SPS-Spezialkurs Digital Twins – Simulation

Der SPS-Spezialkurs Digital Twins richtet sich an Fachkräfte mit SPS-Grundkenntnissen, die ihre Steuerungsprogramme nicht mehr nur an realer Hardware, sondern zusätzlich an einem virtuellen Abbild der Anlage testen möchten. Im Zentrum steht die Idee des Digitalen Zwillings: ein simuliertes Modell einer Maschine oder Anlage, gegen das ein reales Steuerungsprogramm läuft, als stünde es bereits vor der fertigen Hardware. Der Kurs behandelt virtuelle Inbetriebnahme, die Anbindung von Simulationsmodellen über OPC UA sowie den gezielten Einsatz dieser Methoden, um Programmfehler frühzeitig und risikofrei zu erkennen, bevor eine reale Anlage überhaupt steht.

Grundlagen des Digitalen Zwillings Bevor mit konkreten Werkzeugen gearbeitet wird, klärt dieser Block, was einen Digitalen Zwilling in der Automatisierung ausmacht und wo er sich von einfacher Simulation unterscheidet.

• Begriff und Konzept des Digitalen Zwillings in der Produktion
• Abgrenzung zwischen Simulation, digitalem Schatten und Digital Twin
• Nutzen virtueller Inbetriebnahme gegenüber rein realer Inbetriebnahme
• Typische Einsatzfelder in Maschinen- und Anlagenbau
• Voraussetzungen an Steuerungsprogramm und Simulationsmodell
• Grenzen und Aufwand des Digital-Twin-Einsatzes realistisch einschätzen

Simulationsmodelle und Anbindung an die SPS Ein Digitaler Zwilling entsteht erst durch die Verbindung von Simulationsmodell und realer Steuerung. Dieser Block behandelt, wie diese Verbindung technisch hergestellt wird.

• Aufbau einfacher Simulationsmodelle für Anlagenteile
• Nachbildung von Sensoren und Aktoren im virtuellen Modell
• Grundlagen der OPC-UA-Kommunikation zwischen Steuerung und Simulation
• Verknüpfung von SPS-Variablen mit Signalen des Simulationsmodells
• Synchronisation von Steuerungstakt und Simulationsmodell
• Typische Kommunikationsfehler zwischen Steuerung und Modell erkennen

Virtuelle Inbetriebnahme in der Praxis Mit funktionierender Anbindung rückt die eigentliche virtuelle Inbetriebnahme in den Mittelpunkt: Ein reales Programm wird systematisch gegen das simulierte Modell getestet.

• Bestehendes SPS-Programm an ein Simulationsmodell anbinden
• Programmabläufe im virtuellen Modell schrittweise durchtesten
• Bewegungs- und Zeitverhalten im Modell mit der Erwartung abgleichen
• Fehlerhafte Programmlogik anhand des Modellverhaltens erkennen
• Ergebnisse virtueller Testläufe strukturiert dokumentieren
• Korrekturen am Programm im virtuellen Modell erneut überprüfen

Von der virtuellen zur realen Inbetriebnahme Der letzte inhaltliche Block schlägt die Brücke zurück zur realen Anlage und zeigt, wie sich virtuelle Testergebnisse sinnvoll in die tatsächliche Inbetriebnahme überführen lassen.

• Übertragung eines virtuell getesteten Programms auf reale Hardware
• Vergleich von virtuellem und realem Anlagenverhalten
• Nutzung virtueller Testergebnisse zur Vorbereitung der realen Inbetriebnahme
• Reduzierung realer Inbetriebnahmezeit durch vorgelagerte virtuelle Tests
• Pflege und Aktualisierung eines Digital-Twin-Modells über die Projektlaufzeit
• Einordnung, wann sich der Aufwand eines Digital Twins tatsächlich lohnt

Praxis: Virtuelle Inbetriebnahme einer Beispielanlage

• Analyse eines vorgegebenen Steuerungsprogramms und der zugehörigen Anlage
• Aufbau eines vereinfachten Simulationsmodells der Anlage
• Einrichtung der OPC-UA-Verbindung zwischen Steuerung und Modell
• Verknüpfung der Steuerungsvariablen mit den Signalen des Modells
• Erster Testlauf des Programms gegen das virtuelle Modell
• Gezieltes Einbauen und Aufspüren eines Programmfehlers im virtuellen Test
• Anpassung des Steuerungsprogramms auf Basis der Testergebnisse
• Erneuter Testlauf zur Kontrolle der Korrektur
• Dokumentation der virtuellen Testergebnisse in einem Prüfprotokoll
• Vorbereitung der realen Inbetriebnahme auf Basis der virtuellen Tests
• Vergleich von virtuellem und tatsächlichem Anlagenverhalten nach der Übertragung
• Abschließende Bewertung des Digital-Twin-Einsatzes für das Beispielprojekt

Der Kurs setzt bewusst nicht bei null an, sondern auf vorhandenem SPS-Programmierwissen auf: Statt Grundlagen der Steuerungstechnik zu wiederholen, geht es direkt um die Frage, wie sich bestehende Programme mit einem virtuellen Anlagenmodell verbinden und testen lassen. Am Ende steht die Fähigkeit, ein Steuerungsprogramm nicht erst an der realen, oft teuren Anlage zu erproben, sondern bereits vorab an einem virtuellen Modell – und damit Fehler zu finden, bevor sie in der Praxis Zeit und Kosten verursachen.

Der Spezialkurs richtet sich an SPS-erfahrene Fachkräfte, die ihre Programmier- und Inbetriebnahmepraxis um moderne Simulationsmethoden erweitern möchten.

• SPS-Programmierer:innen mit praktischer Erfahrung in einer Engineering-Software
• Automatisierungstechniker:innen, die Inbetriebnahmezeiten verkürzen möchten
• Techniker:innen und Ingenieur:innen mit Interesse an virtueller Inbetriebnahme
• Mitarbeitende in Projekten mit hohem Anteil an Neuanlagenplanung
• Personen, die sich gezielt auf Simulations- und Digital-Twin-Aufgaben spezialisieren möchten

Da der Kurs auf vorhandenem Programmierwissen aufbaut, stehen von Beginn an konkrete Simulationsszenarien statt allgemeiner Grundlagen im Mittelpunkt. Neue Konzepte wie OPC-UA-Anbindung oder Modellsynchronisation werden knapp eingeführt und sofort an einem laufenden Beispiel erprobt. Ein wesentlicher Teil der Zeit besteht aus dem gezielten Vergleich von virtuellem und erwartetem Anlagenverhalten, um ein Gespür für die Aussagekraft von Simulationsergebnissen zu entwickeln. Die Teilnehmenden arbeiten überwiegend an einem durchgehenden Beispielprojekt, das im Kursverlauf wächst.

Als Spezialkurs auf bestehendem SPS-Wissen ist die Handlungsschritt deutlich kompakter angelegt als ein vollständiger Programmierkurs und konzentriert sich auf wenige Wochen intensiver Simulationsarbeit. Der überwiegende Teil der Zeit fließt in praktische Übungen am Simulationsmodell statt in theoretische Einführungen. Wird der Kurs in Teilzeit besucht, verteilt sich derselbe Stoff über einen entsprechend längeren Zeitraum, ohne dass Inhalte gekürzt werden.

Der Kurs schließt mit einer trägerinternen Bescheinigung der Spezialqualifikation Digital Twins in der Automatisierung ab. Es handelt sich um einen qualifizierten Nachweis der zusätzlichen Simulationskompetenz, nicht um eine herstellerseitige Zertifizierungsprüfung. Das im Praxisteil erarbeitete virtuelle Inbetriebnahme-Projekt kann zusätzlich als Arbeitsprobe für Bewerbungen mit Simulationsschwerpunkt dienen. Sie dokumentiert damit gezielt die zusätzliche Simulationskompetenz oberhalb des allgemeinen SPS-Grundwissens.

Virtuelle Inbetriebnahme gewinnt in der Automatisierungstechnik zunehmend an Bedeutung, weil sie Fehler sichtbar macht, bevor eine reale Anlage überhaupt fertig aufgebaut ist. Wer diese Methode beherrscht, spart nicht nur Zeit bei der eigentlichen Inbetriebnahme, sondern reduziert auch das Risiko teurer Stillstände. Für SPS-Fachkräfte mit Grundkenntnissen bietet der Spezialkurs eine klare Möglichkeit zur Weiterqualifizierung, ohne bei null anzufangen: Das vorhandene Programmierwissen wird direkt in einen neuen, gefragten Anwendungskontext überführt. Da Digital-Twin-Kompetenzen bislang seltener vermittelt werden als klassisches SPS-Programmierwissen, positioniert sich, wer diese Spezialisierung mitbringt, deutlich abseits des breiten Bewerberfelds für reine Programmierstellen.