aiMOOC

Projekt Maschinenretrofit – Die Retrofitlösung virtuell testen

QR-Code

Projekt Maschinenretrofit – Die Retrofitlösung virtuell testen

Ausbildungsbereich: Mechatronik, Elektronik für Automatisierungstechnik, Industriemechanik

Thema: Retrofit, SPS, Virtuelle Inbetriebnahme, Fehlerdiagnose und Maschinensicherheit

Lernformat: Sechs kurze Lerneinheiten mit einem fortlaufenden Projektdossier.

Projektziel: Du entwickelst eine virtuelle Retrofitlösung für ein bestehendes Förderband. Du prüfst den Normalfall, einen Ausfall und den kontrollierten Wiederanlauf. Deine Ergebnisse dokumentierst Du mit Skizzen, Simulationen, Prüfdaten und einer begründeten Entscheidung.

Wichtig: Alle Maschinenbewegungen und Steuersignale werden ausschließlich simuliert. Es gibt keine automatische Live-Ansteuerung, keine Verbindung zur realen Maschinensteuerung und keine Umgehung von Schutzeinrichtungen. Reale Tätigkeiten sind nur unter geeigneter Fachaufsicht, nach betrieblicher Freigabe und unter Beachtung der Gefährdungsbeurteilung zulässig.

Einleitung

Eine bestehende Maschine muss nicht immer vollständig ersetzt werden. Beim Retrofit werden geeignete Teile modernisiert, beispielsweise Sensoren, Steuerungsfunktionen oder Anzeigen.

Eine Simulation hilft Dir, Abläufe und Fehler vor einer möglichen realen Umsetzung zu untersuchen. Sie ersetzt jedoch weder die Risikobeurteilung noch die Prüfung sicherheitsbezogener Funktionen oder eine betriebliche Freigabe.

Ein Förderband als Ausgangspunkt für das Retrofitprojekt. Das Foto zeigt nicht die konkrete Übungsmaschine.

Leitfrage: Wie weist Du nach, dass die geplante Steuerungsänderung im virtuellen Modell im Normalfall funktioniert, bei einem Fehler angemessen reagiert und nicht unerwartet wieder anläuft?

Dein Ausbildungsfall: Förderband mit Stauüberwachung

Eine ältere Förderanlage transportiert Werkstücke von einer Übergabestation zur nächsten. Im Ausbildungsprojekt soll eine virtuelle Überwachung ergänzt werden.

Das Modell verwendet:

S1: Virtueller Sensor am Bandeingang, der ein Werkstück erkennt.
S2: Virtueller Sensor am Bandausgang, der das Eintreffen eines Werkstücks erkennt.
M1: Virtueller Förderbandmotor.
Start und Stop: Virtuelle Bedienelemente.
A1: Virtuelle Störungsanzeige.
FreigabeSim: Modellbedingung für den Ablauf, ausdrücklich keine sicherheitstechnische Freigabe.

Modellannahme: Das Werkstück soll S2 innerhalb von acht Sekunden nach Förderbeginn erreichen. Dieser Zeitwert ist frei für die Lernsimulation festgelegt und keine geprüfte Maschinenvorgabe.

Sollverhalten: Das Band startet nach einer bewussten Startbetätigung bei gültigen Startbedingungen. Bei Eintreffen am Ausgang stoppt es im vereinfachten Modell. Bleibt das Ausgangssignal zu lange aus, wird eine Störung gemeldet und M1 ausgeschaltet. Nach einer Störung ist ein neuer Startbefehl erforderlich.

Das fortlaufende Projektdossier

Du bearbeitest während des gesamten Kurses dasselbe Dossier.

Dokument	Inhalt	Nachweis
D1 – Ist und Soll	Bestehende Anlage, Retrofitziel, Grenzen	Kurztext und beschriftete Skizze
D2 – Signalplan	Sensoren, Bedienelemente, virtuelle Ausgänge	Signalübersicht
D3 – Ablaufmodell	Zustände, Bedingungen und Übergänge	Zustandsdiagramm
D4 – Simulation	Virtueller Aufbau und Einstellungen	Screenshot oder Modellskizze
D5 – Prüfprotokoll	Normalfall, Ausfall, Wiederanlauf	Soll-Ist-Vergleich mit Messwerten
D6 – Projektentscheidung	Bewertung, Grenzen, Verbesserungen	Begründete eigene Abgabe

Arbeitsregel: Trage zu jedem Prüffall Datum, Simulationsumgebung, Modellversion und Beobachtung ein. Übernimm keine erwarteten Ergebnisse als angeblich gemessene Werte.

Lerneinheit 1 – Retrofit verstehen

Dauer: etwa 10–15 Minuten

Das bestehende System untersuchen

Vor einer Modernisierung steht die Bestandsaufnahme. Welche Funktion hat die Maschine bereits? Was soll verändert werden? Welche Schutzmaßnahmen und betrieblichen Voraussetzungen müssen unverändert beachtet werden?

Beispiel: Das Förderband besitzt bereits einen Antrieb und Bedienelemente. Die zusätzliche virtuelle Überwachung soll erkennen, wenn das Werkstück den Ausgang nicht innerhalb der erwarteten Zeit erreicht.

Dein Auftrag – Basis: Erstelle D1. Zeichne ein Förderband und kennzeichne S1, S2 und M1. Beschreibe den Ist-Zustand und das Retrofitziel jeweils in ein bis zwei Sätzen.

Hilfe 1: Beginne mit dem Materialfluss.

Hilfe 2: Zeichne den Eingang links und den Ausgang rechts.

Hilfe 3: Formuliere als Ziel: „Bleibt das Werkstück im Modell zu lange unterwegs, stoppt der virtuelle Antrieb und zeigt eine Störung an.“

Begründetes Feedback: Deine Skizze ist nachvollziehbar, wenn der Materialfluss und die Messstellen eindeutig erkennbar sind. Das ist erforderlich, weil sonst spätere Sensorsignale falsch interpretiert werden können.

Lerneinheit 2 – Sensoren und Signale zuordnen

Dauer: etwa 15 Minuten

Sensorik und Steuerung

Eine Lichtschranke kann das Vorhandensein eines Werkstücks erkennen. Eine SPS verarbeitet Eingangssignale entsprechend ihrer programmierten Logik und erzeugt Ausgangssignale.

Beispiel eines fotoelektrischen Sensors.

Beispiele speicherprogrammierbarer Steuerungen.

Prinzipieller Aufbau einer SPS. Unterscheide Eingänge, Verarbeitung und Ausgänge.

RealPars: What is a Programmable Logic Controller? Englischsprachiger Überblick.

Signalübersicht für D2

Signal	Bedeutung	Wert im Modell
S1	Werkstück am Eingang	0 oder 1
S2	Werkstück am Ausgang	0 oder 1
Start	Bewusster Startbefehl	0 oder 1
Stop	Betrieblicher Stopbefehl im Modell	0 oder 1
FreigabeSim	Virtuelle Ablaufbedingung	0 oder 1
M1	Virtueller Motorbefehl	0 oder 1
A1	Virtuelle Störungsanzeige	0 oder 1

Merke: Ein simulierter Stopbefehl, eine virtuelle Freigabebedingung und eine reale sicherheitsgerichtete Abschaltung sind unterschiedliche Dinge.

Dein Auftrag – Anwendung: Ordne sämtliche Signale in D2 den Eingängen und Ausgängen zu. Zeichne anschließend den Signalfluss vom Werkstück über die Sensoren und die Steuerungslogik bis zur virtuellen Motorausgabe.

Hilfe 1: Überlege, welche Signale beobachtet werden.

Hilfe 2: S1, S2 und die Bedienelemente liefern Eingaben.

Hilfe 3: M1 und A1 sind virtuelle Ausgaben.

Begründetes Feedback: Eine richtige Signalübersicht trennt Eingänge und Ausgänge. Andernfalls lässt sich nicht eindeutig prüfen, welches Ereignis eine bestimmte Reaktion auslösen soll.

Lerneinheit 3 – Die Retrofitlösung modellieren

Dauer: etwa 15–20 Minuten

Einen virtuellen Ablauf entwickeln

Ein Zustandsautomat beschreibt, in welchem Zustand sich ein System befindet und welche Bedingungen den nächsten Zustand auslösen.

Beispiel einer Zustandsdarstellung. Entwickle daraus Dein eigenes Ablaufdiagramm.

  S1         Förderband M1          S2
  |                |                |
  v                v                v
[Eingang] ------ [Transport] ------ [Ausgang]

    Virtuelle Sensoren und virtuelle Bewegung
             |
             v
       Zustandslogik

Die drei wesentlichen Betriebszustände:

Bereitschaft: M1 ist ausgeschaltet. Ein gültiger Startbefehl kann einen neuen Fördervorgang auslösen.
Fördern: M1 ist eingeschaltet. Das Modell wartet auf S2 und überwacht die Transportzeit.
Störung: M1 ist ausgeschaltet und A1 zeigt den Fehler an. Ein erneuter Start ist gesperrt, bis die vorgesehenen Rücksetzbedingungen erfüllt sind.

 BEREIT
   |
   | neuer Start, S1=1, S2=0,
   | FreigabeSim=1
   v
 FÖRDERN -------- S2 meldet --------> BEREIT
   |
   | Zeitgrenze überschritten
   | oder FreigabeSim fällt weg
   v
 STÖRUNG
   |
   | Ursache beseitigt,
   | Signale plausibel,
   | bewusst quittiert
   v
 BEREIT -- erst neuer Start --> FÖRDERN

Zusätzliche Regeln: Ein Stopbefehl hat Vorrang vor Start. Stop während des Förderns führt im Modell zu BEREIT mit M1=0. Fällt FreigabeSim beim Fördern weg, wechselt das Modell zu STÖRUNG mit M1=0. Nach einem Neustart der Simulation wird BEREIT mit M1=0 angenommen. Ein neues Startsignal ist immer eine eigene Bedienhandlung.

Die Zustandslogik dient ausschließlich dem funktionalen Simulationsmodell und stellt keine sicherheitsbezogene Steuerungsfunktion dar.

Siemens Knowledge Hub: Virtual Commissioning with NX MCD and PLCSim Advanced. Das Video zeigt das Prinzip einer virtuellen Inbetriebnahme.

D3: Zustände und Übergänge

Dein Auftrag: Zeichne den Zustandsautomaten selbst und beschrifte die Pfeile mit ihren Übergangsbedingungen.

Prüffrage: Führt die Quittierung direkt zu einem laufenden Motor?

Feedback: Nein. Die Quittierung führt nach erfüllten Rücksetzbedingungen nur in BEREIT. Das ist für das Modell erforderlich, damit eine Fehlerbestätigung nicht unbeabsichtigt eine neue Bewegung auslöst.

Lerneinheit 4 – Normalfall virtuell testen

Dauer: etwa 15 Minuten

Das Simulationsmodell einrichten

Erstelle das Modell in einer geeigneten Offline-Simulationsumgebung oder als interaktives Zustandsmodell. Du brauchst virtuelle Schalter für die Eingänge, eine Zustandsanzeige, M1, A1 und einen Zeitgeber.

Wichtig: Verwende ausschließlich simulierte Ein- und Ausgänge. Stelle keine Verbindung zu realen SPS-Geräten, Maschinenadressen, physischen Ausgängen oder fernsteuerbaren Anlagen her.

Gökhan Atalı: Using TIA Portal and PLCSIM. Das Video demonstriert ein Software-Simulationsprinzip. Die gezeigte Softwareversion kann von Deiner Lernumgebung abweichen.

Test N1: Werkstück wird gefördert

Startbedingungen: BEREIT, S1=1, S2=0, FreigabeSim=1, Stop=0.

Versuch: Betätige Start im virtuellen Modell. Lass S2 nach vier Sekunden auf 1 wechseln.

Erwartung: M1 wird beim gültigen Start eingeschaltet und beim Eintreffen von S2 ausgeschaltet. Eine Störung tritt nicht auf.

Dein Auftrag: Ergänze D4 um die Modellskizze oder einen Screenshot. Dokumentiere in D5 den tatsächlichen Zustand von M1 vor Start, während des Förderns und nach S2.

Begründetes Feedback: Der Normalfall ist nur bestanden, wenn die aufgezeichneten Signale zur Zustandsfolge passen. Ein bewegtes Förderbandsymbol allein reicht nicht aus, weil es den korrekten Zeitpunkt der Motorabschaltung nicht nachweist.

Lerneinheit 5 – Einen Ausfall simulieren

Dauer: etwa 15–20 Minuten

Test A1: Das Ausgangssignal bleibt aus

Im Normalfall erkennt S2 das Werkstück rechtzeitig. Jetzt wird ein Fehler simuliert.

Simulationseingaben: S1=1, S2 bleibt 0, FreigabeSim=1, gültiger Startbefehl.

Erwartung: Bleibt S2 bis zum Ablauf der Modellzeitgrenze von acht Sekunden aus, wird M1 ausgeschaltet und A1 aktiviert. Der Zustand lautet STÖRUNG.

Beobachte zusätzlich: Was passiert, wenn S2 erst nach der Störungsmeldung auf 1 wechselt?

Sollreaktion: Die Störung bleibt gespeichert. Das verspätete Signal allein darf keinen neuen Motorstart auslösen.

Abgebildet ist ein Not-Halt-Bedienelement an einer anderen Maschine. Ein realer Not-Halt ist nicht mit der simulierten betrieblichen Störungsabschaltung gleichzusetzen.

Sicherheitsgrenze: Eine normale SPS-Funktionssimulation beweist keine Wirksamkeit eines realen Not-Halts, einer Schutzverriegelung oder anderer Schutzfunktionen. Schutzsysteme werden nicht überbrückt oder zu Testzwecken außer Kraft gesetzt.

Fehlerursachen vergleichen

Eine ausbleibende S2-Meldung kann im Modell unterschiedliche Ursachen darstellen: Das Werkstück erreicht den Ausgang nicht, der Sensor liefert kein Signal oder die angenommene Transportzeit ist zu kurz.

Dein Auftrag – Anwendung: Simuliere mindestens zwei Fehlerbilder ohne reale Eingriffe. Notiere jeweils das erwartete und das tatsächlich beobachtete Verhalten.

Hilfe 1: Prüfe zuerst die Zeitfolge S1, Start, M1 und S2.

Hilfe 2: Frage, ob das Werkstück im Modell den Ausgang erreicht hat.

Hilfe 3: Vergleiche einen simulierten Transportstillstand mit einem simulierten Sensorausfall.

Begründetes Feedback: Gleiche Fehlermeldungen können mehrere Ursachen besitzen. Deshalb ist eine begründete Diagnose besser als ein sofortiger Bauteiltausch ohne ausreichende Prüfdaten.

Lerneinheit 6 – Den Wiederanlauf prüfen und entscheiden

Dauer: etwa 15–20 Minuten

Test W1: Fehler beseitigen und quittieren

Nach dem Ausfall soll das Modell nicht selbsttätig starten.

Simulierter Ablauf:

Entferne die simulierte Fehlerursache und stelle für diesen Test S1=0 sowie S2=0 her.
Betätige die virtuelle Quittierung.
Prüfe den Zustand BEREIT und die Motorausgabe M1=0.
Erzeuge erst danach ein neues Werkstücksignal S1=1 und betätige Start erneut.
Prüfe, ob der neue Fördervorgang ordnungsgemäß beginnt.

Entscheidend: Quittierung und Start sind getrennte Handlungen.

Symbol zur Diskussion der Not-Halt-Funktion. Die virtuelle Wiederanlaufaufgabe ist kein Test eines realen Not-Halt-Systems.

Siemens Knowledge Hub: TIA Portal – Virtualize your Commissioning! Achte darauf, welche Funktionen virtuell überprüft werden können und welche real gesondert geprüft werden müssen.

D5: Prüfprotokoll für das gesamte Projekt

Hinweis: Die Sollreaktionen sind Vorgaben des Ausbildungsmodells. Das Feld „Ist“ musst Du selbst durch Simulation ermitteln.

ID	Virtueller Prüffall	Erwartete Reaktion	Ist / Zeit	Urteil
N1	Start bei S1=1, S2=0 und FreigabeSim=1	FÖRDERN, M1=1	selbst eintragen	offen
N2	S2 meldet nach vier Sekunden	BEREIT, M1=0	selbst eintragen	offen
A1	S2 bleibt länger als acht Sekunden aus	STÖRUNG, M1=0, A1=1	selbst eintragen	offen
A2	S2 meldet erst nach Eintritt der Störung	STÖRUNG bleibt bestehen, M1=0	selbst eintragen	offen
W1	Ursache beseitigt, S1=0, S2=0, Quittierung	BEREIT, M1=0	selbst eintragen	offen
W2	Neues Werkstück, erneuter Start bei gültigen Bedingungen	FÖRDERN, M1=1	selbst eintragen	offen
S1	Stop während des Förderns	BEREIT, M1=0	selbst eintragen	offen
S2	FreigabeSim fällt während des Förderns weg	STÖRUNG, M1=0	selbst eintragen	offen
P1	Neustart der Simulationsumgebung	BEREIT, M1=0 ohne neuen Start	selbst eintragen	offen

Bestanden bedeutet, dass Deine beobachteten virtuellen Zustände und Zeitwerte mit der festgelegten Modellanforderung übereinstimmen. Ein bestandener virtueller Test ist keine Freigabe für den realen Maschinenbetrieb.

Gestufte Hilfen und begründetes Feedback

Bearbeite die Aufgaben zunächst selbst. Verwende die Hilfen nacheinander.

Niveau	Arbeitsauftrag	Hilfe 1	Hilfe 2	Hilfe 3	Begründetes Feedback
Basis	Ordne S1 und S2 im Förderablauf zu.	Wo beginnt der Transport?	Wo endet die betrachtete Förderstrecke?	S1 am Eingang, S2 am Ausgang.	Die Zuordnung ist richtig, wenn beide Messpunkte den geplanten Materialfluss eindeutig abbilden.
Anwendung	Begründe die Motorreaktion beim Zeitausfall.	Suche den Übergang FÖRDERN zu STÖRUNG.	Prüfe den Timer und S2.	Bei Zeitüberschreitung ohne S2: M1=0, A1=1.	Diese Reaktion entspricht der Modellanforderung, weil ein unbestätigter Transport nicht unbegrenzt fortgesetzt werden soll.
Transfer	Bewerte einen längeren Zeitgrenzwert.	Denke an langsamere Werkstücke.	Vergleiche Fehlalarm und verzögerte Erkennung.	Teste mehrere plausible Laufzeiten mit dokumentierten Annahmen.	Ein längerer Grenzwert kann unnötige Meldungen verringern, verzögert aber die Störungserkennung. Die Entscheidung benötigt belastbare Prozessdaten.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was bedeutet Retrofit im Maschinenbau? (Modernisierung einer bestehenden Maschine) (!Vollständiger Neubau jeder Maschine) (!Ausschließlicher Austausch aller Antriebe) (!Dauerhafte Stilllegung einer Anlage)

Welche Aufgabe hat S2 im Ausbildungsmodell? (!Er bestimmt die elektrische Schutzklasse) (Er meldet das Eintreffen eines Werkstücks am Ausgang) (!Er ersetzt die Sicherheitssteuerung) (!Er erzeugt den Startbefehl)

Welche Signale dürfen in diesem Lernprojekt angesteuert werden? (!Die echten Motoranschlüsse) (!Die Ausgänge einer Produktionsanlage) (Nur virtuelle Ausgänge des getrennten Simulationsmodells) (!Die realen Schutzeinrichtungen)

Was geschieht im Modell bei Überschreitung der Transportzeit ohne S2? (M1 wird ausgeschaltet und eine Störung gemeldet) (!Das Band beschleunigt automatisch) (!Der Timer wird ohne Meldung dauerhaft neu gestartet) (!Die Störung wird ignoriert)

Wann beginnt die Zeitüberwachung des Transportvorgangs? (!Beim Öffnen der Simulationssoftware) (Beim Übergang in den Zustand FÖRDERN) (!Bei jeder Quittierung) (!Beim Ausschalten der Störungsanzeige)

Was muss nach einer quittierten Störung für den erneuten Förderbeginn erfolgen? (!Ein automatischer Motorstart) (!Ein dauerhaft aktives Sensorsignal allein) (Ein neuer bewusster Startbefehl bei gültigen Bedingungen) (!Das Überspringen der Zustandsprüfung)

Weshalb wird ein verspätetes S2-Signal nach einer Störung nicht als neuer Start verwendet? (Weil ein verspätetes Signal keine bewusste Startbetätigung ist) (!Weil Sensoren nur im Normalfall zulässig sind) (!Weil ein Motor nach jeder Störung ersetzt werden muss) (!Weil Zeitüberwachung grundsätzlich unnötig ist)

Was gehört in ein nachvollziehbares Prüfprotokoll? (!Nur ein Foto der fertigen Anlage) (!Nur die Namen der Projektmitglieder) (!Nur eine Erfolgsmeldung) (Sollwert Istwert und dokumentiertes Prüfurteil)

Warum ist die festgelegte Zeit von acht Sekunden noch kein realer Maschinenkennwert? (!Weil Förderanlagen grundsätzlich keine Zeitüberwachung besitzen) (Weil es sich um einen didaktischen Modellwert handelt) (!Weil eine Simulation keine Sekunden messen kann) (!Weil Sensoren immer fehlerfrei arbeiten)

Was gilt für Arbeiten an der realen Maschine? (!Eine erfolgreiche Simulation genügt als Freigabe) (!Schutzeinrichtungen dürfen zu Testzwecken überbrückt werden) (Sie erfordern geeignete Fachaufsicht und betriebliche Freigabe) (!Die virtuelle Quittierung ersetzt die Gefährdungsbeurteilung)

Memory

Retrofit	Modernisierung vorhandener Anlagen
Lichtschranke	Erkennung eines Werkstücks durch Licht
Zustandsautomat	Modell zulässiger Zustände und Übergänge
Zeitüberwachung	Vergleich der Transportdauer mit einem Grenzwert
Quittierung	Bewusste Bestätigung einer bearbeiteten Störung
Prüfprotokoll	Dokumentation von Soll und Ist
Wiederanlauf	Erneuter Betrieb nach erfüllten Startbedingungen

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Bestandsaufnahme	Vorhandene Anlagenfunktionen erfassen
Signalplanung	Virtuelle Eingänge und Ausgänge festlegen
Ablaufmodellierung	Zustände und Übergänge definieren
Normalfallprüfung	Regulären Transport simulieren
Fehlersimulation	Ausbleibendes Ausgangssignal untersuchen
Wiederanlaufprüfung	Erneuten Start nach Fehlerbehebung kontrollieren
Projektauswertung	Prüfergebnisse bewerten und Entscheidung begründen

Kreuzworträtsel

Retrofit	Wie heißt die Modernisierung einer vorhandenen Maschine?
Sensor	Welches Bauteil erfasst physikalische Zustände oder Veränderungen?
Simulation	Wie heißt die virtuelle Nachbildung eines Maschinenablaufs?
Motor	Welcher Antrieb bewegt im Förderbandbeispiel das Band?
Quittierung	Wie heißt die bewusste Bestätigung einer bearbeiteten Störung?
Stillstand	Welcher Zustand beschreibt eine Maschine ohne Bewegung?

LearningApps

Die folgende Suche führt zu möglichen Lernaktivitäten. Sie stellt keine bereits geprüfte, speziell für dieses Projekt erstellte LearningApp dar.

Lückentext

Die Modernisierung einer vorhandenen Maschine nennt man

.

Mit einer

kannst Du Maschinenabläufe virtuell untersuchen.

Am Bandeingang erkennt ein

das Werkstück.

Der virtuelle Förderantrieb wird im Projekt mit

bezeichnet.

Die Zustandslogik beschreibt, wann die Maschine in

bleibt.

Fehlt das erwartete Ausgangssignal zu lange, entsteht eine

.

Nach der Fehlerbehebung ist eine bewusste

vorgesehen.

Diese ersetzt keinen neuen

.

In einem Prüfprotokoll vergleichst Du Soll und

.

Die Ergebnisse Deiner Arbeit sammelst Du im

.

Eine erfolgreiche Simulation ersetzt keine betriebliche

.

Offene Aufgaben

Alle Aufgaben beziehen sich auf den beschriebenen Förderbandfall und sein fortlaufendes Dossier. Dokumentiere Annahmen und eigene Ergebnisse.

Leicht

Retrofit: Gestalte eine Vorher-Nachher-Skizze des Förderbands. Kennzeichne die geplante Ergänzung und dokumentiere sie in D1.
Sensorik: Fotografiere keine laufende Maschine, sondern zeichne eine sichere Prinzipskizze mit S1 und S2. Erläutere die Sensoraufgaben in D2.
Steuerungstechnik: Erstelle eine kleine Tabelle mit den virtuellen Ein- und Ausgängen. Begründe die Zuordnung in D2.
Visualisierung: Entwirf eine Bildschirmansicht mit BEREIT, FÖRDERN und STÖRUNG. Beschreibe ihre Bedeutung in D3.

Standard

Zustandsdiagramm: Zeichne den vollständigen virtuellen Ablauf einschließlich Stop, Störung und Quittierung. Speichere die Darstellung in D3.
Virtuelle Inbetriebnahme: Baue den Normalfall in einer Offline-Simulation nach. Dokumentiere die Einstellungen und den Modellstand in D4.
Fehleranalyse: Simuliere einen Transportstillstand und einen Ausfall des Ausgangssignals. Vergleiche die beobachteten Signale in D5.
Qualitätssicherung: Erstelle aus Deinen Simulationsergebnissen ein Prüfprotokoll mit mehreren Soll-Ist-Vergleichen und begründeten Urteilen in D5.

Schwer

Fehlerdiagnose: Entwickle eine zusätzliche virtuelle Fehlerdiagnose, die einen verspäteten Werkstücktransport von einem plausiblen Sensorausfall unterscheiden helfen soll. Beschreibe Grenzen und Annahmen in D6.
Prozessoptimierung: Untersuche verschiedene virtuelle Zeitgrenzwerte und beurteile den Zielkonflikt zwischen Fehlalarmen und verspäteter Fehlererkennung. Verwende nachvollziehbare Prüfdaten.
Maschinensicherheit: Erstelle eine Gegenüberstellung der funktional simulierten Reaktionen und der Schutzfunktionen, die an einer realen Anlage separat fachkundig beurteilt und geprüft werden müssten. Schlage keine Überbrückungen vor.
Projektmanagement: Produziere eine kurze Bildschirmpräsentation oder ein kommentiertes Simulationsvideo und verteidige Deine Retrofitentscheidung anhand von D1 bis D6. Verwende ausschließlich eigene Aufnahmen aus der Simulation und korrekt lizenzierte Zusatzmedien.

Lernkontrolle

Bearbeite mindestens fünf der folgenden Aufgaben. Begründe Deine Aussagen anhand der Projektdaten statt nur Fachbegriffe zu nennen.

Systemanalyse: Warum kann ein korrekt arbeitender Eingangssensor nicht beweisen, dass das Werkstück den Ausgang erreicht hat? Erkläre die Bedeutung für die gewählte Retrofitlösung.
Ursache-Wirkungs-Analyse: Zwei virtuelle Fehler führen zu derselben Störmeldung. Entwickle einen Vergleichstest und erläutere, welche Daten eine Unterscheidung ermöglichen.
Zielkonflikt: Die Zeitgrenze wird von acht auf zwölf Sekunden erhöht. Analysiere, was sich bei langsamem Normaltransport und bei einer Blockade verändert.
Wiederanlauf: Eine Modelländerung bewirkt, dass M1 unmittelbar nach Quittierung wieder läuft. Erläutere den Modellfehler und entwickle einen aussagekräftigen Gegentest.
Simulation und Realität: Dein Modell besteht sämtliche Tests. Begründe, weshalb dennoch keine unmittelbare Betriebsfreigabe für die reale Maschine folgt.
Prüfstrategie: Entwirf zwei zusätzliche virtuelle Prüffälle, die bisherige Lücken der Testmatrix schließen, und lege jeweils Sollreaktion und Bestehenskriterium fest.
Technische Kommunikation: Eine andere Person soll Dein Projekt prüfen. Welche Informationen benötigt sie mindestens, um Deinen Versuch zu reproduzieren und Deine Entscheidung kritisch zu beurteilen?

Bewertung: Gute Antworten verbinden eine technische Ursache mit einer überprüfbaren Wirkung, nennen die verwendeten Daten und unterscheiden begründete Aussagen von offenen Annahmen.

Lernnachweis

Deine Abgabe besteht aus einem geordneten Projektdossier D1 bis D6.

D1: Bestandsaufnahme, Retrofitziel und Grenzen des Ausbildungsmodells.
D2: Beschriftete Skizze mit Signalübersicht und Signalrichtungen.
D3: Zustandsmodell mit Normalbetrieb, Ausfall und Wiederanlauf.
D4: Simulationsaufbau, Modellversion und nachvollziehbare Einstellungen.
D5: Selbst erfasste virtuelle Prüfdaten, Soll-Ist-Vergleich, mindestens ein erfolgreicher Normalfall, ein erkannter Ausfall und ein kontrollierter Wiederanlauf.
D6: Eigene begründete Entscheidung, Verbesserungsmöglichkeiten, Unsicherheiten und Grenze zur realen Inbetriebnahme.

Bewertungsraster:

Kriterium	Anteil	Erwartung
Technisches Modell	25 %	Plausible Signale und eindeutig definierte Zustände
Simulationsprüfung	30 %	Reproduzierbare Tests und dokumentierte Istwerte
Fehler und Wiederanlauf	20 %	Nachvollziehbare Diagnose und kein unbeabsichtigter Wiederstart im Modell
Eigene Begründung	15 %	Entscheidung anhand von Prüfdaten und Alternativen
Dokumentation und Quellen	10 %	Verständliche Darstellung und überprüfbare Herkunftsangaben

Abschlussentscheidung: Kennzeichne Dein Modell entweder als „virtuelle Anforderungen nachgewiesen“, „virtuelle Anforderungen teilweise nachgewiesen“ oder „virtuelle Anforderungen nicht nachgewiesen“. Begründe die Einordnung anhand der Prüffälle.

Wichtig: Diese Bewertung bescheinigt ausschließlich die Bearbeitung des Ausbildungsprojekts und keine Maschinensicherheit oder reale Inbetriebnahmefreigabe.

OERs zum Thema

Wikipedia: Retrofit

Wikipedia: Virtuelle Inbetriebnahme

Fachliche Quellen und Sicherheitsgrundlagen

Betriebssicherheitsverordnung: Rechtliche Grundlage für Gefährdungsbeurteilung, Verwendung und Änderung von Arbeitsmitteln.
BetrSichV § 8: Anforderungen im Zusammenhang mit Energien, Ingangsetzen und Stillsetzen.
BetrSichV § 10: Anforderungen bei Instandhaltung und Änderungen an Arbeitsmitteln.
BAuA: Fachinformationen zur wesentlichen Veränderung von Maschinen.
DGUV: Erläuterungen zum sicherheitsrelevanten Umbau von Maschinen.
Speicherprogrammierbare Steuerung: Grundwissen zur industriellen Steuerungstechnik.
Virtuelle Inbetriebnahme: Grundlagen und Einsatzgebiete virtueller Maschinenmodelle.
Retrofit: Hintergründe, Ziele und typische Modernisierungsmaßnahmen.

Hinweis: Die fachlichen Quellen erläutern Grundsätze. Das Ausbildungsmodell mit den Signalen S1, S2, M1 und der Acht-Sekunden-Grenze ist ein eigens festgelegter didaktischer Fall und kein normativ geprüfter Maschinenentwurf.

Mediennachweise und Nutzungsrechte

Die folgenden Wikimedia-Commons-Dateien wurden anhand ihrer Dateibeschreibungen und Lizenzangaben ausgewählt. Bei Wiederverwendung sind Urheber, Lizenz und Quelle entsprechend der jeweiligen Lizenz zu nennen.

Industrial conveyor belt: Martin Pearman, CC BY-SA 2.0.
Photoelectric sensor: Honmingjun, CC BY-SA 3.0.
Programmable logic controller: Bisgaard, CC BY-SA 3.0.
PLC Block Diagram: ProVision, CC BY-SA 4.0.
UML state machine Fig1: Mirosamek, CC BY-SA 3.0.
Emergency stop button: Cjp24, CC BY-SA 3.0.
OSP Emergency stop: Team445, CC0 1.0.

Verifizierte Videoquellen:

RealPars: What is a Programmable Logic Controller? 2024.
Siemens Knowledge Hub: Virtual Commissioning with NX MCD and PLCSim Advanced. 2019.
Gökhan Atalı: Using TIA Portal and PLCSIM. 2018.
Siemens Knowledge Hub: TIA Portal – Virtualize your Commissioning! 2017.

Medienrechtlicher Hinweis: Die YouTube-Videos werden als externe Lernmedien eingebunden. Eine freie Creative-Commons-Lizenz für ihre eigenständige Weiterverbreitung wird nicht behauptet. Die Einbettung und Wiedergabe hängen von den Rechten der Anbieter, den jeweiligen Plattformbedingungen und der aktuellen Verfügbarkeit ab. Bei eigenen Veröffentlichungen dürfen fremde Videos nicht ohne entsprechende Nutzungsrechte kopiert oder verändert werden.