Info angezeigt werden.

Hinweis: Die Variablenliste für die Programmierung kann über die Stationseinstellungen exportiert werden und muss nicht manuell erstellt werden.

Weitere Informationen