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Zwischenprüfung > CPS > Flashcards

CPS Flashcards

1
Q

Welche vier industriellen Revolutionen gibt es?

A

1.Mechanisierung 2. Elektrifizierung 3. Digitalisierung 4. Vernetzung/ Internet

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2
Q

Was ist ein Cyber-physisches System (CPS)?
und was ist IoT?

A

CPS sind Steuerungssysteme.

Zusammenschluss intelligenter, vernetzter Steuerungssysteme die aus Sensoren, Aktoren, Rechen- und Steuerungskomponenten bestehen

IoT (Internet of Things) sind CPS die sich auf das Internet ausdehnen

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3
Q

Beispiele für Cyber-physische Systeme:

A

Smart City
Smart Farming
Smart-Factory (Cyber-physisches Produktionssystem (CPPS) )
Smart-Home (Gebäudeautomation)
Intelligente Stromnetze

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4
Q

welche Kommunikationsverfahren benötigt die gleichzeitige horizontale und vertikale Vernetzung?

A

robuste Kommunikationsverfahren z.B.: Ethernet auch in der Prozessebene (Industrial Ethernet) (L2)
REST, MQTT, OPC UA zum sichern und standardisierten Datenaustausch

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5
Q

Bis wohin Reicht die Intelligenz? (bei CPS)

A

die Intelligenz wandert hinunter bis in die Feldebene

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6
Q

was ist CPS Hardware meistens?

A

Ein Spezieller Steuerungs-Rechner zur Daten- und Signalverarbeitung (Embedded Systems)

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7
Q

SPS/PLC und SBC ausgeschrieben:
und Beispiele:

A

Speicherprogrammierbare Steuerung, PLC (Programmable Logic Controller)

Single-Board Computer, Einplatinencomputer

Beispiel Produkte: Raspberry Pi, Arduino Uno, NodeMCU

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8
Q

Was ist ein Sensor und was ein Aktor?

A

Sensor: Messfühler für physikalische oder chemische Eigenschaften z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, Helligkeit, Beschleunigung, GPS-Koordinaten

Aktor: Ein elektrisch steuerbares mechanisches Antriebselement
z.B. Relais (Schütz), Motor, Servo…

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9
Q

Was erzeugt und was benötigt analoge oder digitale Signale?

A

Sensoren erzeugen analoge oder digitale Signale
Aktoren benötigen analoge oder digitale Signale

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10
Q

welche Eigenschaften haben analoge- und digitale Signale?

A

analoge Signale haben einen stufenlosen und beliebig feinen Verlauf

digitale Signale können nur einzelne, fest vorgegebene Werte annehmen
(z.b. bei binären Signalen nur die Werte 0 oder 1)

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11
Q

als was werden Signale übertragen?

A

meist als elektrische Spannung

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12
Q

Was sind die verschiedenen Eigenschaften von einer Schnittstelle und einem Bus?

A

Schnittstelle:
zum Anschluss eines oder mehrerer Geräte z.B serielle Schnittstelle (RS-232)

Bus:
Schnittstelle zum Anschluss mehrerer Geräte,
Feldbus zum zuverlässigen übertragen von Daten in störanfälligen Umgebungen über große Distanz. (Ethernet, RS-485, CAN, KNX, AS-I, IO-Link, Profilbus,…)
Bus im Nahbereich: USB, SPI, 1-Wire…,)

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13
Q

(CPS) Layer 2 Protokolle. Nenne
Leitergebundene:
und
Drahtlose:

A

Leitergebunden: Ethernet, Modbus/RTU über RS-485

drahtlos: WLAN, Bluetooth/BLE, DECT, ZigBee, Z-Wave,
LPWAN (LTE, LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT)

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14
Q

Nenne Layer 3/4/7- Protokolle:

A

IP, UDP, TCP, Modbus/TCP, HTTP, MQTT, REST, CoAP, PC UA
werden auch Middlware genannt

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15
Q

Nenne Netzwerk-Komponenten und was diese machen:

A

Bridge: Umsetzung zwischen unterschiedlichen L2-Protokollen (z.B. Hue-Bridge)
Switch: Zustellung auf L2 anhand der MAC-Adressen
Router: (IoT-Gateway): Zustellung auf L3 anhand der IP-Adressen
Firewall: Filterung über Regeln (MAC, IP, Port, Anwendung, …)

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16
Q

Netzwerksicherheit in Industriellen Steuerungsnetzen (Industrial Control System, ICS)
Nenne Organisatorische Sicherheitsmaßnahmen
und
technische Sicherheitsmaßnahmen

A

organisatorische Sicherheitsmaßnahmen
- Informations-Sicherheits-Beauftragten für ICS bestimmen (ICS-ISB)
- Schutzbedarfsanalyse
- Risikobewertung

technische Sicherheitsmaßnahmen
- Netze über VLANs trennen
- Network Access Control (NAC)
- Datenverkehr filtern und verschlüsseln
- Firewall (IoT-Secure-Gateway) und
- VPN einsetzen

17
Q

häufig verwendete Programmiersprachen?
wesentliche Strukturen?
Datentypen?

A

C, C++, Python, JavaScript, Shell-Skripte
Variablen, Typen, Arrays, Bedingungen, Schleifen, …
bool, char, string, int, long, float, …

18
Q

SPS:
nenne spezielle Text- und Grafische Programmiersprachen und -Methoden

A
  • Textsprachen:
    AWL (Anweisungsliste, Instruction List, IL)
    Strukturierter Text (ST, SCL)
  • grafische Sprachen:
    FUP/FBS (Funktionsbausteinsprache), GRAFCET
    KOP (Kontaktplan)
19
Q

worüber werden die Programme realisiert?
und Beispiele

A

Realisierung über
- Entwicklungsumgebungen (integrated development environment, IDE)
z.B.:
 Arduino-IDE
 Online-IDE
 Simulatoren: Arduino, WOKWI

  • grafische Entwicklungswerkzeuge (oft herstellerspezifisch) (benutzen richtige Versager)
    z.B.:
     Node-RED
     CODESYS
     TIA-Portal
20
Q

Eigenschaften von IoT-Plattformen

A
  • meist cloud-basiert
  • ermöglichen eine einfache Vernetzung von IoT-Geräten und
    Anwendungsprogrammen
  • Daten-Auswertung
  • Reaktionen auf Ereignisse
  • Visualisierung

z.B: ThingWorx, AWS IoT Core,
ThingsBoard, openHAB, Blynk

21
Q

was bedeuten folgende Begriffe:

M2M

SCADA

ICS

OT

OPC uA

HMI

ERP,MES,Office-Floor,Shop-Floor (Feldebene)

A

Machine-to-Machine Kommunikation:
automatisierter Informationsaustausch zwischen Endgeräten (Maschinen,
Fahrzeuge) untereinander oder mit einer zentralen Leitstelle

Supervisory Control and Data Acquisition
Überwachen und Steuern technischer Prozesse durch Computer-Systeme

Industrial Control Systems

Operational technology:
Operational technology is hardware and software that detects or causes a
change, through the direct monitoring and/or control of industrial equipment, assets, processes and events, z.B. ICS, PLC, SCADA

Open Platform Communications Unified Architecture
Standard für den plattformunabhängigen Austausch von Maschinendaten

human-machine interface
manchmal auch nur ein schönes Wort für ein großes (Touch-)Display

ERP, MES, Office-Floor, Shop-Floor (=Feldebene)

22
Q

MQTT ausgeschrieben?
was ist MQTT?
wo wird es verwendet?
welche Ports verwendet es?

A

Message Queuing Telemetry Transport
einfache und robuste Nachrichtenübertragung zwischen Geräten

häufig bei CPS/IoT und bei Machine-to-Machine Kommunikation (M2M)
TCP, 1883 und 8883

23
Q

wie werden folgende MQTT Begriffe noch genannt:
MQTT-Server
MQTT-Client
Topics

A

MQTT-Server (Broker)

MQTT-Clients sind Datenproduzenten (Publisher) oder Datennutzer (Subscriber)

Topics: (Thema, Betreff) zur Organisation der Nachricht (ich glaube damit sind die Pfeile gemeint in der Darstellung Folie 28 CPS)case Sensitive (KA was das bedeutet)

24
Q

Node-RED was ist das?

wie Benutzt man es?

was ist das Baukastenprinzip?

Knotenpunkte?

Dashboard wie und was?

A

eine grafische Entwicklungsumgebung (Loser)

Benutzung im Browser ://http://IPAdresse:1880

Funktionsbausteine (Knoten, Nodes) werden
zu Abläufen (Flows) verbunden

  • Eingabeknoten
  • Verarbeitungsknoten
  • Ausgabeknoten

einige Ausgabeknoten zur Messwert-Visualisierung
Ansicht im Browser: http://IPAdresse:1880/ui

25
Q

Single-Board Computer (SBC) auch Einplatinencomputer SoC (System-on-Chip)

was ist alles auf seiner Leiterplatte?

Vorteile und Nachteile?

wozu kann es Eingesetzt werden?

A

beherbergt alle notwendigen Funktionseinheiten auf einer Leiterplatte:
- Microcontroller (CPU + viele Schnittstellen nach außen, auch System-on-a-
Chip)
- RAM
- Firmware
- Flash-Speicher
- viele Schnittstellen

Vorteile:
- klein und sparsam
- einfach zu programmieren
- ermöglichen Rapid Prototyping

Nachteile:
- relativ geringe CPU-Leistung

Einsatz:
als Mess- und Steuerungssystem
als Entwicklungs- und Lehrsystem

26
Q

Programmierung von SBCs

Welche Programmiersprachen?

warum auch gut für Anfänger?

meist Cross-Compiling, aber was ist das?

A

C, C++, Phython, JavaScript,

grafische Programmier-Umgebungen

  • editieren des Quellcodes auf dem PC
  • compilieren des Programms auf dem PC
  • hochladen des binären Programms über USB auf den SBC
  • Steuerung und Debugging vom PC aus über USB
27
Q

SPS /PLC

optimiert für?

typische Hardware:

IEC 61131-3 spezifiziert 5 Sprachen zur Programmierung von
Steuerungssystemen:

A

optimiert für industrielle Automatisierung und Steuerung
kann auch Messwertverarbeitung und Regelung

CPU, Speicher, Prozess-E/A und
Kommunikationsschnittstellen, jedoch keine großen Massenspeicher

IL (Instruction List), LD (Ladder Diagram), FDB (Function Block Diagram), SFC (Sequential Function Chart), ST (Structured Text)

28
Q

Elektrostatische Entladung (ESD)
was ist das?
was muss man beachten?

und Schutz wie?

A

Spannungsdurchschläge, die durch große Potentialunterschiede entstehen
ESD kann elektrische Komponenten schädigen
fast alle elektronischen Bauelemente
sind ESD-empfindlich!

Schutz vor ESD
- Aufladung vermeiden, z.B. durch Ableiten und Erdung
- schnelles Entladen vermeiden, z.B. vorhandene elektrische Ladungen langsam
über einen großen elektrischen Widerstand abfließen lassen

Zwischenprüfung (13 decks)

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