Das Problem mit der traditionellen Inbetriebnahme
Bei einem konventionellen Automatisierungsprojekt wird SPS-Software geschrieben, kurz isoliert getestet, dann am ersten Tag der physischen Inbetriebnahme an die Maschine gebracht. Das' Das ist das erste Mal, dass die Steuerlogik gegen echte Hardware läuft — und es ist' fast immer das erste Mal, dass Sie die Fehler entdecken.
SPS-Programme sind komplex. Eine Schweißzelle mit sechs Robotern, 200 Verriegelungen und integrierter Sicherheitslogik könnte Wochen zum Debuggen auf dem Boden brauchen. Ingenieure, Mechaniker und der Kunde stehen alle idle. Die täglichen Kosten einer verzögerten Inbetriebnahme — Fläche, Auftragnehmerzeit, stehendes Equipment — laufen oft in fünfstellige Bereiche. Und diese Fehler hätten Monate früher gefunden werden können.
Das Kernproblem: Die traditionelle Inbetriebnahme validiert die Software genau im schlechtesten Moment — wenn die Hardware gebaut, geliefert ist und alles darauf wartet, dass sie funktioniert.
Was virtuelle Inbetriebnahme eigentlich ist
Virtuelle Inbetriebnahme ist die Praxis, echte SPS-Software gegen ein 3D-Simulationsmodell der Maschine auszuführen — bevor die physische Hardware existiert.
Das Schlüsselwort ist "echt". Das SPS-Programm wird nicht simuliert, angenähert oder abstrahiert. Es läuft in der tatsächlichen SPS-Umgebung (oder einem Software-Emulator wie Siemens PLC Sim Advanced) und kommuniziert mit dem Simulationsmodell über Standard-Industrieprotokolle — OPC UA, TwinCAT ADS oder PROFINET. Die Simulation reagiert genau wie die physische Maschine: Sie bewegt Roboterachsen, aktiviert Sensoren, gibt Encoderwerte zurück. Aus Sicht der SPS spricht sie mit einer echten Maschine.'
In der virtuellen Inbetriebnahme gefundene Fehler sind Fehler im echten Code — keine Artefakte eines Prüfstands. Wenn die physische Maschine ankommt, ist die Software bereits validiert.
Wie es funktioniert: das technische Setup
Eine virtuelle Inbetriebnahmeumgebung hat drei in Echtzeit verbundene Komponenten:
SPS / Software-SPS
Führt das echte Programm aus. Siemens TIA Portal + PLC Sim Advanced, Beckhoff TwinCAT oder B&R Automation Studio
Kommunikationsprotokoll
OPC UA (universell), TwinCAT ADS (Beckhoff), PLC Sim Advanced (Siemens) oder Shared Memory
3D-Simulationsmodell
Visual Components Modell der Maschine — Roboter, Förderbänder, Greifer, Sensoren. Fungiert als physische Maschine für die SPS
Das Simulationsmodell wird aus CAD-Daten, Roboter-Datenblättern und mechanischen Konstruktionszeichnungen erstellt. Alle Robotermodelle großer Hersteller (ABB, KUKA, Fanuc, Universal Robots, Yaskawa) sind in der Visual Components Bibliothek mit über 1.000 zertifizierten Modellen verfügbar. Angepasste Vorrichtungen, Förderbänder und Greifer werden parametrisch modelliert oder aus STEP-Dateien importiert.
Was Sie in der virtuellen Umgebung testen können
Sobald SPS und Simulation verbunden sind, kann der gesamte Inbetriebnahmeumfang virtuell getestet werden:
- Ablauflogik: Durchläuft das Steuerprogramm die richtigen Zustände in der richtigen Reihenfolge?
- Verriegelungen und Sicherheitslogik: Lösen Schutztüren, Not-Aus-Schalter und Lichtvorhänge die richtigen Maschinenreaktionen aus?
- Roboterreichweite und Kollision: Liegt jede programmierte Position innerhalb des Arbeitsraums? Gibt es Interferenzpunkte zwischen Robotern?
- Taktzeit: Erfüllt die Zelle die Ziel-Taktzeit unter normalen Bedingungen und bei Fehlerbehebung?
- Fehlerbehandlung: Werden alle Fehlerzustände korrekt aufgelöst und Wiederanfahrsequenzen sicher ausgeführt?
- HMI-Logik: Lösen Bedienereingaben am Panel die richtigen Maschinenreaktionen aus?
Fehler werden in der virtuellen Umgebung gefunden, behoben und erneut getestet — ohne echte Hardware zu stoppen, ohne auf Mechaniker zu warten, ohne Vor-Ort-Kosten zu verursachen.
Virtuelle Inbetriebnahme vs. Simulation allein
| Fähigkeit | 3D-Simulation (ohne SPS-Verbindung) | Virtuelle Inbetriebnahme |
|---|---|---|
| Layout- und Reichweitenanalyse | ✓ Volle Fähigkeit | ✓ Volle Fähigkeit |
| Taktzeitschätzung | ✓ Aus Modelllogik | ✓ Aus echtem SPS-Timing |
| Testet echten SPS-Code | ✗ Nicht anwendbar | ✓ Echtes Programm läuft |
| Validiert Verriegelungen und Sicherheitslogik | ✗ Nicht anwendbar | ✓ Vollständige Ablauftests |
| Fehlerzustands- und Wiederherstellungstests | ✗ Nicht anwendbar | ✓ Alle Fehlerzustände testbar |
| Findet SPS-Softwarefehler | ✗ Nicht anwendbar | ✓ Primärer Zweck |
| Erfordert vorhandenes SPS-Programm | ✗ Nicht erforderlich | ✓ Erforderlich |
Die beiden Methoden ergänzen sich. 3D-Simulation ohne SPS-Integration wird früher im Projekt eingesetzt — in der Entwurfsphase — zur Überprüfung von Layouts, Reichweiten und Taktzeitschätzungen. Virtuelle Inbetriebnahme erfolgt später, sobald das SPS-Programm existiert. Beide laufen in einem einzigen Visual Components Modell; das Entwurfsphasenmodell wird zur Inbetriebnahmeumgebung, wenn der Code bereit ist.
Wann VIB sinnvoll ist — und wann nicht
Der wirtschaftliche Fall hängt von den Kosten physischer Inbetriebnahmefehler im Vergleich zu den Kosten des Aufbaus des virtuellen Modells ab:
- Starke VIB-Kandidaten: Mehroboter-Zellen mit komplexer Verriegelungslogik. Projekte mit engen Go-live-Terminen. Maschinen mit Siemens Safety Integrated oder PILZ-Sicherheit. Erstmalige Maschinen, bei denen das Programm noch nie gelaufen ist. Standorte mit eingeschränkten Zugangsfenstern für die physische Inbetriebnahme.
- Grenzwertig: Einroboter-Zellen mit einfacher Ablauflogik, kurze physische Inbetriebnahmefenster, zugängliche Maschinen.
- Wahrscheinlich nicht erforderlich: Einzelmaschinen ohne SPS-Integration. Systeme, bei denen das Programm eine direkte Kopie eines vollständig bewährten Vorprojekts ist.
Faustregel: Wenn zwei Tage verzögerte physische Inbetriebnahme mehr kosten als der Aufbau des VIB-Modells, ist der ROI positiv. Bei den meisten Mehroboter-Zellen ist das der Fall.'
Der SimulateFirst-Ansatz
Wir bauen das 3D Visual Components Modell parallel zur SPS-Software-Entwicklungsphase auf — damit sind beide gleichzeitig bereit und Integrationstests beginnen vor der Hardware-Lieferung.
Wir verbinden uns mit der SPS über das jeweilig passende Protokoll: OPC UA für plattformneutrale Integration, TwinCAT ADS für Beckhoff-Systeme, PLC Sim Advanced für Siemens TIA Portal Projekte ohne physische SPS. Alle Robotermodelle aus der Visual Components Bibliothek sind verfügbar, und angepasste Mechanismen werden aus Ihren CAD-Daten modelliert.
Nach der virtuellen Inbetriebnahmephase erhalten Sie: das vollständige 3D-Modell, alle Signalzuordnungen, einen Testbericht, der jedes ausgeführte Szenario dokumentiert, und — optional — Offline-Roboterprogramme, die direkt auf die Robotersteuerung hochgeladen werden können.
Brauchen Sie virtuelle Inbetriebnahme für Ihr nächstes Projekt?
Wir führen VIB parallel zu Ihrer SPS-Entwicklungsphase durch. Keine Verzögerungen — das Modell ist bereit, wenn der Code bereit ist.
