TU Wien:Dezentrale Automation VO (Kastner)/Prüfung 2023-03-07

Wie funktioniert eine Einweglichtschranke? Was ist eine Dunkelschaltung?

Eine Einweglichtschranke ist ein optischer Näherungsschalter mit einer separaten Sende- und Empfangseinheit. Es wird ein Lichtstrahl von der Sendeeinheit zu der Empfangseinheit "geschickt". Wird dieser Lichtstrahl durch ein Objekt unterbrochen (der Empfänger misst kein Licht) so wird der Zustand der Lichtschranke verändert.

Bei einer Dunkelschaltung einer Lichtschranke wird die Schranke aktiv (Zustand HIGH) wenn sie unterbrochen wird.

Nennen Sie 3 Hauptbereiche eines ERP Systems.

• Vertrieb
• Finanz- & Rechnungswesen
• Materialwirtschaft
• Logistik
• Produktionsplanung

Wie ist Verfügbarkeit definiert und wie kann sie erhöht werden?

$V={\frac {MTBF}{MTBF+MTTR}}$

$V$... Verfügbarkeit (einheitenlos)

$MTBF$... mean time between failure (Zeit)

$MTTR$... mean time to repair (Zeit)

Durch Erhöhung der MTBF (Zuverlässigkeit des Systems erhöhen) und Minimierung der MTTR (schnell wieder reparieren).

Erklären Sie ASi bezüglich Netzstruktur, Übertragungsmedien und Buszugriff.

• Netzstruktur
  • beliebig max. 100m, dann Verlängerung durch Repeater
• Übertragungsmedium
  • ungeschirmte und unverdrillte Zweidrahtleitung
  • für Daten & Energie
• Buszugriff
  • Single Master System mit zyklischem Polling
  • Master ruft alle Slaves zyklisch mit ihrer Adresse auf
  • eine fixe Adresse pro Slave
  • max. 31 Slaves pro Strang (also max 62 insgesamt)
  • bis zu 4 Sensoren und/oder Aktuatoren pro Slave

Welche Protokolle der PROFIBus-Familie gibt es und was sind die Anwendungsbereiche?

• UDP/IP
  • Geräteparametrierung und Konfiguration
  • lesen von Diagnosedaten
• RT (Realtime) mit VLAN-Tag
  • zyklische Nutzdatenübertragung
  • Ereignisgesteuerte Meldungen/Alarme
• Ethernet/IP
  • taktsynchrone Übertragung

Nennen Sie die 3 Stufen der Interoperabilität und erklären Sie diese.

• Technichal interoperability
  • Legt eine Infrastruktur für den Austausch von Bits/Bytes zwischen den Teilnehmern fest.
• Syntactic interoperability
  • Legt eine gemeinsame Datenstruktur sowie ein Protokoll (für die Strukturierung von Daten) für die augetauschten Daten fest. Setzt technische Interoperabilität voraus.
• Semantic interoperability
  • Setzt eine einheitliche Interpretation der ausgetauschten Daten für den momentanen Kontext fest. Setzt sowohl technische sowie syntaktische Interoperabilität voraus.

Nennen Sie 3 Netzwerktechnologien vom CIP.

• DeviceNet
• ControlNet
• Ethernet/IP

Erklären Sie kurz die Funktionsweise von FlexRay.

Flexray ist ein serielles, deterministisches, fehlertolerantes Bussystem, welches spezifiziert wurde, um die erhöhten Anforderungen (höhere Datenübertragungsrate, Echtzeit-Fähigkeit, Ausfallsicherheit) zukünftiger Vernetzung in Fahrzeugen erfüllen soll. Es unterstützt Übertragungsraten von 10Mbit/s über sowohl optische wie elektrische Medien und lässt weitgehend freie Topologien zu. Weiters unterstützt es sowohl synchrone (über TDMA) und asynchrone (über minislotting) Datenübertragung.
Funktionsweise eines Kommunikationszyklus:

• Statisches Segment (TDMA)
• Dynamisches Segment (Minislotting)
• Symbol window
• Network Idle Time

Wie funktioniert der Buszugang bei CSMA/CA, welche Technologien verwenden sie und was ist der Unterschied zu CSMA/CD?

• CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
• CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

Beide sind Netzwerkzugriffstechnologien, die in LANs verwendet werden. CSMA/CA verwendet Carrier Sense, um das Medium zu überprüfen und Kollisionen zu vermeiden. Sender müssen checken ob das Medium frei ist, bevor sie Frames senden. CSMA/CD überprüft ebenfalls das Medium, erkennt jedoch Kollisionen und unterbricht die Übertragung mit einem Jam-Signal.
Verwendet werden sie zB bei IEEE 802.15.4, CAN, Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, usw.

Wie heißt der ISO/OSI Layer 2 und was sind seine Aufgaben?

Data Link Layer

• Hauptaufgabe: Buszugriff regeln
• Aufbau und Unterhaltung einer "logischen" Verbindung
• Zeichen- & Datenblocksynchronisation
• Erkennung von Datenblockgrenzen
• Fehlererkennung & Fehlerbehandlung
• Zugriffssteuerung auf das Medium

Nennen Sie 3 Herausforderungen für die Gebäudeatomation.

• Stochastische Störgrößen
  • Wechselnde Witterungsverhältnisse
  • Personenanzahl
  • Verhalten
  • Geräteabwärme
• Kostensensitiv
• Lange Lebenszyklen
• Potentiell große Ausdehnung

Nennen Sie je 2 Vor- und Nachteile von Industrial Ethernet.

Vorteile:

• meiste Teile sind Anwendern bereits bekannt
• Kompatibilität zu DeviceNet Datenmodellen, Geräteprofilen und Engineering-Umgebung
• Moderate Buslast durch Publisher-Subscriber-Modell
• gute Verwendung von Ethernet, gute Koexistenz
• Unterstützung durch große Industriegruppe (ODVA)

Nachteile:

• Harte Echtzeit-Anwendungen brauchen leistungsfähige Rechner
• Nur Tunnellösung mit allen Nachteilen von TCP/UDP/IP

Wie funktioniert der Distanzsensor auf Sonarbasis?

Der Sensor sendet Schallwellen aus, welche von einem senkrecht zur Ausbreitungsfläche stehenden Gegenstand reflektiert werden. Durch Messung der Zeitdauer des Schalls vom Absenden bis zum Empfangen wird gemessen und ausgewertet.

Welche 2 Arten von Funktionsblöcken gibt es bei der der IEC 61499?

• Simple
  • besteht aus
    • internen Variablen
    • einem oder mehreren Algorithmen
    • Execution Control Chart (ECC)
  • interne Daten von außen nicht zugänglich
  • Algorithmen können in beliebiger Sprache programmiert sein
• Compound
  • "Netzwerk" aus verbundenen Funktionsblöcken
  • kann auch andere zusammengesetzte FB enthalten
  • können hierarchisch organisiert sein

Wie funktioniert die Integration von Internet über Feldbus? Nennen Sie 2 Varianten.

• Tunneln des Feldbus-Protokolls
• Feldbus-Know-how beim Client nötig
  • Spezielle Software
  • Erfahrener User
• Nicht unabhängig
  • Auch nicht benutzerfreundlich
• Network-based Control

Nennen Sie 3 Vorteile von funkbasierter Datenübertragung.

• Niedrigere Installationskosten
• Ermöglicht Platzierung von Knoten wo Kabel keine Option sind (z.B Industrie)
• Mobile Geräte können flexibel angeschlossen werden
• Bewegte Knotenpunkte bleiben verbunden
• Ermöglicht Ad-hoc-Benutzerinteraktion

Nennen Sie 3 Konzepte von MQTT und erklären Sie diese kurz.

• Client / Broker
• Publish/Subscribe (Pub/Sub) communication model
• Topics / subject-based filtering
• QoS
• Persistent Sessions & Queuing
• Retained Messages
• Last Will and Testament

Welchen Kommunikationsanwendungen (Client/Server und Producer/Consumer) ordnen sich Engineering und der Proezssablauf zu? Und welche Layer 4 Technologien helfen ihnen dabei?

• Engineering:
  • Client/Server
    • TCP/IP (glaube ich)
• Proezssablauf:
  • Producer/Consumer
    • UDP/IP