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SPS-Programmierung: Integriertes 3D-Engineering in der IEC-61131-Umgebung

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Das Teilziel ‚integriertes 3D-Engineering’

Codesys Objektbaum, 3S Bildquelle: © 3S-Smart-Software

Bild 1. Codesys-Objektbaum mit eingebundener Depictor-Szene und Auswahl eines Standard-Elements.

Um – wie im Projekt angepeilt – aus einem IEC-61131-3-Tool ein 3D-fähiges Engineering-Werkzeug zu machen, sind zahlreiche Einzelschritte erforderlich. Ein wichtiger Step im Rahmen von OPAK ist die Spezifikation einer integrierten Zusatzkomponente: des Codesys Depictors. Mit diesem Tool lassen sich Maschinenabläufe optisch so darstellen, dass funktionale Abhängigkeiten räumlich erkannt und verstanden werden können, ohne die Entwicklungsoberfläche verlassen zu müssen. So ermöglicht das neue Zusatzmodul dem Anwender, Szenen des Maschinenablaufs zu beschreiben und optisch darzustellen.
Zur Verwendung des Depictors fügt der Anwender im Applikationsbaum zusätzlich zu den IEC-61131-3-Bausteinen ein neues ‚Scene‘-Objekt ein. Dieses  enthält die räumliche Darstellung einer Maschine oder eines Maschinenteils und besteht in sich aus einzelnen ‚Pose‘- und ‚Element‘-Objekten. Posen sind Beschreibungen von Raumposition und -orientierung, die von Maschinenzuständen abhängen und in der 3D-Visualisierung animiert werden. Damit eine Pose grafische Geometrien sichtbar machen kann, muss ihr der Anwender geometrische Objekte in Form von 3D-Elementen zuordnen. Dazu kann er räumlich konfigurierbare Standard-Elemente verwenden wie etwa Boxen, Zylinder oder Kugeln, und diese dann zu den gewünschten Einheiten zusammenstellen (Bild 1).

Konfiguration der Position eines Maschinenbauteils, 3S Bildquelle: © 3S-Smart-Software

Bild 2. Konfiguration der Position eines Maschinenbauteils durch Parallelverschiebung und fest eingestellte Rotation innerhalb der Pose.

Idealerweise bekommt der Anwender jedoch komplexe 3D-Elemente aus dem CAD-Tool der Mechanik-Kon­struktion, zum Beispiel im Collada-Format oder anderen gängigen 3D-Objekt-Formaten. Solche komplexen Elemente lassen sich dann in den  ­Depictor einbinden und verwenden. Der Anwender kann daraus ohne zusätzliche Zeichenarbeit die optische Darstellung des Ablaufs gemäß den Konstruktionszeichnungen zusammenstellen. Komplexere Posen- und Elementkonstruktionen kann er in Depictor-Objekten als Template-Vorlagen zusammenfassen und sie damit leicht wiederverwenden.
Unabhängig von den Elementen mit ihren 3D-Geometrien erfolgt in den Posen die eigentliche 3D-Animation: jeder Pose lassen sich eine oder mehrere räumliche Transformationen mitgeben. Zur Auswahl stehen Parallelverschiebungen (Translationen), Rotationen und Skalierungen in allen Raumachsen. In diesen Transformationen werden einzelne Parameter (zum Beispiel Rotationswinkel) mit den entsprechenden IEC-61131-3-Variablen der Steuerungsapplikation verknüpft oder fest vorgegeben (Bild 2). Zur grafischen Anpassung können die Variablen direkt innerhalb der Transformation arithmetisch bearbeitet werden, das heißt mit Ausdrücken gemäß der IEC-61131-3-­Syntax für den strukturierten Text angepasst werden (Beispiel: [POU-Objekt].[Variablenname]*[Skalierung] + [Offset]).