PKM 2.2 Flashcards
Kapitel 4-6
Wodurch wird bei CSMA/CD bzw. CSMA/CA die maximale Buslänge
beschränkt (und warum)?
CSMA/CD: Wie Abb. 4.5 zeigt, wird eine Kollision im schlimmsten
Fall erst dann erkannt, wenn das Signal zweimal den Bus
durchlaufen hat. So lange muss ein Rahmen mindestens
gesendet werden. Die Buslänge hängt deshalb von der
minimalen Rahmenlänge ab.
CSMA/CA: Während der Arbitrierung müssen bei jedem Bit alle
Stationen erkennen, ob ihr Bit auf dem Bus überschrieben
wurde. Hier hängt die Buslänge davon ab, wie lange
ein einzelnes Bit anliegt.
Wie lange dauert es bei CSMA/CD bzw. CSMA/CA, bis eine Station nach
Beginn des Buszugriffsverfahrens den Bus sicher hat, d. h. alle anderen
Stationen sich ruhig verhalten?
CSMA/CD: Die Stationen verhalten sich ruhig, sobald sie merken,
dass auf den Bus geschrieben wird (oder ein Jam-Signal
anliegt). Im schlimmsten Fall dauert das so lange, bis ein
Signal von einem Ende des Busses zum anderen Ende
gelaufen ist.
CSMA/CA: Nachdem das niederwertigste Bit (LSB) der Kennungen
zur Arbitrierung angelegen hat, ziehen sich alle Stationen
bis auf eine zurück.
Worin liegen die Unterschiede bei CSMA/CD, CSMA/CA und Token-
Passing in Bezug auf Echtzeitgarantien (die für die Prozesskommunikation
sehr wichtig sind)?
CSMA/CD: Aufgrund nicht vermeidbarer Kollisionen können hier
keine Echtzeitgarantien abgegeben werden.
CSMA/CA: Die Station mit der höchsten Priorität erhält den Bus. Ist
eine maximale Rahmenlänge gegeben, so hat diese (und
nur diese) garantiertes Echtzeitverhalten.
Token-Passing: Hier erhalten alle Stationen regelmäßig den Bus. Ist eine
maximale Rahmenlänge gegeben, so haben alle Stationen
garantiertes Echtzeitverhalten. Es handelt sich hier um
eine faire Vergabe (aber mit größerer Antwortzeit als für
die hochpriore Station bei CSMA/CA).
Alternativ zu den oben erläuterten Buszugriffsverfahren CSMA/CD,
CSMA/CA und Token-Passing kann man den einzelnen Stationen auch
feste Zeitschlitze (Zeitmultiplex) oder Frequenzbänder (Frequenzmultiplex)
zuordnen. Ersteres werden Sie später unter dem Begriff TDMA
(Time Division Multiple Access) kurz kennen lernen. Frequenzmultiplex
findet man beispielsweise bei Rundfunk und Fernsehen.
Was könnten die Vor- und Nachteile von Zeit- und Frequenzmultiplex
gegenüber den in diesem Kapitel erläuterten Buszugriffsverfahren sein?
Vorteile:
Jede Station weiß, wann sie den Bus bekommt. Es ist deshalb kein
Zugriffskontrolle (Arbitrierung) notwendig. Die Stationen haben trotzdem
garantiertes Echtzeitverhalten.
Nachteile:
* Ungenutzte Zeitschlitze blockieren den Bus.
* Es können keine neuen Stationen einfach dynamisch hinzugefügt
werden, wenn für sie keine Zeitschlitze reserviert sind.
Abb. 4.6 zeigt das Ethernet-Protokoll. Warum wird im letzten Schritt eine
zufällige Zeitspanne gewartet?
Würden alle Stationen immer gleich lange warten, würden sie auch immer
wieder gemeinsam versuchen, den Bus zu erhalten, und es käme immer
wieder zur Kollision.
Welche Entwicklungen haben zur Zunahme der Kommunikation in der industriellen Automatisierung geführt?
Die stetige Zunahme der Automatisierung in allen technischen Bereichen führte zu einer fast explosionsartigen Zunahme der Kommunikation. Es wurden immer mehr Bussysteme eingeführt, die heute über 100 verschiedene Kommunikationssysteme umfassen. Die Vernetzung zu komplexen, hierarchischen Systemen ist heute das zentrale Diskussionsthema.
Welche Arten von Bussystemen wurden in der industriellen Automatisierung zuerst eingesetzt und welche Strukturen folgten später?
Zuerst wurden linienförmige Busse eingesetzt, an die intelligente Sensoren und Aktuatoren angeschlossen wurden. Später folgten andere Strukturen wie die Ringtopologie zur Erhöhung der Zuverlässigkeit.
Welche Ebenen umfasst die hierarchische Automatisierung in der industriellen Automatisierung?
Die hierarchische Automatisierung umfasst die Sensor-Aktuator-Ebene, die objektnahe Systembusebene und die Systembusebene. Auf höheren Ebenen dominiert Ethernet und TCP/IP.
Was versteht man unter CIM und wie hat sich die Prozesssteuerung im Laufe der Zeit entwickelt?
CIM (Computer Integrated Manufacturing) ist ein Begriff für die automatisierte Produktion, bei der der Computer den gesamten Entwurfs- und Fertigungsprozess überwacht und steuert. Die Prozesssteuerung begann mit monolithischen Systemen und entwickelte sich hin zu hierarchischen Strukturen, bei denen Sensoren und Aktuatoren auf der untersten Ebene angesiedelt sind.
Welche Anforderungen stellen unterschiedliche Ebenen des CIM an das Kommunikationssystem?
Die Anforderungen variieren je nach Ebene:
- Auf der Sensor-Aktuator-Ebene müssen wenige Bits in Echtzeit im Millisekundenbereich übertragen werden.
- Auf höheren Ebenen nehmen die Datenblockgrößen zu und die Zeitanforderungen ab, wobei die Übertragung im Minutenbereich erfolgen kann.
Welche spezifischen Anforderungen bestehen an Kommunikationssysteme in industriellen Umgebungen?
Die Anforderungen umfassen Unempfindlichkeit gegenüber Störungen, Fehlertoleranz, leichte Wartbarkeit und Fehlerdiagnosemöglichkeiten, Echtzeitverhalten, ereignisorientierte Kommunikation, passende Übertragungsgeschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit.
Welche Anwendungsbereiche deckt die industrielle Automatisierung ab?
Die Anwendungsbereiche umfassen Maschinen- und Anlagenbau, Robotik, Elektroindustrie, Chemie und Verfahrenstechnik, Energietechnik, Gebäudeautomatisierung und -leittechnik, Fahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe, Raumfahrt, Umweltüberwachung, Entsorgungstechnik und Verkehrsleittechnik.
Was kennzeichnet die industrielle Fertigungsautomatisierung und welche Automatisierungsebenen gibt es?
Die industrielle Fertigungsautomatisierung ist durch vielfältige Automatisierungs- und Feldbusbereiche gekennzeichnet. Die drei wichtigsten Automatisierungsebenen sind die Fabrikleitebene, die Fertigungsleitebene und die Feldebene.
Welche Besonderheiten kennzeichnen die Prozessautomatisierung?
Die Prozessautomatisierung umfasst chemische, verfahrenstechnische und energietechnische Anlagen mit kontinuierlichen Prozessen und erfordert eine Partitionierung des Kommunikationssystems. Die Zeitanforderungen sind geringer als in der Produktionsautomatisierung.
Was sind die charakteristischen Merkmale der Ver- und Entsorgungsautomatisierung?
Die Ver- und Entsorgungsautomatisierung umfasst große Ausdehnungen von Systemen (oft mehrere Kilometer) und baumartige Netzstrukturen. Es bestehen Anforderungen an eichpflichtige Geräte und die Eigensicherheit der Übertragungsmedien.
Welche Anforderungen und Strukturen kennzeichnen die Gebäudeautomatisierung?
Die Gebäudeautomatisierung umfasst eine Vielzahl lokaler Kontrollsysteme mit weichen Echtzeitanforderungen im Millisekundenbereich und erfordert eine leichte Inbetriebnahme. Große Gebäude können mehrere zehntausend Busanschlüsse umfassen.
Was versteht man unter Einzelaggregaten in der Automatisierungstechnik?
Einzelaggregate sind autark arbeitende Systeme, deren Schnittstellen zur Überwachung und Einstellung bauartbedingter Parameter dienen. Sie haben keine Echtzeitanforderungen an diesen Schnittstellen und verwenden meist proprietäre Bussysteme.
Welche Kommunikationssysteme werden in der Kfz-Automatisierung verwendet und warum?
In der Kfz-Automatisierung werden CAN, LIN, FlexRay und MOST verwendet. CAN und LIN dienen der Datenübertragung in lokalen Regelkreisen, FlexRay für sicherheitskritische Anwendungen und MOST für Multimediaübertragungen. Diese Systeme erfüllen die Anforderungen an EMV-Verträglichkeit und geringe Kosten.
Was versteht man unter der industriellen Automatisierung in Bezug auf Bussysteme?
Industrielle Automatisierung umfasst die Fertigungs- und Prozessautomatisierung. Vorherrschende Busnormen wie Profibus sind in beiden Gebieten verbreitet.
Welche drei exemplarischen Sensor-Aktuator-Busse werden in der industriellen Automatisierung vorgestellt?
- Aktor-Sensor-Interface (ASI)
- VariNet-2
- Interbus
Was ist das Aktor-Sensor-Interface (ASI) und wie funktioniert es?
ASI ist ein Zweidraht-Bussystem zur direkten Kopplung von binären Sensoren und Aktuatoren an eine übergeordnete Steuerung. Es nutzt ein Master-Slave-Konzept, bei dem ein Master die Sensoren und Aktuatoren pollt.
Was sind die Hauptmerkmale des ASI-Bussystems?
- Zweidrahtleitung für Daten und Energie
- Master-Slave-Konzept
- Maximale Leitungslänge von 100 m
- Unterstützt 31 Slaves mit bis zu 124 Sensoren/Aktuatoren
- Verwendet Alternating Pulse Modulation (APM) für die Übertragung
Was sind die wesentlichen Merkmale des VariNet-2 Busses?
- Entwickelt von Pepperl+Fuchs
- Halbduplex-Betrieb basierend auf RS-485-Netz
- Übertragungsgeschwindigkeit von 500 kBit/s
- Adressierung von bis zu 120 Stationen
- Kommunikation über vier Protokolle: SDN, SDA, RDR, SRD
Was zeichnet den Interbus aus?
- Ringtopologie mit Hin- und Rückleitungen durch alle Stationen
- Übertragungsgeschwindigkeit von 500 kBit/s (in Zukunft 2 MBit/s)
- Maximale Netzwerkweite von 13 km mit bis zu 512 Stationen
- TDMA (Time Division Multiple Access) für deterministischen Medienzugriff
Welche Feldbusse werden im industriellen Umfeld besprochen?
- Bitbus
- Profibus
Was sind die Hauptmerkmale des Bitbus?
- Linienstruktur mit Abzweigungen
- Maximale Länge von 13,2 km
- Übertragungsrate bis zu 375 kBit/s
- Symmetrische Datenübertragung nach RS-485-Standard
Welche drei Varianten des Profibus gibt es und für welchen Bereich sind sie jeweils gedacht?
- Profibus-FMS: Höhere Systemebenen, geringe Geschwindigkeit
- Profibus-DP: Dezentrale Peripherie, schnelle Sensor- und Aktuatoranbindung
- Profibus-PA: Prozessautomatisierung, eigensichere Datenübertragung
Was ist das Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen Sensor-Aktuator-Bussen und Feldbussen?
Der Hauptunterschied liegt darin, dass Sensor-Aktuator-Busse nur eine Master-Station haben, die die Sensoren und Aktuatoren pollt, während Feldbusse Multimaster-Systeme sind, die eine Buszugriffskontrolle benötigen.
Was ist das Ziel von EIB in der Gebäudeautomatisierung?
Das Ziel von EIB (European Installation Bus) ist es, ein einheitliches Installationsbussystem für Zweckbauten und Privathäuser zu schaffen. Es ist ein dezentrales, ereignisgesteuertes Bussystem zum Überwachen und Steuern von Funktionen auf Sensor-Aktuator-Ebene in Gebäuden, wie Beleuchtung, Heizung, Jalousien etc.
Wie ist ein EIB-Netzwerk hierarchisch unterteilt?
Ein EIB-Netzwerk ist über zwei Ebenen hierarchisch unterteilt: Linien und Bereiche, die jeweils über Linien- bzw. Bereichskoppler miteinander verbunden sind. Diese Koppler trennen die Subnetze galvanisch und reduzieren die Netzlast, indem sie die Rahmen nach den Zieladressen filtern.
Welche Topologie wird im Allgemeinen für EIB-Netzwerke verwendet?
Die Netztopologie von EIB-Netzwerken orientiert sich im Allgemeinen an der Stromversorgung, meist in einer Baumstruktur. Andere Topologien wie Ring, Stern und Bus sind aber auch möglich.
Welche Art von Busleitung wird für EIB verwendet und wie erfolgt die Datenübertragung?
Für EIB wird eine geschirmte, verdrillte Zweidrahtleitung zur Datenübertragung und zur zentralen Stromversorgung verwendet. Das Datensignal wird auf eine 28-V-Gleichspannung aufmoduliert. Die Übertragungsrate beträgt 9600 Bit/s.
