Делал я такое.
Первый симулятор был эмулятором контроллера (российский С-100 Автоваза с языком Step7). Моя программа делала промежуточный "байт-код" с текста программ (IL) и запускала его. Теперь у Siemens есть готовый симулятор.
Для техпроцесса были три версии:
1) сначала использовал отображение дискретных выходов. (металлообработка)
2) 2D сцена, где зона датчиков это прямоугольники (они чувствовали появление детали), дискретные выходы - прямоугольники, которые перемещались, и сама деталь - тоже прямоугольник.
3) 3D сцена (сначала OpenGL, но потом стал изучать DirectX).
Были нарисованы что-то типа поворотного механизма и дачный участок (деревья и забор появлялись из-под земли).
Писал на Delphi.
Но дело это муторное.
Советую исследовать MatLab (и Simulink). Там есть примеры и 2D, и 3D анимаций.
Напишите, пожалуйста, марку контроллера.