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Aufbau virtueller Versuchsanlagen und deren Nutzung in Lehrveranstaltungen zur Steuerungs- und Regelungstechnik

Beschreibung

Themengebiete: Lehre und Didaktik, Mensch-Maschine-Interaktion, Modellbildung und Simulation


1 Motivation
In der Ingenieursausbildung ist die Arbeit an Anlagen und Maschinen ein wesentlicher Baustein, um die Anwendbarkeit, Möglichkeiten und Grenzen der in der Theorie vermittelten Methoden an praktischen Problemstellungen zu erproben und einschätzen zu lernen. Dafür werden an vielen Hochschulen Versuchsanlagen eingesetzt. Errichtung und Betrieb solcher Anlagen sind typischerweise mit hohem Aufwand verbunden. Daher scheitert der Aufbau neuer Versuchsanlagen oder die Erweiterung bestehender Labore häufig an begrenzten Räumlichkeiten und den Investitions- und Betriebskosten, wenngleich eine Aktualisierung der Lehrinhalte eine Anpassung der Versuchsanlagen erfordert. In dieser Situation kann der Aufbau einer virtuellen Anlage eine sinnvolle Ergänzung des bestehenden Labors sein. Doch was genau ist eine virtuelle Anlage? Was ist für deren Entwicklung nötig? Welche Infrastruktur wird gebraucht? Was kostet der Aufbau? Welche Vor- und Nachteile haben virtuelle Anlagen gegenüber realen Versuchsanlagen? Dieser Beitrag beschreibt an einem Beispiel die Erfahrungen der Autoren und gibt dabei Antworten auf die zuvor gestellten Fragen.

2 Inhalt
Der Beitrag ist in drei Teile gegliedert. Im ersten Teil wird die Entwicklung der virtuellen Aufzugsanlage erläutert (s. Abb. 1). Für den Aufbau der virtuellen Anlage wurde die Software Unity eingesetzt. Dynamische Komponenten müssen in Unity über Verhaltensmodelle sowie Schnittstellen für die Kommunikation zwischen der virtuellen Anlage und einer Steuerung (in diesem Fall einer Soft-SPS) programmiert werden. Die virtuelle Anlage kann damit als unabhängige Datei auf einem beliebigen PC ausgeführt werden. Die Beschreibung der Entwicklung der virtuellen Anlage schließt mit einer Abschätzung der Kosten und erklärt in Form einer Checkliste das für die Entwicklung nötige Knowhow.
Im zweiten Teil erfolgt eine Live-Demonstration des virtuellen Aufzugs, wie sie z.B. im Rahmen eines Praktikums zur Steuerungstechnik aussehen könnte. Es wird ein Industrie-PC der Firma Beckhoff an die Anlage angeschlossen und die Soft-SPS mit einer einfachen Steuerung konfiguriert.
Der dritte Teil des Beitrags beschreibt die Erfahrungen an der virtuellen Aufzugsanlage, die im Rahmen von Übungen und Praktika sowohl digital wie auch in Präsenz gemacht wurden. Im Vergleich zu realen Versuchsanlagen werden weitere Vorteile (Kopierbarkeit, Erweiterbarkeit, Simulation von Fehlern, …) und Nachteile (ungenaue Approximation realen Verhaltens, Orientierung im virtuellen Raum, …) virtueller Anlagen beleuchtet.
Der Beitrag endet mit einem Ausblick auf die Entwicklung weiterer virtueller Anlagen, die spezielle Anforderungen für den Einsatz in regelungstechnischen Praktika erfüllen müssen.


Die Veranstaltung findet in Kooperation mit der FH Bielefeld statt.

Vortragende

M. Sc. Moaid Othman

Anlagen
Ausführliche Infos: Aufbau virtueller Versuchsanlagen und deren Nutzung in Lehrveranstaltungen zur Steuerungs- und Regelungstechnik

Auf einen Blick

Datum
29.11.2022
Uhrzeit
16:00 - 17:30 Uhr
Organisation
Ostwestfalen-Lippe Bezirksverein e.V.
Künstliche Intelligenz
Ansprechperson
bv-owl@vdi.de
Ort
Magristrale der FH Bielefeld
Interaktion 1
33619 Bielefeld
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