Einleitung

Mit PLC-Lab 3D Studio kann ein 3D-Modell eines mechatronischen Systems in einen digitalen Zwilling umwandeln, der sich mit einer realen SPS, einer Software-SPS oder anderen Systemen koppeln lässt.

Dieser digitale Zwilling ermöglicht es, beliebige Lernszenarien zu erstellen oder Steuerungsprogramme bereits vor der Inbetriebnahme zu testen.

Lernszenarien sind dabei virtuelle mechatronische Anlagen oder Maschinen, die realitätsnah nachgebildet werden. Der Hauptzweck dieser Szenarien ist das Erlernen der SPS-Programmierung: Lernende – wie Schüler, Studierende oder Auszubildende – erhalten die Aufgabe, ein SPS-Programm für die Anlage zu entwickeln. Mithilfe des 3D-Modells lässt sich das erstellte Programm anschließend praxisnah testen und optimieren – ganz ohne reale Hardware. Dadurch können Fehler analysiert, Funktionen überprüft und Steuerungsabläufe anschaulich nachvollzogen werden.

Typische Einsatzorte der Software sind Schulen, Ausbildungsabteilungen in Unternehmen, SPS-Schulungen sowie interne und externe Trainings rund um die Automatisierungstechnik.

Bild: Logo 'Blender' und Logo 'PLC-Lab 3D Studio'

Für die Erstellung des 3D-Modells empfehlen wir die kostenlose 3D-Software Blender, da PLC-Lab 3D Studio keinen eigenen 3D-Editor besitzt. Wenn Sie bereits 3D-Modelle besitzen, können Sie diese in Blender importieren (Dateiformat OBJ, FBX oder 3MF) und als Grundlage für Ihr 3D-Modell verwenden. In naher Zukunft bieten wir auch Tutorials für andere CAD-Software (Fusion 360, SolidWorks, Inventor, FreeCAD) an.

Bild: Ein Blender 3D-Modell wird konvertiert in einen digitalen Zwilling

Im Lieferumfang von PLC-Lab 3D Studio ist eine 3D Bibliothek und ein Plugin für Blender enthalten, die eine Vielzahl nützlicher 3D-Objekte bereitstellt – wie Schalter, Lampen, Bedienpanels, Förderbänder, Zylinder, Pick&Place-Stationen, Wassertanks u.v.m. Mit dem Blender-Plugin lassen sich Skills per Knopfdruck bei den ausgewählten Objekten einfügen.

PLC-Lab 3D Studio richtet sich besonders an den Einsatz in der Aus- und Weiterbildung – beispielsweise für Lernfabriken oder kleinere mechatronische Schulungsmodelle.

Beispiele:

• Lernfabriken von Festo, Fischertechnik, Köster Systemtechnik, Lucas Nülle
• Festo MPS-Stationen
• Schlittenmodell der IHK-Abschlussprüfung Mechatroniker Teil 1/2
• Bändermodell der IHK-Abschlussprüfung Elektroniker für Automatisierungstechnik Teil 2

Systemvoraussetzungen

• Windows 10 oder 11
• Dezidierte Grafikkarte
• Prozessor mit mindestens 4 Kernen
• Mindestens 16 GB RAM

Theme Hell	Theme Dunkel

Bild: PLC-Lab 3D Studio mit Skill-Manager (links) und Eigenschaften-Fenster (rechts). Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern. Das Theme (Hell oder Dunkel) kann über die Statusbar (Bildschirmrand unten) mit der Maus umgeschaltet werden.

Kompatibilität

Unterstützte Importformate:

• FBX (eignet sich besonders für den Einsatz mit der kostenlosen 3D-Modellierungssoftware Blender)
• ... es folgen noch andere Formate

Anforderungen an die CAD-Datei.

CAD Konstruktions-Software verwenden.

Die erstellte 3D-Simulation kann mit folgenden Systemen gekoppelt werden:

• Siemens Steuerungen (S7-300/400/1200/1500, LOGO!)
• Siemens Soft-SPS (PLCSIM S7-300, PLCSIM S7-1200, PLCSIM S7-1500, PLCSIM Advanced)
• Steuerungen mit OPC/UA-Schnittstelle
• Steuerungen mit MQTT-Unterstützung
• Python-Code über MQTT
• Allen-Bradley Steuerungen
• Grafcet-Studio von MHJ-Software
• WinSPS-S7 (AWL, FUP, KOP) von MHJ-Software

Wie funktioniert es?

Die 3D-Konstruktion des Modells erfolgt in einer geeigneten CAD-Software. Möchten Sie 3D-Objekte mit Skills (Fähigkeiten) ausstatten, erhalten diese eine entsprechende Kennzeichnung im Objektnamen.
Diese Kennzeichnung kann zusätzlich zum bestehenden Objektnamen ergänzt werden. Für die Software Blender bieten wir ein Plugin an. Mit diesem Plugin lassen sich die verschiedenen Skills ohne Tipparbeit einfügen.

Beispiele für Objektkennzeichnungen:

• Leuchtmelder: {Lamp}
• Zylinderstange: {Drive-2-Point} (ermöglicht lineare Bewegung)
• Förderband-Oberfläche: {Conveyor}

Symbolikdatei

Um die 3D-Objekte mit einer Steuerung zu verbinden, wird eine Symbolikdatei benötigt. Diese enthält die Variablen (Symbole, Tags), über die die Skills mit Ein- und Ausgangsoperanden verknüpft werden. Die Datei kann manuell erstellt oder importiert werden.

Der Workflow

So entsteht aus einer CAD-Datei eine lauffähige 3D-Simulation:

1. Legen Sie einen neuen Projektordner auf der Festplatte an.
2. Erstellen Sie darin eine Symbolikdatei mit den benötigten Ein- und Ausgängen.
3. Konstruieren Sie Ihr mechatronisches Modell mit Blender und kennzeichnen Sie relevante Objekte mit Skills mit dem Blender-Plugin.
4. Exportieren Sie die Konstruktion als FBX-Datei.
5. Öffnen Sie die Datei mit dem PLC-Lab 3D Studio.
6. Konfigurieren Sie die Skills im 3D Studio. Nachdem ein Objekt mit Skills konfiguriert wurde, sollte der Objektname in Blender nicht mehr geändert werden. Sonst gehen die Konfigurationen verloren.
7. Wählen Sie ein geeignetes Device (SPS oder Soft-SPS) aus und starten Sie die Simulation im RUN-Modus zur Funktionsprüfung.

In den Tutorials werden alle Schritte praxisnah erklärt und durchgeführt.