DE19703090C2 - Übungsgerät für eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Übungsgerät für eine speicherprogram­ mierbare Steuerung (SPS) nach der Gattung des Anspruchs 1. Bis­ her mußte eine solche Steuerung an die zu steuernde Anlage oder Maschine angeschlossen werden, um entweder die Maschine oder An­ lage oder die Steuerung zu testen oder daran zu üben. Neben dem hier erforderlichen großen Aufwand bestand insbesondere beim Ü­ ben die Gefahr, daß durch Fehlbedienungen oder Fehlfunktionen die Maschine oder Anlage beschädigt wurde.

Aus der DE 42 36 247 ist zwar bereits eine Einrichtung zur Pro­ grammierung und Bedienung einer speicherprogrammierbaren Steue­ rung für eine Maschine oder dergleichen bekannt, bei der eben­ falls eine Nachbildung auf dem Bildschirm eines Computers er­ folgt, jedoch betrifft dort diese Nachbildung lediglich die Be­ dienungseinheit für die speicherprogrammierbare Steuerung. Diese bekannte Einrichtung dient lediglich zum Programmieren und Um­ programmieren der speicherprogrammierbaren Steuerung, wobei eine Umschaltung zwischen Programmiermodus und Bedienungsmodus mög­ lich ist. Ein Test der speicherprogrammierbaren Steuerung in Verbindung mit der zu steuernden Maschine oder Anlage ist nicht vorgesehen oder aber die speicherprogrammierbare Steuerung muß wiederum mit einer realen Maschine oder Anlage verbunden werden, wobei die eingangs genannten Nachteile auftreten.

Ein aus der DE 44 07 987 A1 bekanntes Prozeßsimulationssystem für speicherprogrammierbare Steuerungen der eingangs genannten Gattung enthält keine Projekt- bzw. Programmbibliothek, durch die eine simulierte Maschine oder Anlage erstellt oder modifiziert werden kann. Beispielsweise können auf dem Bildschirm darge­ stellte fiktive Aktoren und Sensoren nicht wirklichkeitsgetreu durch Steuersignale betätigt werden bzw. es können keine ent­ sprechenden Sensorsignale und Rückmeldungen an die speicherpro­ grammierbare Steuerung abgegeben werden. Weiterhin sind auch keine Mittel zur Veränderung, Hinzufügung und Entfernung von Ak­ toren und Sensoren vorgesehen, so daß die Übungsmöglichkeiten relativ umständlich sind und ein wirklichkeitsgetreues Betreiben und Verändern einer solchen Anlage zu Übungszwecken oder Test­ zwecken kaum oder nur unzulänglich realisierbar ist.

Ein aus der DE 34 31 076 C2 bekanntes Verfahren und eine Anord­ nung zur Simulation einer Prozeßsteuerung für Schulungs- und Ausbildungszwecke verwendet Simulatoren zum Aufbau einer zu steuernden fiktiven Anlage oder Maschine. Der Aufbau durch ein­ zelne Simulationsschaltungen arbeitet und wirkt zum einen von der Darstellung und vom Funktionsablauf her wenig wirklichkeits­ getreu und vermittelt dem Betreiber auch keine wirklichkeitsge­ treue Wiedergabe der simulierten Maschine und Anlage. Es ist weiterhin nicht möglich, Aktoren und Sensoren schnell und ein­ fach zu verändern, hinzuzufügen und zu entfernen bei gleichzei­ tiger automatischer Anpassung der entsprechenden Funktionen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Übungsgerät für eine speicherprogrammierbare Steuerung zu schaf­ fen, bei dem auf eine reale zu steuernde Anlage oder Maschine vollständig verzichtet werden kann und bei dem dennoch reali­ tätsnahe Übungen und Tests auf einfache Weise möglich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Übungsgerät können alle Funktionen und Komponenten der zu betreibenden Maschine oder Anlage wirklich­ keitsgetreu getestet werden, bzw. an dieser Maschine oder Anlage kann wirklichkeitsgetreu geübt werden, ohne daß die reale Anlage oder Maschine selbst dazu erforderlich wäre. Diese Maschine oder Anlage wird erfindungsgemäß auf dem Bildschirm des Computers bzw. im Computer emuliert und kann wie eine reale Maschine oder Anlage betrieben werden, d. h. die auf dem Bildschirm dargestell­ te Maschine oder Anlage reagiert auf Steuerbefehle wie eine rea­ le Maschine oder Anlage und der Computer gibt auch entsprechend dem Betriebszustand in der Darstellung reale Sensorsignale an die speicherprogrammierbare Steuerung ab. In vorteilhafter Weise können dabei durch die Projektbibliothek auch verschiedene Ma­ schinen oder Anlagen realisiert werden, so daß Tests und Übungen mit verschiedenen speicherprogrammierbaren Steuerungen möglich sind, die jeweils für verschiedene Maschinen oder Anlagen vorge­ sehen sind. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit der Verän­ derung und Modifikation der jeweils auf dem Bildschirm mittels einer Projektbibliothek dargestellten Maschine oder Anlage, wo­ durch auch in einfacher Weise Aktoren und Sensoren verändert, hinzugefügt und entfernt werden können. Hierdurch können schnel­ le Anpassungen durchgeführt oder Variationen getestet werden. Die Emulation der zu steuernden Maschinen oder Anlagen ist ge­ nauso unabhängig von der jeweiligen speicherprogrammierbaren Steuerung, wie die zu steuernden Anlagen selbst. Die Anwender­ programme müssen nicht konvertiert werden, da die Programme für den Emulator und die Anlage völlig gleich sind. Diese Emulation mit dem erfindungsgemäßen Übungsgerät bietet allen Anwendern die gleiche Arbeitsweise wie bei der Inbetriebnahme einer realen Ma­ schine oder Anlage. Die Arbeitsweise der Emulation ist daher sehr leicht zu verstehen. Das Übungsgerät eignet sich nicht nur zum Test von speicherprogrammierbaren Steuerungen oder zu Übun­ gen an speicherprogrammierbaren Steuerungen sondern kann auch als Vorführgerät für Fachberater und Kunden eingesetzt werden. Es können auch sehr kritische Situationen und Abläufe emuliert werden, die bei einer realen Anlage zu Beschädigungen oder De­ fekten führen könnten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführte Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Übungsgeräts möglich.

In vorteilhafter Weise sind Mittel zur Simulation von manuellen Eingriffen der jeweils auf dem Bildschirm dargestellten Maschine oder Anlage vorgesehen. Besonders einfach und schnell ausführbar werden Manipulationen, wenn die Mittel zur Simulation, Verände­ rung und Modifikation als mit dem Computer in Wirkverbindung stehende Maus ausgebildet sind. Eine Demontage eines Aktors oder eines Sensors kann beispielsweise durch einfaches Anklicken mit dem Mauszeiger erfolgen. Das entsprechende Sensorsignal ver­ schwindet dann sofort von der Schnittstelle.

Im Computer ist zweckmäßigerweise ein Programm zur Nachbildung des mechanischen und physikalischen Verhaltens der jeweils abgebildeten Maschine oder Anlage enthalten, so daß die Tests oder Übungen sehr wirklichkeitsnah durchgeführt werden können.

Zur Auswahl der gewünschten Maschine oder Anlage sind insbeson­ dere als Menüsteuerung ausgebildete Mittel vorgesehen, so daß ein einfacher und schneller Wechsel zwischen verschiedenen zu steuernden Maschinen oder Anlagen möglich ist.

Zusätzlich können noch in vorteilhafter Weise Steuermittel zur Abbildung einer Bedienungsstation oder von Bedienungselementen für die jeweils ausgewählte Maschine oder Anlage vorgesehen sein, wobei auch die entsprechenden Bedienelemente in vorteil­ hafter Weise über den Mauszeiger betätigt werden können.

Die Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle enthält Schraubklemmen oder Steckverbindungen zum Anschluß der speicherprogrammierba­ ren Steuerung, so daß diese wie an eine reale Maschine ange­ schlossen werden kann. Die Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle be­ sitzt noch einen Signalumsetzer, um eine entsprechende Umset­ zung der Signale der speicherprogrammierbaren Steuerung in für den Computer verwertbare Signale und umgekehrt zu bewirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine an einen Computer angeschlossene speicherprogrammierbare Steuerung in einer schematischen Dar­ stellung, wobei auf dem Bildschirm des Computers eine zu steuernde Maschine und ein entsprechendes Bedienpult abgebildet sind.

Bei dem in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist an einem Computer 10 in üblicher Weise ein Bildschirm 11, eine Tastatur 12 und eine Maus 13 angeschlossen. Bei diesem Computer handelt es sich beispielsweise um einen PC. Weiterhin ist eine üblicherweise an einem solchen Computer 10 angeordnete serielle oder parallele Schnittstelle 14 über eine Eingangs- /Ausgangs-Schnittstelle 15 mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung 16 verbunden, die im folgenden verkürzt mit SPS 16 bezeichnet wird. Diese SPS 16 dient zur Steuerung einer Ma­ schine oder einer Anlage und wird so an die Eingangs-/Ausgangs- Schnittstelle 15 angeschlossen, wie wenn es sich hierbei um die zu steuernde Maschine oder Anlage handelt würde, d. h. der An­ schluß erfolgt über nicht dargestellte Schraubklemmen oder Steckverbindungen.

Die Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle 15 dient zur Umsetzung der Steuersignale der SPS 16 an die erforderlichen Signalpegel für den Computer 10 und umgekehrt zur Umsetzung von im Computer 10 erzeugten Sensorsignale an den für die SPS 16 erforderlichen Signalpegel.

Der Computer 10 und seine Komponenten stellen ein Übungsgerät dar, mit Hilfe dessen die SPS 16 getestet oder vorgeführt wer­ den kann oder mit Hilfe dessen an der SPS 16 geübt werden kann. Der Computer 10 enthält dabei in Form von Software eine Projektbibliothek, die verschiedene Maschinen oder Anlagen enthält (es kann auch nur eine sein), die von der jeweiligen SPS 16 ge­ steuert werden sollen. Mit Hilfe der Tastatur 12 oder der Maus 13 wird über ein Menüprogramm die zur jeweiligen SPS 16 gehö­ rende Maschine oder Anlage ausgewählt, die dann auf dem Bild­ schirm 11 erscheint. Im vorliegenden Falle zeigt der Bildschirm 11 eine Werkzeugmaschine 17 und eine entsprechende Bedienungs­ station 18. Diese kann auch entfallen, wenn sie in realer Form an der SPS 16 angeordnet ist.

Ein im Computer 10 enthaltenes Emulationsprogramm bildet das mechanische und physikalische Verhalten der Werkzeugmaschine 17 oder einer anderen durch das Menü ausgewählten Maschine oder Anlage wirklichkeitsgetreu nach, so daß jeweils auf einen ent­ sprechenden Steuerbefehl seitens der SPS 16 hin die entspre­ chende Bewegung oder Reaktion an der abgebildeten Werkzeugma­ schine 17 wirklichkeitsgetreu erfolgt. Solche Bewegungen oder Reaktionen sind beispielsweise Drehbewegungen von Spannfuttern, Betätigungen von Arbeitszylindern, Schrittmotoren und Vorschü­ ben, Werkzeugeinstellungen und Auswechselungen sowie bei kom­ fortablen Ausführungen auch die Auswirkungen und Einwirkungen auf zu bearbeitende Werkstücke. Entsprechend den gesteuerten Bewegungen erzeugt das Emulationsprogramm Sensorsignale und gibt sie über die Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle 15 an die SPS 16 ab. Auch die Erzeugung dieser Sensorsignale erfolgt wirklichkeitsgetreu, so daß die SPS 16 arbeitet, wie wenn sie an einer realen Maschine angeschlossen wäre. Solche Sensorsi­ gnale sind beispielsweise Drehgeschwindigkeiten, Vorschubgeschwindigkeiten, Endschalterbetätigungen, Temperaturen, Positi­ onssignale oder dergleichen.

Die Bedienung der SPS 16 erfolgt entweder durch eine nicht dar­ gestellte Bedienungstastatur oder durch nicht dargestellte Be­ dienungselemente an der SPS 16 oder über die Bedienungsstation 18 auf dem Bildschirm 11. Diese kann beispielsweise mittels ei­ nes Mauszeigers 19 durch die Maus 13 oder durch die Tastatur 12 bedient werden. Die entsprechenden Bedienungssignale werden dann über die Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle 15 der SPS 16 zugeführt und lösen dort die entsprechenden Steuersignale aus. Alternativ oder zusätzlich kann über die Bedienungsstation 18 auch direkt auf die dargestellte Werkzeugmaschine 17 eingewirkt werden, wobei die ausgelösten Bewegungen der SPS 16 gemeldet und von dieser kontrolliert werden.

Eine Betätigung von Aktoren an der Werkzeugmaschine 17, bei­ spielsweise von Arbeitszylindern, Vorschubantrieben oder Dreh­ antrieben kann auch direkt durch den Mauszeiger 19 erfolgen, indem dieser auf den entsprechenden Aktor gerichtet und die Be­ tätigung durch ein entsprechendes Anklicken der Maus 13 ausge­ löst wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt der Maus­ zeiger 19 auf einen Arbeitszylinder 20. Hierdurch können ma­ nuelle Eingriffe auf den Bewegungsablauf der Werkzeugmaschine 17 emuliert werden.

Der Mauszeiger kann auch dazu verwendet werden, die dargestell­ te Werkzeugmaschine 17 oder eine andere ausgewählte Maschine oder Anlage zu verändern und zu modifizieren. Beispielsweise können Aktoren und Sensoren hinzugefügt oder entfernt werden, indem der Mauszeiger 19 jeweils darauf gerichtet und die Maus in einer bestimmten Weise betätigt wird, z. B. Betätigung der linken und/oder rechten Maustaste, Doppelklick oder derglei­ chen. Wird ein Sensor oder ein entsprechender Aktor entfernt, so entfällt dadurch automatisch das entsprechende Sensorsignal und das Emulationsprogramm geht nunmehr von einer Werkzeugma­ schine ohne diesen Sensor oder Aktor aus. Auf ähnliche Weise kann ein Aktor oder Sensor hinzugefügt werden, wobei das Emu­ lationsprogramm dann automatisch das zugehörige Sensorsignal erzeugt.

In weiterer Ausbildung kann das Emulationsprogramm auch einen Tongenerator ansteuern, um entsprechend den dargestellten Bewe­ gungen die zugehörigen Geräusche zu erzeugen. Die mechanischen Eigenschaften der realen Anlagen, wie z. B. ein Stau von Werk­ stücken bei einer Station, eine Bewegungsbehinderung eines Rundschalttisches oder dergleichen können im Emulationsprogramm ebenfalls berücksichtigt werden.

Die Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle 15 kann in an sich bekann­ ter Weise auch optische Anzeigeelemente, wie Leuchtdioden auf­ weisen, um die Anschlußkonfiguration und/oder die jeweils an­ liegenden Signale zu visualisieren.

Claims (8)

1. Übungsgerät für eine speicherprogrammierbare Steue­ rung (SPS), die über eine Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle (15) mit einem Computer (10) verbindbar ist, welcher zur Dar­ stellung wenigstens einer durch die speicherprogrammierbare Steuerung (16) wirklichkeitsgetreu auf einem Bildschirm (11) zu betreibenden Maschine (17) oder Anlage ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer (10) Steuermittel zur wirklichkeitsgetreuen Betätigung von Aktoren (20) in der jeweiligen Darstellung durch die seitens der speicherprogram­ mierbaren Steuerung (16) an der Eingangs-/Ausgangs-Schnitt­ stelle (15) angelegten entsprechenden Steuersignale sowie Mittel zur Bildung von wirklichkeitsgetreuen Sensorsignalen von in der Darstellung vorhandenen Sensoren besitzt, wobei diese Sensorsignale über die Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle (15) der speicherprogrammierbaren Steuerung (16) zuführbar sind, und daß Mittel zur Veränderung und Modifikation der je­ weils auf dem Bildschirm (11) mittels einer Projektbibliothek dargestellten Maschine (17) oder Anlage vorgesehen sind, die zur Veränderung, Hinzufügung und Entfernung von Aktoren (20) und Sensoren ausgebildet sind.

2. Übungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Mittel zur Simulation von manuellen Eingriffen vor­ gesehen sind, die zur manuellen Bedienung von Einzelelementen ausgebildet sind.

3. Übungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel als mit dem Computer in Wirkverbin­ dung stehende Maus (13) ausgebildet sind.

4. Übungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß im Computer (10) ein Pro­ gramm, insbesondere ein Emulationsprogramm, zur Nachbildung des mechanischen und physikalischen Verhaltens der jeweils abgebildeten Maschine oder Anlage enthalten ist.

5. Übungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere als Menüsteue­ rung ausgebildete Mittel zur Auswahl der gewünschten Maschine (17) oder Anlage vorgesehen sind.

6. Übungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel zur Abbildung einer Bedienungsstation (18) oder von Bedienungselementen für die jeweils ausgewählte Maschine (17) oder Anlage vorgesehen sind.

7. Übungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs-/Ausgangs- Schnittstelle (15) Schraubklemmen oder Steckverbindungen zum Anschluß der speicherprogrammierbaren Steuerung (16) auf­ weist.

8. Übungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs-/Ausgangs- Schnittstelle (15) einen Signalumsetzer, insbesondere eine Signalanpassungsstufe besitzt.