aiMOOC

IGH-Baugruppenprüfung in Biberach – Bedienerhandlungen im Prüfstand simulieren

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Einleitung

In diesem vollständigen aiMOOC lernst du, wie eine Bedienanforderung in einem ausschließlich digitalen Lehrprüfstand als nachvollziehbare Abfolge künstlicher Eingangssignale und erwarteter Anzeigeausgänge geprüft wird. Dabei trennst du konsequent die Simulation einer Anforderung von jeder realen Bewegung eines Krans. Du entwickelst ein Zustandsmodell, formulierst Prüfbedingungen, testest fehlerhafte Abläufe und dokumentierst Ergebnisse. Du arbeitest nur mit den hier definierten synthetischen Daten und ausdrücklich bezeichneten Funktionsmodellen.

Zielgruppe: Auszubildende im zweiten Ausbildungsjahr der Berufe Elektroniker für Geräte und Systeme, Mechatroniker und Fachinformatiker. Die Zuordnung zum Ausbildungsjahr ist eine redaktionelle Lernempfehlung; stimme sie mit Ausbildungsbetrieb und Berufsschule ab.

Sicherheits- und Geltungshinweis: Dieser Kurs ist ergänzendes Lernen, kein offizieller Liebherr-Lehrgang und kein Ersatz für Betriebsanweisungen, Gefährdungsbeurteilungen, Sicherheitsnachweise oder Prüfpläne. Eine reale Maschine oder ein realer Prüfstand darf nur nach betrieblicher Unterweisung und unter qualifizierter Anleitung entsprechend den örtlichen Freigaben bedient werden. Kein hier beschriebener Zustand, kein Simulationssignal und keine bestandene Aufgabe erteilt eine reale Betriebs-, Bewegungs- oder Sicherheitsfreigabe. Die beschriebenen Signale sind keine Herstelleradressen und keine belegten IGH-Schnittstellen.

Praxisbezug und sichere Abgrenzung

Was ist für Biberach belegt?

Der undatierte IGH-Herstellerbericht „Turmdrehkrane“ beschreibt den langjährigen Einsatz von IGH-Prüfsoftware bei der Liebherr-Kransparte am Standort Biberach an der Riß. Genannt werden Prüfstände für Elektrobaugruppen, Komponenten und Hauptbaugruppen sowie die Simulation von Einsatzbedingungen und Bedienerhandlungen. Der Bericht beschreibt die digitale Erfassung und Protokollierung von Prüfwerten. Ein Publikationsdatum der berichteten Betriebssituation ist dort nicht angegeben.

Nachweisgrenze: Aus dem Bericht folgen weder konkrete Signalnamen oder Adressen noch eine Softwareversion, der Hersteller einzelner Lehrprüfstände, reale Grenzwerte, eine freigegebene Bediensequenz oder sicherheitstechnische Eigenschaften. All diese Angaben bleiben unbekannt. Unser nachfolgender Lehrprüfstand ist eine frei erfundene, isolierte Lernsimulation und kein Abbild der Biberacher Anlage. Ein zusätzlicher IGH-Fallbericht „Baugruppenprüfung“ erläutert allgemein die Simulation von noch nicht verbauten Restsystemen bei Fahrzeugkranen; dieser andere Fall darf nicht als spezifischer Nachweis einer Biberacher Konfiguration ausgegeben werden.

Drei Ebenen nicht verwechseln

Ebene	Beispiel	Nachweis und Grenzen
Bedienanforderung	„Bei vorliegender Testbereitschaft soll ein virtueller Startimpuls eine Anzeige verändern.“	Fachlich zu interpretierender Wunsch; noch kein elektrisches Signal
Simuliertes Eingangssignal	I_START_IMPULS wird im Lehrmodell kurz auf 1 gesetzt.	Reine Information in einer Offline-Testumgebung
Beobachtete Modellreaktion	O_AKTIV_ANZEIGE wird nach dem vorgesehenen Zustandsübergang 1.	Virtuelle Anzeige; weder Aktorbewegung noch Maschinenfreigabe

Merksatz: Ein gesetztes Simulationsbit ist kein gedrückter realer Taster; eine virtuelle Aktiv-Anzeige ist keine Bewegung des Turmdrehkrans. „Erfolgreich simuliert“ ist nicht gleich „sicherheitsgeprüft“.

Medienbeispiel: öffentlich dokumentiertes industrielles Bedienfeld einer Presse, nicht der Prüfstand in Biberach. Erkenne Anzeigen, Bedienelemente und mögliche Fehlinterpretationen. Bildnachweis im OER-Abschnitt.

Arbeitsauftrag und Rollen

Als Elektronikerin oder Elektroniker beurteilst du Signalplausibilität und Baugruppenbezug; als Mechatronikerin oder Mechatroniker analysierst du die Trennung zwischen Logik, Aktorik und mechanischer Wirkung; als Fachinformatikerin oder Fachinformatiker modellierst du Zustände, Prüfsequenzen, Datenqualität und Fehlerprotokolle. Alle drei Perspektiven müssen das gleiche Prüfziel und die gleichen Sicherheitsgrenzen verstehen. Die Wörter „bereit“, „aktiv“ und „Störung“ bezeichnen in diesem Kurs ausschließlich Anzeigezustände einer Beispielsoftware.

Bedienwünsche in prüfbare Signale übersetzen

Von natürlichsprachlichen Anforderungen zu Testbedingungen

Eine gute Testanforderung enthält Vorbedingung, Ereignis, erwartete Beobachtung, Sperrbedingung und Nachweis. Beispiel: „Gegeben: virtueller Prüfling vorhanden und didaktische Freigabe gesetzt. Wenn im Lehrmodell eine neue Startflanke eintrifft, dann wechselt die Anzeige von BEREIT zu AKTIV_SIM. Sobald eine virtuelle Störung ansteht, zeigt das Modell STÖRUNG statt AKTIV_SIM an.“ Kein Satz gestattet damit reale Kranausgänge.

Prüfbar formuliert	Nicht ausreichend formuliert
„Bei I_STOER_SIM=1 ist allein O_STOER_ANZEIGE=1.“	„Im Fehlerfall soll alles sicher sein.“
„I_START_IMPULS löst nur bei BEREIT und einer steigenden Flanke den Anzeigenwechsel aus.“	„Start muss immer funktionieren.“
„Nach Wegfall der Störung bleibt das Modell bis I_QUITTIER_SIM in STÖRUNG.“	„Nach dem Fehler geht es weiter.“

Vollständig synthetische Signalliste

Die Bezeichner I_* und O_* sind didaktische Variablennamen; 0 und 1 sind nur logische Zustände. Es werden keine Klemmen, Spannungen, Bussysteme, Herstelleradressen, Antriebe oder Sicherheitskreise angeschlossen.

Typ	Signalname	Bedeutung des Lehrmodells	Beispielinterpretation
Eingang	I_PRUEFLING_DA	Virtueller Prüfling als vorhanden markiert	1 = Modellobjekt vorhanden
Eingang	I_FREIGABE_SIM	Didaktische Bedingung für den Anzeigenwechsel	1 = virtuelle Vorbedingung, keine reale Freigabe
Eingang	I_START_IMPULS	Virtuelles Start-Ereignis	Nur 0-zu-1-Wechsel gilt als neue Startflanke
Eingang	I_STOP_SIM	Virtuelle Stoppanforderung	1 = Anzeige-Aktivität beenden
Eingang	I_STOER_SIM	Virtuelles Störereignis	1 = Fehlerzustand vorrangig setzen
Eingang	I_QUITTIER_SIM	Virtuelle Bestätigung	1 = quittieren erst nach beseitigter Störung
Ausgang	O_BEREIT_ANZEIGE	Modellanzeige Bereitschaft	1 genau im Zustand BEREIT
Ausgang	O_AKTIV_ANZEIGE	Modellanzeige aktive Simulation	1 genau im Zustand AKTIV_SIM
Ausgang	O_STOER_ANZEIGE	Modellanzeige Fehler	1 genau im Zustand STÖRUNG

Es existiert absichtlich kein Bewegungs-, Motor- oder Kran-Freigabeausgang im Lehrmodell. Die Modellvariablen dienen nur als Übungsdaten.

Eindeutige Signalzuordnung und Wahrheitstabelle

Verwechsele nicht den Eingangsvektor (Ursache) mit dem Ausgangsvektor (Beobachtung). Ein Testprogramm setzt ausschließlich erlaubte Offline-Eingangsvariablen, liest die Modellanzeigen und vergleicht sie mit dem Soll. Beispiel für O_AKTIV_ANZEIGE als reine Zustandsdekodierung:

Zustand	O_BEREIT_ANZEIGE	O_AKTIV_ANZEIGE	O_STOER_ANZEIGE
RUHE	0	0	0
BEREIT	1	0	0
AKTIV_SIM	0	1	0
STÖRUNG	0	0	1

Das eigene Lehrschema des Informationsflusses lautet: „Anforderung → Testfall → künstlicher Eingang → Zustandsautomat → rein virtuelle Ausgabe → Soll-Ist-Vergleich → Protokoll“. Der Pfeil bezeichnet Datenaustausch im Offline-Modell, keine mechanische Wirkung.

Allgemeine SPS-Geräte zur begrifflichen Einordnung von Ein- und Ausgängen; keines dieser Geräte wird hier verbunden oder einer IGH-Anlage zugeschrieben.

Ergänzungsvideo (Englisch): „What is a PLC? (90 sec)“, RealPars. Es erklärt das Grundprinzip Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe; es ist keine IGH-Dokumentation. Quelle und Veröffentlichungsnachweis im OER-Abschnitt.

Zustandsautomat und simulierte Bedienfolge

Zustände, Flanken und Prioritäten

Ein Zustandsautomat beschreibt, wie eine Eingangsfolge in definierte Folgezustände übergeht. Unser Modell startet in RUHE. Wenn I_PRUEFLING_DA und I_FREIGABE_SIM beide 1 sind, wird es BEREIT. Ausschließlich eine neue steigende Flanke auf I_START_IMPULS kann aus BEREIT den Zustand AKTIV_SIM auslösen. I_STOP_SIM führt aus BEREIT oder AKTIV_SIM zur Anzeige BEREIT zurück. Eine virtuelle Störung führt aus allen nicht gestörten Zuständen nach STÖRUNG; dieser Zustand bleibt gespeichert, bis die Störung auf 0 zurückgesetzt, die Bedingungen wieder gegeben und I_QUITTIER_SIM betätigt wird.

Prioritätsregel (explizit nur für dieses Lehrmodell): Zuerst wird der gespeicherte Fehlerzustand behandelt. In STÖRUNG ist ausschließlich „Fehler weg, Prüfling da, didaktische Freigabe und Quittierung“ der erlaubte Übergang nach BEREIT. In allen anderen Zuständen hat I_STOER_SIM Vorrang vor Wegfall der Voraussetzungen, dieser vor I_STOP_SIM, und Stopp hat Vorrang vor Start. Deshalb darf I_START_IMPULS=1 zusammen mit I_STOP_SIM=1 niemals die Anzeige AKTIV_SIM erzeugen. Ein dauerhaftes Startsignal enthält ohne neue Flanke keinen weiteren Startimpuls.

Ausgangszustand	Bedingung / Ereignis (Lehrmodell)	Folgezustand	Warum?
RUHE	I_PRUEFLING_DA=1 und I_FREIGABE_SIM=1, keine Störung	BEREIT	Modellvoraussetzungen erfüllt
BEREIT	steigende Flanke I_START_IMPULS, keine höhere Priorität	AKTIV_SIM	Nur die virtuelle Aktiv-Anzeige wird gesetzt
AKTIV_SIM	I_STOP_SIM=1, keine Störung	BEREIT	Simulationsaktivität wird beendet
RUHE, BEREIT oder AKTIV_SIM	I_STOER_SIM=1	STÖRUNG	Fehleranzeige hat Vorrang
STÖRUNG	I_STOER_SIM=0, I_PRUEFLING_DA=1, I_FREIGABE_SIM=1, I_QUITTIER_SIM=1	BEREIT	Bewusste Modellquittierung
STÖRUNG	Störung weg, aber Quittierung fehlt	STÖRUNG	Fehler bleibt im Modell gespeichert
BEREIT oder AKTIV_SIM	Prüfling oder didaktische Freigabe fehlt, keine Störung	RUHE	Voraussetzung entfällt
BEREIT	Start und Stopp gleichzeitig, keine Störung	BEREIT	Stoppsignal hat Vorrang

Dieses Zustandsdiagramm ist eine selbst entwickelte didaktische Spezifikation; es bildet keine herstellerseitige Sicherheits- oder Antriebslogik ab.

Allgemeines Symbolbeispiel eines Zustandsdiagramms (andere Inhalte als unser Lehrmodell). Zeichne als eigene Leistung vier Knoten RUHE, BEREIT, AKTIV_SIM, STÖRUNG und beschrifte Übergänge.

Bediensequenz durchspielen

Beginne mit allen Eingängen auf 0. Setze zunächst I_PRUEFLING_DA=1 und I_FREIGABE_SIM=1; das Modell zeigt BEREIT. Erzeuge dann eine kurze 0-zu-1-Flanke an I_START_IMPULS; das Modell zeigt AKTIV_SIM. Setze den Start danach wieder auf 0. Wenn I_STOER_SIM=1 gesetzt wird, erlischt die Aktiv-Anzeige und allein STÖRUNG wird angezeigt. Ein Quittiersignal während anstehender Störung bleibt wirkungslos. Erst wenn I_STOER_SIM=0 ist und eine neue I_QUITTIER_SIM-Anforderung bei erfüllten Voraussetzungen anliegt, kehrt das Modell zu BEREIT zurück. Danach kann ein neues Startereignis ausgewertet werden.

Schritt	Synthetischer Eingriff	Erwartete Modellanzeige	Fachliche Deutung
A	alle Eingänge 0	RUHE	Anfangsbedingungen fehlen
B	Prüfling da, Freigabe_SIM=1	BEREIT	Modellbedingungen erfüllt
C	neue Startflanke	AKTIV_SIM	Nur eine simulierte Bedienanforderung verarbeitet
D	I_STOER_SIM=1	STÖRUNG	Vorrangregel schaltet Anzeige um
E	I_QUITTIER_SIM=1 bei weiter bestehender Störung	STÖRUNG	Quittierung wirkungslos
F	Störung löschen, Quittierung erst loslassen und neu setzen	BEREIT	Bestätigter Rückweg

Typische Fehler: Pegel und Flanke verwechseln; die Ausgänge nicht gegenseitig verriegeln; bei Störung den Aktiv-Ausgang stehen lassen; automatisch nach Fehlerende neu starten; Quittierung ohne Fehlerbehebung akzeptieren; Testsoftware mit realem Kran verbinden.

Lernbild zur logischen Verschaltung von Kontakten und Ausgängen. Die Darstellung ist ein allgemeines SPS-Grundschema und keine Implementationsanleitung für reale Kransicherheit.

Fremdes Unterrichtsbeispiel geordneter Zustandsphasen: Die Analogie hilft beim Denken in Übergängen, ist aber weder eine Kransteuerung noch unser Prüfablauf.

Prüfplan, Auswertung und Fehlerdiagnose

Testfälle aus Bedingungen ableiten

Ein positiver Test zeigt die Sollreaktion bei gültigen Vorbedingungen. Ein negativer Test prüft, dass eine unerlaubte Eingangsfolge keine aktive Modellanzeige erzeugt. Ein Grenzfalltest untersucht gleichzeitig eintreffende Ereignisse oder fehlende Quittierung. Jede Beobachtung braucht Ausgangszustand, Eingangsänderung, erwarteten Zustand, tatsächliche Anzeige und Vergleichsurteil.

ID	Simulierte Vorbedingung und Handlung	Erwartung im Lehrmodell
T01	Start aus RUHE ohne virtuelle Voraussetzungen	RUHE, alle Anzeigen 0
T02	Prüfling vorhanden und I_FREIGABE_SIM=1	BEREIT
T03	Startflanke aus BEREIT	AKTIV_SIM
T04	Startpegel bleibt auf 1, kein neues Ereignis	AKTIV_SIM ohne zweiten Übergang
T05	Stopp aus AKTIV_SIM	BEREIT
T06	Virtuelle Störung aus AKTIV_SIM	STÖRUNG, Aktiv-Anzeige 0
T07	Quittierung bei I_STOER_SIM=1	bleibt STÖRUNG
T08	Störung beseitigt, aber Quittierung fehlt	bleibt STÖRUNG
T09	Neue Quittierung nach Fehlerende mit gültigen Bedingungen	BEREIT
T10	Prüfling aus BEREIT virtuell entfernt	RUHE
T11	Startflanke aus RUHE bei fehlender Voraussetzung	RUHE
T12	Start- und Stoppsignal gemeinsam aus BEREIT	BEREIT

Für T06 gehört ausdrücklich die Prüfung dazu, dass O_AKTIV_ANZEIGE=0 ist. Die Reihenfolge der Testfälle ist ein Übungsvorschlag; setze vor unabhängigen Tests den Modellzustand definiert zurück, sonst beeinflussen sich Vorbedingungen. Prüfe die Störverriegelung außerdem bei wiederholten Quittierversuchen. Reproduzierbarkeit bedeutet gleiche Eingangsfolge und gleiche Modellversion führen zu gleichen Sollbeobachtungen.

Zeitraster, Kennzahlen und Diagramm

Rechne nur mit erfundenen Übungswerten. Eine Offline-Simulation verwendet in diesem Beispiel ein frei gewähltes Beobachtungsraster von Δt=50 ms und sechs Beobachtungsschritten: T=6 · 50 ms=300 ms. Das ist kein Herstellerzyklus, keine garantierte Steuerungsreaktionszeit und kein sicherheitstechnischer Nachweis. Kommt ein virtuelles Ereignis kurz nach einer Abtastung, darf ein Test nicht aus einem einzelnen unveränderten Wert schließen, dass die Funktion fehlerhaft ist. Lege die Beobachtungsfenster ausdrücklich für das Lehrmodell fest und dokumentiere sie.

Rechenbeispiel Abdeckung: Von zwölf spezifizierten Testfällen sind elf bestanden. Der einfache Bestehensanteil beträgt 11 / 12 · 100 % = 91,67 %. Diese Zahl ist weder eine Risikobewertung noch ein Sicherheitszertifikat. Das vollständige Soll- und Ist-Protokoll ist aussagekräftiger als die Quote allein.

Eigene textuelle Zeitdarstellung	0 ms	50 ms	100 ms	150 ms	200 ms
I_PRUEFLING_DA	0	1	1	1	1
I_FREIGABE_SIM	0	1	1	1	1
I_START_IMPULS	0	0	1	0	0
Erwarteter Zustand	RUHE	BEREIT	AKTIV_SIM	AKTIV_SIM	AKTIV_SIM
O_AKTIV_ANZEIGE	0	0	1	1	1

Dieses selbst erstellte Timing-Diagramm als Tabelle illustriert getrennte Eingangsänderung und beobachtete Ausgabe. Alle Zeiten und Werte sind synthetisch.

Fehlerbild und strukturiertes Protokoll

Test	Vorzustand	Eingabe	Soll	Ist (synthetisch)	Urteil
T06	AKTIV_SIM	I_STOER_SIM wechselt 0 → 1	STÖRUNG: [0,0,1]	STÖRUNG: [0,1,1]	Nicht bestanden

Die Ausgangsreihenfolge in eckigen Klammern lautet [Bereit, Aktiv, Störung]. Der Fehler liegt nicht im Bedienwunsch, sondern in der unvollständigen Modellreaktion: Aktiv und Störung sind gleichzeitig sichtbar. Prüfe zuerst Datenerfassung und Zustandsdekodierung. Ein möglicher didaktischer Softwarefehler ist eine fehlende Aktualisierung von O_AKTIV_ANZEIGE nach dem Zustandswechsel. Die Korrektur besteht darin, die drei Anzeigen ausschließlich aus einem aktuellen Zustand abzuleiten; danach müssen mindestens T03, T05, T06, T07 und T09 erneut geprüft werden.

Fotobeispiel eines realen Not-Halt-Bedienelements; genau deshalb darf ein im Simulator gezeichneter Knopf niemals als Nachweis für eine funktionsfähige Sicherheitskette betrachtet werden. Dieses Bild ist nicht aus Biberach.

Ergänzungsvideo (Englisch): „How to use PLC Simulator Online“, coding_plc. Dient der Veranschaulichung einer allgemeinen Offline-Simulation, nicht der Bedienung von IGH-Prüfsoftware; eine ältere Programmoberfläche ist im Video möglich.

Berufstypischer Modellfall mit vollständiger Lösung

Auftrag: sichere Anforderungskette am reinen Softwaremodell

Ausgangssituation (100 % synthetisch): Eine fiktive Ausbildungsgruppe soll vor dem Einbau einer elektrischen Baugruppe eine reine Bildschirmsimulation auswerten. Der virtuelle Prüfling wird als vorhanden markiert. Eine didaktische Freigabe setzt BEREIT. Eine neue Startanforderung aktiviert nur eine Anzeige; ein Störsignal hat Vorrang. Ein gesperrtes oder fehlerhaftes Modell darf kein „bestanden“ erhalten. Es gibt keine angeschlossene Maschine, keinen Aktor und keine gültige Betriebsfreigabe.

Arbeitsauftrag: Formuliere vier Akzeptanzkriterien, definiere die sechs I-Signale und drei O-Signale, erstelle die vier Modellzustände, führe acht Testfälle aus, analysiere einen protokollierten Fehler und dokumentiere einen korrigierten Retest. Die Annahme für die fiktive erste Testserie lautet: sieben Tests bestehen; nur „Störung bei aktivem Modell“ zeigt gleichzeitig O_AKTIV_ANZEIGE=1 und O_STOER_ANZEIGE=1.

Musterlösung: Kriterien und Testablauf

Kriterium K1: Ohne I_PRUEFLING_DA und I_FREIGABE_SIM bleibt RUHE. K2: Nur eine neue Startflanke aus BEREIT löst AKTIV_SIM aus. K3: Störung verdrängt Aktiv und setzt allein die Störanzeige. K4: Das Ende der Störung löst ohne neue Quittierung keinen Wiederanlauf aus.

Die sechs Eingänge heißen I_PRUEFLING_DA, I_FREIGABE_SIM, I_START_IMPULS, I_STOP_SIM, I_STOER_SIM und I_QUITTIER_SIM. Die drei Ausgänge heißen O_BEREIT_ANZEIGE, O_AKTIV_ANZEIGE und O_STOER_ANZEIGE. Die Zustände sind RUHE, BEREIT, AKTIV_SIM und STÖRUNG; die Ausgangstabelle aus Kapitel 2 ist verbindlich für dieses Lehrmodell.

Modellfall-Test	Ablauf ab definiertem Zustand	Erwartete reine Modellanzeige	Erste Durchführung
M1	RUHE, fehlende Voraussetzungen, Start	RUHE	bestanden
M2	RUHE, beide Voraussetzungen auf 1	BEREIT	bestanden
M3	BEREIT, neue Startflanke	AKTIV_SIM	bestanden
M4	AKTIV_SIM, Stopp	BEREIT	bestanden
M5	AKTIV_SIM, Störung	STÖRUNG mit Aktiv=0	nicht bestanden
M6	STÖRUNG, quittieren bei anstehender Störung	STÖRUNG	bestanden
M7	STÖRUNG, Störung gelöscht, Quittierung fehlt	STÖRUNG	bestanden
M8	STÖRUNG, Fehler gelöscht, Voraussetzungen erfüllt, neue Quittierung	BEREIT	bestanden

Auswertung der ersten Serie: 7 / 8 · 100 %=87,5 % Bestanden-Anteil. Das Resultat ist wegen M5 nicht freigegeben, unabhängig von der Quote. Ursachenhypothese: O_AKTIV_ANZEIGE wird beim Wechsel nach STÖRUNG nicht neu berechnet. Lehrmodell-Korrektur: Nach jedem Zustandsübergang die drei Ausgabevariablen genau nach Zustands-Tabelle neu setzen, andernfalls alle drei auf 0 als definierte Ausgangslage. Der Zustandsautomat darf nicht automatisch aus STÖRUNG in AKTIV_SIM springen.

Retest: M5 mit Vorzustand AKTIV_SIM und I_STOER_SIM=1 ergibt nun [0,0,1]. Wiederhole M1 bis M8, um Seiteneffekte aufzudecken. Nach acht bestandenen Tests beträgt der synthetische Bestehensanteil 8 / 8 · 100 %=100 %. Auch dieser Wert ist nur eine Aussage über acht Offline-Modellprüfungen, nicht über einen realen Kran.

Muster-Prüfbericht und Bewertungsraster

Feld	Ausgefülltes Beispiel (Lehrdaten)
Objekt	Virtuelles Baugruppenmodell V-LERN-01, ohne Maschinenverbindung
Prüfziel	Bedienwünsche in simulierte Eingangssignale und erwartete Anzeigezustände übersetzen
Versionsstand	Lehrmodell 1.0, nach didaktischer Korrektur 1.1
Fehlerticket	SYN-05: Aktiv-Anzeige bleibt bei virtueller Störung an
Befund	Erste Serie 7/8, Retest 8/8, Fehler reproduziert und im Lehrmodell behoben
Weiteres Vorgehen	Didaktische Dokumentation abgeben; keine Aussage über reale Einsatzfähigkeit

Bewertungsbereich	Maximalpunkte	Für volle Punktzahl erforderlich
Sicherheitsgrenzen und Quellenkritik	20	Lehrmodell, kein echter Kran, keine erfundenen Freigaben oder Herstellerdaten
Akzeptanzkriterien und Signaldefinitionen	15	vier beobachtbare Kriterien und eindeutig definierte synthetische I/O
Zustände, Prioritäten, Verriegelung	20	vier Zustände, Fehlerpriorität, Quittierungsbedingung, keine Aktiv-Störung-Überlagerung
Testfallmatrix und Abdeckung	20	acht reproduzierbare, positiv und negativ begründete Testfälle
Fehlersuche, Korrektur, Retest	15	Soll-Ist-Abweichung, Hypothese, Gegenprobe, dokumentierter Retest
Prüfbericht und Zusammenarbeit	10	verständliche Tabelle, nachvollziehbare Version, klare Verantwortlichkeiten
Gesamt	100	80+ Punkte als rein didaktischer Beispiel-Maßstab, keine betriebliche Qualifizierung

Beispielbewertung: 20+14+18+18+14+9=93 von 100 Punkten. Die Punkte dürfen die dokumentierte M5-Nichtkonformität vor dem Retest nicht aufheben. Frage zum Transfer: Warum genügt bei sicherheitskritischer Technik selbst eine fehlerfreie Offline-Serie niemals als Beleg für den realen Anlagenbetrieb?

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Wissen

Was wird im Lehrprüfstand durch I_START_IMPULS simuliert? (Eine digitale Bedienanforderung ohne reale Kranbewegung) (!Die Freigabe eines realen Kranantriebs) (!Die Prüfung einer echten Sicherheitssteuerung) (!Die Bestätigung eines Herstellerprüfprotokolls)

Welche Aussage zum IGH-Herstellerbericht ist belegt? (Er beschreibt simulierte Bedienerhandlungen an Prüfständen in Biberach) (!Er nennt die hier verwendeten Variablennamen) (!Er veröffentlicht eine IGH-Softwareversion für den Unterricht) (!Er genehmigt den Betrieb eines Lehrkrans)

Unter welcher Bedingung wechselt das Modell von BEREIT nach AKTIV_SIM? (Bei einer neuen Startflanke ohne höherrangige Sperre) (!Sobald irgendein Eingang auf 1 steht) (!Automatisch unmittelbar nach einer quittierten Störung) (!Wenn eine reale Kranbewegung erkannt wurde)

Welche Ausgabe ist bei Zustand STÖRUNG vorgesehen? (Nur die virtuelle Störanzeige hat den Wert 1) (!Bereit und Aktiv stehen gleichzeitig auf 1) (!Alle Ausgänge stehen auf 1) (!Die virtuelle Aktiv-Anzeige bleibt immer auf 1)

Wie reagiert das Modell bei Start und Stopp zugleich aus BEREIT? (Es bleibt wegen der Stopppriorität in BEREIT) (!Es wechselt zwingend nach AKTIV_SIM) (!Es erteilt eine reale Bewegungsfreigabe) (!Es ignoriert beide Signale für immer)

Was bedeutet eine Quittierung bei weiterhin anstehender virtueller Störung? (Der Fehlerzustand bleibt erhalten) (!Die Simulation startet unverzüglich neu) (!Die Störung ist fachlich sicher behoben) (!Das reale Kranaggregat kann wieder fahren)

Welche Dokumentation macht den Test nachvollziehbar? (Ausgangszustand Eingaben Soll Ist und Urteil je Testfall) (!Nur eine Prozentzahl bestandener Tests) (!Allein der Dateiname des Simulators) (!Ein Foto ohne Zeitpunkt oder Signalbezug)

Wozu dient ein negativer Testfall? (Er prüft eine bewusst unerlaubte Eingangsfolge und die erwartete Sperre) (!Er ersetzt jede Sicherheitsprüfung am realen Gerät) (!Er testet nur den perfekten Normalablauf) (!Er wird ohne Sollwert protokolliert)

Wie hoch ist der Bestehensanteil bei sieben von acht erfolgreichen Offline-Tests? (87,5 Prozent) (!12,5 Prozent) (!80 Prozent) (!98 Prozent)

Welcher Schluss ist aus acht bestandenen Modelltests zulässig? (Das beschriebene Offline-Lehrmodell hat die acht geprüften Erwartungen erfüllt) (!Ein realer Kran ist automatisch betriebsbereit) (!Ein Betriebsprüfplan darf entfallen) (!Die Herstellerschnittstellen wurden vollständig verifiziert)

Memory

Bedingung	Voraussetzung für einen erwarteten Modellübergang
Startflanke	Neuer Wechsel eines logischen Signals von null auf eins
Zustandsautomat	Modell definierter Zustände und Übergangsregeln
Sollwert	Vor dem Test festgelegtes erwartetes Resultat
Istwert	Während der Simulation tatsächlich beobachtetes Resultat
Quittierung	Bewusste Bestätigung nach Wegfall einer virtuellen Störung

Drag and Drop

Ordne die fünf Begriffe den passenden Beschreibungen des ausschließlich digitalen Lehrmodells zu.

Passenden Begriff zuordnen	Bedeutung
RUHE	Modellvoraussetzungen fehlen und sämtliche Anzeigen sind aus
BEREIT	Virtuelle Voraussetzungen sind erfüllt und nur die Bereit-Anzeige leuchtet
AKTIV_SIM	Ein gültiger Startimpuls hat ausschließlich die Aktiv-Anzeige gesetzt
STÖRUNG	Fehleranzeige ist gesetzt und erfordert später eine bewusste Quittierung
Prüfprotokoll	Hält Eingangsfolge erwartete Ausgabe beobachtete Ausgabe und Urteil fest

Kreuzworträtsel

Signal	Digitaler oder analoger Informationsträger in einer Steuerung
Zustand	Definierte Betriebsart eines endlichen Automaten
Prüfplan	Geordnete Sammlung von Testfällen und erwarteten Ergebnissen
Flanke	Wechsel eines logischen Pegels zwischen zwei Abtastungen
Protokoll	Nachvollziehbare Aufzeichnung eines Testergebnisses
Simulation	Rechnergestützte Nachbildung eines Vorgangs ohne reale Kranbewegung

LearningApps

Suche ergänzende, vor einer Nutzung kritisch zu prüfende interaktive Lernangebote zur Simulation von Bedienerhandlungen. Der folgende Link ist eine Themensuche, keine von uns freigegebene Einzel-App:

Lückentext

Eine reale Kranbewegung wird in diesem Kurs durch die Bedienanforderung gerade nicht

. Die Eingaben des Lehrmodells sind ausdrücklich

. Aus RUHE wird nach Vorliegen beider Voraussetzungen die Anzeige

. Eine neue Startflanke darf aus BEREIT nur zur virtuellen Anzeige

führen. Bei einer Modellstörung lautet der Vorrangzustand

. Nach Wegfall einer Störung verlangt das Modell eine bewusste

. Vor dem Versuch formulierte Erwartungswerte heißen

. Eine nachvollziehbare Aufzeichnung der Beobachtung heißt

. Ein bestandener Offline-Test ersetzt keine betriebliche

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die zwölf Aufgaben nur am Papier, in einer Zeichnung, einem Tabellenblatt oder einer vom echten Prüfstand vollständig getrennten Lernsoftware. Zu jeder Aufgabe erhältst du einen Lösungsvorschlag als Selbstkontrolle. Die Lösungen sind Beispiele; fachlich äquivalente Darstellungen sind möglich.

Leicht

Signale: Zeichne die sechs synthetischen Eingänge und drei virtuellen Anzeigen als beschriftete Kästchen. Musterlösung: I_PRUEFLING_DA, I_FREIGABE_SIM, I_START_IMPULS, I_STOP_SIM, I_STOER_SIM, I_QUITTIER_SIM stehen links; O_BEREIT_ANZEIGE, O_AKTIV_ANZEIGE, O_STOER_ANZEIGE rechts; dazwischen befindet sich nur die Softwarelogik.
Simulation: Schreibe drei Sätze, die Simulation, echte Bedienhandlung und reale Kranbewegung auseinanderhalten. Musterlösung: Simulation verändert künstliche Testeingaben; ein realer Taster gehört zur Maschine; aus einer virtuellen Anzeige folgt keine Kranbewegung und keine Freigabe.
Zustandsautomat: Entwirf ein Bild mit den vier Modellzuständen. Musterlösung: RUHE führt bei beiden Voraussetzungen nach BEREIT, eine neue Startflanke weiter zu AKTIV_SIM; Störung führt zu STÖRUNG; nach Fehlerende und Quittierung geht es nach BEREIT.
Prüfprotokoll: Lege eine leere Protokolltabelle mit mindestens sechs Spalten an. Musterlösung: Test-ID, Vorzustand, Eingabe, erwarteter Zustand, beobachteter Zustand und Urteil; sinnvoll sind zusätzlich Modellversion und Kommentar.

Standard

Anforderungsanalyse: Formuliere drei überprüfbare Wenn-dann-Sätze aus der Bedienanforderung „nur bei virtueller Bereitschaft starten“. Musterlösung: Wenn Voraussetzungen fehlen, bleibt RUHE; wenn Bereitschaft gilt und eine neue Startflanke eintrifft, folgt AKTIV_SIM; wenn zugleich Stopp vorliegt, bleibt BEREIT.
Testfall: Erstelle fünf positive und negative Testfälle mit Anfangszustand und Sollausgang. Musterlösung: T01, T02, T03, T05 und T07 aus Kapitel 4 samt ihrer beschriebenen Zustände; negative Fälle prüfen besonders unerlaubte Aktivität.
Wahrheitstabelle: Erstelle die vier Zeilen der Anzeigeausgänge neu und begründe die Ausschließlichkeit. Musterlösung: RUHE=[0,0,0], BEREIT=[1,0,0], AKTIV_SIM=[0,1,0], STÖRUNG=[0,0,1]; jeder Zustand wird eindeutig dekodiert.
Fehlerdiagnose: Erkläre einen Fehlerbericht mit [0,1,1] bei STÖRUNG und schlage einen Offline-Retest vor. Musterlösung: Aktiv und Störung werden gleichzeitig angezeigt, obwohl Soll [0,0,1] lautet; die Zustandsausgänge vollständig neu ableiten und T06, T07, T09 wiederholen.

Schwer

Priorität: Entwirf eine Entscheidungstabelle für Störung, Stoppsignal und Startflanke. Musterlösung: Fehler setzt oder erhält STÖRUNG; ohne Fehler, aber ohne Voraussetzungen folgt RUHE; bei gültigen Voraussetzungen siegt Stopp vor neuer Startflanke; in STÖRUNG bleibt Quittierung erforderlich.
Messdatenanalyse: Berechne den Bestehensanteil für 11 von 12 Fällen und formuliere zwei Grenzen der Aussagekraft. Musterlösung: 11/12 ·100 %=91,67 %; die Quote belegt weder reale Maschinensicherheit noch hinreichende Abdeckung aller Risiken.
Qualitätssicherung: Plane ein kurzes Rollenspiel „Prüfteam“ mit Elektronik, Mechatronik und Informatik und dokumentiere Konflikte. Musterlösung: Elektronik prüft Signalkonsistenz, Mechatronik trennt virtuelle Logik von Bewegung, Informatik prüft Zustands- und Protokollregeln; alle verlangen dieselben Sollzustände und keine reale Freigabe.
Transfer: Verfasse ein einseitiges oder als zweiminütiges Erklärvideo gestaltetes Gutachten, weshalb die Modellprüfung nicht zur Bedienung einer echten Anlage berechtigt. Musterlösung: reale Hardwarekonfiguration, Herstelleranforderungen, Sicherheitsfunktionen, Unterweisung, Zuständigkeiten und betrieblicher Prüfplan sind unbekannt; daher nur digitaler Lernnachweis, niemals Betriebsfreigabe.

Lernkontrolle

Die folgenden zusätzlichen Lernkontrollen verlangen eine Begründung; sie sind unabhängig von den zehn Multiple-Choice-Aufgaben.

Fehlermöglichkeitsanalyse: Beurteile „I_QUITTIER_SIM=1 bei weiterhin anstehendem Fehler“ und begründe den Verbleib in STÖRUNG. Erwartung: Ursache nicht beseitigt; Quittierung allein darf nicht umschalten.
Ablaufplan: Beschreibe die Reihenfolge vom Bedienwunsch zum Prüfbericht. Erwartung: Anforderung klären, Modellannahmen benennen, Soll definieren, Eingangsfolge simulieren, Ist ablesen, vergleichen, protokollieren.
Sicherheitsbewusstsein: Ein Teammitglied behauptet „100 % Modelltests bestanden, also darf der Kran fahren“. Widerlege. Erwartung: Modell deckt nur synthetische Anzeigen ab und ersetzt weder reale Risikoanalyse noch Unterweisung oder Herstellerfreigabe.
Datenkompetenz: Prüfe eine Tabelle mit fehlender Modellversion und leerem Istwert. Erwartung: Kein nachvollziehbares bestandenes Resultat; Wiederholung mit versioniertem Datensatz nötig.
Grenzfall: Sage das Verhalten bei gleichzeitiger Start- und Stoppanforderung voraus. Erwartung: Aus BEREIT bleibt BEREIT; Stopp wird vor Start bewertet.
Ergebnisbewertung: Berechne 7/8 und prüfe, ob eine einzige nicht bestandene Störreaktion übergangen werden darf. Erwartung: 87,5 %; nein, Fehler dokumentieren, korrigieren, erneut testen.
Quellenkritik: Unterscheide zwei belegte Aussagen aus dem IGH-Bericht von zwei nicht belegten Details. Erwartung: Belegt sind Softwareeinsatz in Biberach und Simulation von Bedienhandlungen; nicht belegt sind konkrete Signaladressen und Versionsnummern.

Lernnachweis

Als vollständigen Nachweis reichst du ohne personenbezogene oder vertrauliche Betriebsdaten folgende Produkte ein: eine Seite Anforderungen mit Quellen- und Nachweisgrenzen; eine klar als synthetisch gekennzeichnete Signalliste; ein vierzuständiges Diagramm; eine Wahrheitstabelle; acht bis zwölf ausgefüllte Offline-Testfälle; einen Fehlerbericht mit Soll-Ist-Vergleich, Korrekturhypothese und Retest; die Berechnung eines Bestehensanteils; eine schriftliche Abgrenzung von realen Maschinenfreigaben; eine kurze Reflexion der drei Berufsrollen.

Bewertung: Orientiere dich an dem 100-Punkte-Raster des Modellfalls. Der Lernnachweis gilt nur für die bearbeitete didaktische Simulation. Eine Fachlehrkraft oder betriebliche Ausbilderin bzw. ein Ausbilder bespricht insbesondere die Sicherheitsgrenzen und kann Aufgaben an den Lehrplan anpassen. Keine reale Maschine anschließen; keine realen Steuerungsadressen, Zugangsdaten, Protokolle oder persönlichen Lernendendaten veröffentlichen.

OER und Wikipedia

Quellenlage: IGH Automation – Turmdrehkrane (primärer, undatierter Herstellerbericht über fortlaufende Nutzung der Prüfsoftware in Biberach; keine Details zu Schnittstellen oder Sicherheit). IGH Automation – Baugruppenprüfung (weiterer Herstellerfall zu allgemeiner Restsystemsimulation bei Fahrzeugkranen; nicht mit Biberach gleichsetzen). Wikipedia – Speicherprogrammierbare Steuerung und Wikipedia – Steuerungstechnik vermitteln allgemein den Unterschied von Ein-/Ausgängen, Verarbeitung und Steuerungslogik; sie enthalten keine IGH-Freigaben.

Geprüfte und thematisch zugeordnete Bildquellen: Die Wikimedia-Commons-Dateien sind frei lizenzierte allgemeine Lernillustrationen, keine Fotos der IGH-Biberacher Anlage. Achte auf Namensnennung und die jeweiligen Lizenzbedingungen.

Eingebettete Commons-Datei	Quellenseite	Urheber laut Commons	Lizenz laut Quellenseite
File:SIMPLE CONTROL WITH INDICATOR LIGHTS.jpg	Bild und Beschreibung	Sam D. Wilbur	CC BY-SA 4.0
File:Programmable logic controller.jpg	Bild und Beschreibung	Bisgaard	CC BY-SA 3.0; außerdem GFDL
File:State Machine.jpg	Bild und Beschreibung	Sasichandru	CC BY 3.0
File:Ladder logic diagram.jpg	Bild und Beschreibung	Mithilrkadam	CC BY-SA 4.0
File:Traffic Phases and Stages.png	Bild und Beschreibung	Crookesmoor	CC BY-SA 4.0
File:Emergency stop button on a control panel in a factory.jpg	Bild und Beschreibung	Shixart1985 / Nenad Stojković (Commons-Angaben)	CC BY 2.0

Quellenverwendung: Die Dateinamen wurden anhand ihrer tatsächlichen Commons-Dateiseiten kontrolliert. Die unveränderten Originalbilder werden referenziert; die eigenen Tabellen, der eigene Zustandsautomat und die synthetischen Prüfprotokolle dieses Kurses wurden für diesen Unterricht erstellt und sind keine Herstellerunterlagen. Wenn eine MediaWiki-Installation Commons-Dateien nicht unmittelbar einbindet, verwende die jeweils verlinkten Dateiseiten als Lernbildquelle, ohne eine lokale Datei vorzutäuschen.

Verifizierte Videohinweise (Anschauen/Einbetten, keine OER-Umlizenzierung):

Video/Embed-ID	Verifizierte Quellseite	Veröffentlichender Kanal	Rechtehinweis
https://www.youtube.com/watch?v=ReTtgzN-Dmc	What is a PLC? (90 sec)	RealPars, 06.04.2015	Urheberrecht beim Herausgeber; nur YouTube-Player-Einbettung, keine freie Videolizenz behauptet
https://www.youtube.com/watch?v=Cgd_Or1Mcac	How to use PLC Simulator Online	coding_plc, 08.06.2021	Urheberrecht beim Herausgeber; nur YouTube-Player-Einbettung, keine freie Videolizenz behauptet

Hinweis zur Aktualität: Inhaltliche Grundlagen gelten unabhängig von der Videoversion. Eine gezeigte Bedienoberfläche kann veraltet sein. Beide Videos sind englischsprachige externe Einführungshilfen und keine IGH- oder Liebherr-Bedienanweisung.

Allgemeiner OER-Hintergrundartikel zur SPS auf Deutsch:

Verknüpfte Lernbereiche

Prüftechnik und sichere digitale Simulation

Lernfolge: Erst Grundlagen zur Steuerungstechnik und zum Lesen von Signalplänen verstehen, dann die hier verwendeten virtuellen Bedienereignisse nachbilden, anschließend in betreuter Ausbildung reale betriebliche Prüfvorschriften nur nach Freigabe kennenlernen. Diese Verbindung ist eine redaktionelle Empfehlung, kein Ausbildungsrahmenplan des Herstellers.