Als Reaktion des Mangels an geeigneten Mediensystemen für den Mess-, Steuer- und Regelungstechnik-Unterricht (MSR) in der Berufsbildung wurde 2011 damit begonnen das Mediensystem „OmniControl“ zu entwickeln. Das Ziel der Entwicklung ist ein im Vergleich zum Komplexitätsgrad der industriellen „Ingenieurswerkzeuge“ didaktisch reduziertes und einfach zu bedienendes Mediensystem, mit dem Lösungen für MSR-Fragestellungen erstellt, simuliert und auch mittels Hardwareschnittstelle an reale Aufbauten übergeben werden können.

Neben der folgenden Kurzdarstellung wird OmniControl ausführlicher in der lernen & lehren 114 / 2014 vorgestellt, dessen Artikel hier zum Download bereitsteht.

Konzept

Das Mediensystem „OmniControl“ besteht aus einem Verbund aus Soft- und Hardware: Softwareseitig wurde auf Java-Basis bisher der „Schaltplan-Editor“ entwickelt, mit dem die Erstellung und Simulation von Schaltungen mittels der IEC-konformen, ereignisorientierten „Funktionsbausteinsprache“ (FBS) und – in Abgrenzung zu anderen Mediensystemen – auch in der prozessorientierten „Ablaufsprache“ (AS) möglich sind. Zum Umfang des leicht verständlichen Schaltplan-Editors gehören u. a. Standard-Logikgatter, Zeitfunktionen, komplexe Regelbausteine sowie diverse Quellen und Senken.

Die Simulation der erstellten und/oder vorhandenen analogen und digitalen Schaltungen erfolgt direkt im Schaltplan-Editor bzw. in den darin eingebundenen Modellen: Alle Veränderungen und Prozesse werden grafisch dargestellt. Innerhalb der Modellbibliothek wird bereits eine Auswahl an Modellen angeboten, die die anschauliche Darstellung von Basisproblemen der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR) zulassen. Die Animation der Modelle umfasst die Steuerung der Schaltung durch Tasten/Schalter/Steller, die Visualisierung der Prozesse durch Darstellung der Zustände (z. B.: Aus/An) und der dynamischen Veränderungen (z. B. Schließen/Öffnen des Zugangstors, Hoch-/Runterfahren der Rolltreppe, Veränderung der Volumenströme beim Lufterhitzer und bei der Tankanlage). Weiterhin ist ein Y/T-Schreiber integriert, der das Regelverhalten in Abhängigkeit von der Zeit dynamisch und fortlaufend darstellt. Alle im Editor erstellten Schaltungen können gespeichert sowie ex- und importiert werden.

Für die Hardwarekommunikation ist in „OmniControl“ das standardisierte, industrielle Kommunikationsprotokoll „Modbus-TCP“ eingebettet worden, mittels dessen die direkte Kommunikation mit industriellen Ein-/Ausgabebaugruppen erreicht wurde. Vorteil an dieser  Lösung ist die Möglichkeit der Einsparung kostenintensiver industrieller SPS-Hardware und die Umgehung der komplexen und didaktisch nicht reduzierten industriellen Software-Werkzeuge unter Beibehalt der Nutzung von Hardware-Modellen der MSR-Technik.

Auf der Hardwareseite wurden in studentischen Projekten einfache und kostengünstige Modbus-TCP-Koppler entwickelt, die auf Basis des Raspberry Pi und des Arduino arbeiten. Der Anschluss der digitalen und analogen Sensorik/Aktorik an diese Buskoppler erfolgt auf dem 24 V bzw. dem 0 – 10 V Standard.

Die Programmierung von „OmniControl“ erfolgt in Java. „OmniControl“ lässt sich auf allen gängigen Betriebssystemen einsetzen. Das vorliegende Verbreitungskonzept sieht eine kostenlose Bereitstellung der Software die private Nutzung und für öffentliche Institutionen vor.

Ausblick

Auf didaktischer Ebene ist angedacht, dass – beruhend auf der Java-Technologie – eine Applikationsentwicklung im (Berufs-)Schulunterricht möglich sein soll. Denkbar wäre beispielsweise, die anwendungsorientierte Programmierung von Software-Modellen im Unterricht oder auch – nach Integration von Schnittstellen zu webbasierten Techniken – eine deutlich einfachere Visualisierung der Prozessdaten über Javascript in HTML zu realisieren.