Wie lassen sich industrielle Prozesse innerhalb der Automatisierungstechnik grob klassifizieren?
Continuosus Process
Semi Continuosus Process
Discrete Process
Discrete Batch Process
Was versteht man unter der sog. CIM-Pyramide und wie ist diese aufgebaut?
Was versteht man unter Cyberphysikalischen Systemen?
Logische Entwicklung im Managment industrieller Prozesse
-> entstand aus globaler Entwicklung der Wirtschaft
Ubiquitous Computing
Internet of Things
Cyber -Physical Systems
Was versteht man unter RAMI 4.0?
Dreidimensionale Landkarte die eine strukturierte Herangehensweise an das Thema Industrie 4.0 beschreibt
Welche Normungsgremien sind im Bereich Smart Grid weltweit aktiv?
IEC
ISO
ITU
Was versteht man unter dem Smart Grid Architekturmodell?
Methodik, mit der Energieversorgungsunternehmen und die Industrie Systemaspekte von intelligenten Stromversorgungsnetzen (Smart Grids) darstellen können.
Lässt sich als driedimensionale Leistungspyramide beschreiben
Benennen Sie 3 Beispiele für Leitungscodes
Non Return to Zero CODE (NRZ)
Return to Zero (RZ)
Biphase Codierung
Was bedeutet „Gleichstromfreiheit“ für einen Leistungscode bezüglich dessen Leistungsdichtespektrum? Warum ist dies z.B. für Powerline-Communication relevant?
da bei ´1´ abwechelnd ausschlag positiv und negativ
-> Mitellwert = Null und somit Gleichstromfrei
Gut da so kein Gleichstrom auf der Powerline
Es soll die Bitfolge „10010100“ mit Hilfe einer Manchester-Codierung übertragen werden. Fertigen Sie eine Skizze an.
Bei halber Taktlänge
-> bei 1 Positive Steigung
-> bei 0 negative
Bei Manchester 2 andersrum
Beim wechseln ohne Wertung muss bei steigender Taktflanke gewechselt werden
Geben Sie die Autokorrelationsfunktion (analog und digital) formelmäßig an.
Analog:
digital:
Wie ist der Zusammenhang mit der Faltungsoperation?
Was versteht man unter einem Leistungsdichtespektrum?
Wie kann es gemessen werden?
Die spektrale Leistungsdichte einer Strahlung oder eines Signals ist definiert als die Leistung, die auf eine bestimmte Bandbreite von Frequenzen oder Wellenlängen entfällt, dividiert durch diese Bandbreite,
Was ist ein Augendiagramm und wie kann es gemessen werden?
ist eine Darstellung von Bitwechseln im Oszilloskop bei welchem die Verlaufslinien nicht verloschen
Was versteht man unter Signalisierung bzw. unter Signalisierungsprotokollen?
Die Signalisierung ist die Information bzw die Informationsweitergabe wohin ein Teilnehmer kommunizieren möchte.
Mit welcher Datenrate werden typischerweise Sprachsignale digitalisiert?
64 kBit/s bzw 8 Bit 8000x pro Sekunde
Was versteht man im Zusammenhang mit Telekommunikationsnetzen unter Zeit-Multiplexing, PDH- und SDH-Technologien bzw. SONET?
Zeit-Multiplexing: ist das hintereinander wegsenden von unterschiedlichen Datensignalen zur Effizienteren Nutzung einer Ader
PDH: ist das steigern der Übertragungsrate von übergeordneten Ortsvermittlungsstellen
SONET: altes SDH
SDH: PDH mit Glasfaser und mashalla schnell
Was ist bzw. war die typische Applikation von SONETNetzwerken im Bereich der Energieversorgungsnetze?
Zentrale Steuerung von Energieversorgungsanlagen
Kommunikationsdienste werden typischerweise mit Hilfe von definierten Software-Layern organisiert. Benennen Sie zwei Modelle und deren Schichten
Iso-Osi Modell
-von unten nach oben
Physical Link
Data Link
Network
Transport
Session
Presentation
Application
Was versteht man unter dem ISO/OSI-Modell und wie unterscheidet sich davon die Enhanced Performance Architecture?
OSI - Open System Interconnection
ISO - International Organisation for Standardisation
Unterschiedet sich von der Enhanced Performance Architecture
-> deutlich schneller da nur noch Ebene 1; 2 und 7
Welchen Layern sind jeweils Repeater, Hubs, Bridges, Switches und Router zuzuordnen und was ist deren Funktionalität?
Hub(verstärkt multipliziert und versendet)/Repeater
Switch/Bridge(bearbeitet Datenpaket)
Router
Für die IP-Kommunikation werden physikalische und logische Adressen eingesetzt. Um welche Adressen handelt es sich und auf welchem Layer des OSI-Modells werden diese eingesetzt?
logische Adresse -> IP-Adresse, Layer-3
physikalische Adresse -> Mac-Adresse, Layer 2
Wozu dient ein ARP-Request? Was ist ein RARP ?
Was ist ARP:
Identitätsermittlung
RARP: ARP Rückwärts (eigene Identitätsermittlung von z.b. virtuellen Computern)
Die IP-Adresse besteht aus einem Netzwerk- und einem Hostteil. Durch welche „Kennung“ können beide gegeneinander abgegrenzt werden?
Durch die jeweilige Klassenunterteilung
Es gibt 5 Klassen
Wie können Netzwerke innerhalb des „Hostteils“ segmentiert werden?
Können Netze auch asymmetrisch aufgeteilt werden oder sind nur symmetrische Segmentierungen möglich?
Durch Subnetze
Asymmetrisch ist möglich
Wozu dienen „Ports“ und „Sockets“
Ein Socket ist eine IP-Adresse : Port
Port : Zuweisung von Daten
Benennen Sie die beiden gängigsten Transportprotokolle
Wie unterscheiden sich diese?
TCP (verbindungsorientiert) -> Empfänger bekannt, senden mit Ziel
UDP (verbindungslos) -> ins offene Netz
Was versteht man unter einem VLAN und auf welchem Netzwerk-Layer wird dieses eingesetzt?
Virtual Local Area Network:
Bildet ein logisches Netzwerksegment und eine eigene Broadcast-Domäne
Layer 2
Was sind die Hauptaufgaben eines Routers?
Bestimmung des Pfades, den ein Datenpaket zu nehmen hat nach bestimmten Kriterien für die Wegwahl wie z. Bsp. geographische Entfernung, Anzahl Zwischenstationen, mittlere Übertragungsgeschwindigkeit
Was versteht man unter MPLS, einem Label Switched Path?
MPLS bedeutet Multiprotocol Label Switching. Hierbei werden IP-Datenpaketen verschiedene Labels zugewiesen, die es Routern ermöglichen, die Pakete sehr schnell und über die optimale Route im Netz weiterzuleiten.
LSP: Vorausgehende Entschiedung der Route der Daten
Was sind typische Anwendung von einem IP-MPLS-Netzwerk in einem Energieversorgungsnetz?
Verbindung in der Feldebene zu Spannungsreglern und Kondensatoren
Teleprotection für koordiniertes auslösen von Schutzmechanismen (Echtzeit Anforderung)
Von welcher Firma wurde das erste Feldbussystem eingesetzt und wie lautet der auch noch heute gebräuchliche Feldbus?
Modicon Sponsorships
Name: Modbus
Wie unterscheidet sich die RS 485-Kommunikation von der klassischen RS 232- Kommunikation?
RS 485
Datenübertragung: Asynchron, d.h. es existiert kein gemeinsamer Takt.
RS 232
Die Datenübertragung zwischen den beiden Systemen erfolgte seriell
Welche Reichweiten und Datenraten sind typisch mit einer RS485- Kommunikation möglich
Welches aktuelle industrielle Bussytem nutzt die RS 485-Kommuniation als Physical Layer?
Profibus
Welche Netzwerk-Schichten sind typisch in einem industriellen Netzwerk implementiert?
Physical Layer
Applikation Layer
Bei der Buskommunikation wird typisch zwischen zyklischer und azyklischer Kommunikation unterschieden. Welche „Daten“ werden bei zyklischer bzw. azyklischer Kommunikation ausgetauscht?
zyklischer: Es werden Eingang und Ausgangssignale gesendet
azyklisch: Alarm
Benennen Sie vier gängige Feldbussysteme bzw. Netzwerkprotokolle, die typisch als Kommunikationsmodule angeboten werden.
Modbus
Ethercat
Profinet
Erklären Sie das Master/Slave Prinzip. Grundproblem, Arbeitsprinzip, Vorteile, Nachteile
Welches Buszugriffsprotokoll nutzt Profibus?
Kommunikationsprotokoll DP
Was ist eine GSD-Datei und welche Vorteile bietet deren Einsatz?
Elektronisches Datenblatt dass die Devices definiert
Vorsteile:
Nicht jedes Gerät muss einzeln definiert werden
Wozu dient der Service Access Point bei der Profibus-Kommunikation?
Der Datenaustausch wird bei PROFIBUS über Service Access Points organisiert. Die Nummer des Service Access Points gibt an, welches Kommando (Funktion) ausgeführt bzw. welche Daten übertragen werden sollen.
Wie gelingt es bei Profinet „Echtzeitfähigkeit“ bzw. „Rechtzeitigkeit“ herzustellen?
Durch die Kommunikation in Layer 2 mit VLAN
Welche Funktionalitäten der klassischen IP-Kommunikation werden bei Profinet genutzt, um azyklische Daten auszutauschen?
Die MAC Adresse wird genutzt
Erklären Sie das Funktionsprinzip von EtherCAT
Wie ein Zug
-> In der Fahrt wird an stationen Informationstausch oder Abgabe/Weitergabe betrieben
Hierfür ist lediglich ein Standard Ethernet Adapter vonnöten
Nennen Sie einen Vertreter für ein Ethernet-basiertes Feldbussystem. Durch welche Maßnahme wird im Wesentlichen eine „Echtzeit“-Verhalten (im Sinneeines zeitlich definierten Zeitverhaltens) realisiert?
keine Masteranschaltgruppen
keine Unterlagerten Busse
Nennen Sie eine Sensor/Aktor-Netzwerk für die Fertigungsautomatisierung
ETHERCat
…
Benennen Sie die Systemkomponenten einer SPS
Baugruppenträger
Stromversorgung
CPU
Anschaltbaugruppe
IO-Module
Kommunikationsbaugruppe
Sonderbaugruppe
Mit welcher Spannung werden SPS-Systeme typischerweise versorgt?
24V DC
Was unterscheidet einen Mini-PC/ein Microcontroller Board und eine SPS (bzw. was unterscheidet einen RaspberryPi von einem RevolutionPi)?
Bessere Anschlussmöglichkeiten für die Industrie gemäß IEC 61131 durch Gateways anschlussmöglichkeiten zu Profibus Modbus EtherCAT und eigenes Betriebssystem individuelles Raspbian
Immer Up-to-Date
Warum werden nur Drähte in den Farben blau und weiß am RevPi genutzt?
Wozu dient der Peripheriebus (P-Bus), der Kommunikationsbus (K-Bus) und der angeschlossene Feldbus?
Peripheriebus: übernimmt den Datenverkehr zwischen CPU und den E/A-Signalmodulen (Mono Master Bus)
Kommunikationsbus: Datenaustausch zwischen der CPU einer SPS und deren zugehörigen Funktions- sowie Kommunikationsbaugruppen zu realisieren. (interner Bus einer SPS)
Benennen Sie die 4 Konfigurationselemente für die Organisation der SPSSoftware-Komponenten
Gerätekatalog
Konfigurationsbereich
Gerätedaten
Werte-Editor
Wie wird typisch die „Rechtzeitigkeit“ einer SPS bei der Prozessabarbeitung sichergestellt?
Die für einen Programmdurchlauf benötigte Zeit wird Zykluszeit genannt. Die Zykluszeit einer SPS muss so klein sein, dass Signaländerungen an den Eingängen sicher erfasst und Ausgangssignale so rechtzeitig ausgegeben werden, wie es der zu steuernde Prozess verlangt. Echtzeitbedingung (Rechtzeitigkeit).
Mit welchen Laufzeiteigenschaften können TASKs versehen werden?
periodische Ausführung
Prioritätsstufe
Was sind die Unterschiede zwischen den Eingängen, Ausgängen und den Peripherie-Eingängen und Peripherie-Ausgängen einer SPS?
pheripherie Ein/Ausgänge: physische eingänge und Ausgänge
Eingang und Ausgang: die virtuellen Abbilder der peripherie Ein und Ausgänge zur digitalten Weiterverarbeitung
Erläutern Sie den Unterschied zwischen „Funktionen“ und „Funktionsbausteinen“ bei der strukturierten Programmierung
Funktion: haben kein Gedächtnis, liefern bei gleicher Eingabe immer dasselbe Ergebnis
Funktionbausteine: sind universell nutzbar ohne unerwünschte Daten zu speichern oder sich selbst zu verändern
In D und Europa werden vor allem zwei Entwicklungsumgebungen für Speicherprogrammierbare Steuerungen eingesetzt. Um welche handelt es sich?
Step7/TIA-Portal
CoDeSys
Wie werden die Anschlüsse der externen Sensoren und Aktoren auf die IOVariablen bzw. Speicherelemente des SPS-Programms abgebildet? - Wozu dient eine Symboltabelle?
indem die Physischen Eingänge mittels absoluter Tabelle in der Symboltabelle zugeordnet werden
Speicherprogrammierbare Steuerungen können in unterschiedlichen „Sprachen“ programmiert werden. Benennen Sie diese
Strukturierter Text
Kontaktplan
Funktionsbausteinsprache
Ablaufsprache
Anweisungsliste
Ordnen Sie die Programmiersprachen der unten angezeigten Abbildung zu.
Stromlaufplan und Kontaktplan
Welche Elemente bilden die sog. Triade der Security?
CIA Pyramide
C: Confidentiality
I: Integrity
A Availability
Durch welche Prinzipien wird bei industriellen Anlagen gewährleistet, dass Daten sicher übertragen werden können?
•HTTPS server (z.B. mit Zertifizierungsstelle Let’s Encrypt)
• Sicheres standardisiertes Protokoll (z.B. Das Automatic Certificate Management Environment (ACME) Protokoll)
• Verschlüsselte Verbindung über HTTPS mit einem Browser- „trusted“ Zertifikat und z.B. Schlüsselaustausch mit DiffieHellmann Key Exchange
• Zertifikatsmanagement (Agent) auf dem Webserver
Was wurde mit der Einführung der IEC 61850 bezweckt? Benennen Sie die 3 Säulen von IEC 61850
Was versteht man unter einem IED im Bereich der Stationsautomatisierung
intelligenten elektronischen Geräten
Gerät mit eigenem Namen und konfiguriertem System
mind ein Kommunikationsport vonnöten (z.b. Ethernet)
Was versteht man unter Sampled Values bzw. GOOSE-Messages
Statusmeldungen von Geräten die in einem fest gelegten Intervall gesendet werden ändert sich der Stuts ändert sich das Intervall
Was bedeutet eine „Merging Unit“ im Sinne der IEC 61850 im klassisch messtechnischem Sinn?
Wenn die Wandler keinen Takteingang haben, wird die gleichzeitige Messwertabtastung mit Hilfe der Merging Unit MU-E1 ermöglicht.
In der MU werden dann alle Spannungen und Ströme mit dem normalen Takt gleichzeitig abgetastet
Welche Echtzeit-Dienste wurden unter dem Dach der IEC 61850 standardisiert?
Sampled Values
Generic Object Oriented Substation Event
Manufacturing Message Specification
Durch welche Methode wird eine hohe Übertragungssicherheit der GOOSEMessages erreicht?
Durch das häufigere Übertragen bei Statusänderungen
Durch welche Methode können GOOSE-Messages priorisiert werden?
GOOSE-Datagramme setzen einen eigenen Ethertype in Ethernet-Paketen, wodurch Priorisierungen direkt auf dem Ethernet-Data Link Layer abgebildet werden
Wozu dienen MMS-Messages im Kontext der IEC 61850
Client/Server basiertes Kommunikationsprotokoll zwischen IEDs und higher level entities über Ethernet
Was versteht man unter Anlagenvirtualisierung bzw. unter einem „Digitalen Zwilling
Digitales erstellen einer Anlage um in dieser Simulationen durchführen zu können und sie Darzustellen
Benennen Sie die Ebenen der hierarchischen Datenstrukturierung gemäß IEC
Level 1: Server
Level 2: Logisches Gerät
Level 3: Logischer Knoten
Level 4: Datenobjekt
Level 5: Datenattribut
Was machen sampled Values
SV sind zeitkritisch und werden als Unicast- oder Multicast-Message gestreamt.
Es wird kein Acknowledgement gesendet.
Im Unterschied zu GOOSE-Nachrichten werden die Nachrichten nicht wiederholt.
Datenpakete werden nach einer vom Benutzer spezifizierten Rate publiziert.
Welche Software-Komponenten wurden in der Übung genutzt und wozu wurden diese verwendet?
Omicron Devices zur erstmaligen Identifizierung der Geräte im Netzwerk
Webbrowser zum einstellen und konfigurieren der ISIO200 als IEDs
Omicron IED Scout zum öffnen der IEDs und deren Inhalte sowie zur Aufzeichnung des Netwerktraffics
Omicron Teste Universe zum konfigurieren des Systems mithilfe des GOOSE-Konfigurators
Omicron Daneo Control zur Analyse der Binärsignale mehrerer Schalter
Mit welcher Software-Komponente konnte das Datenmodell analysiert werden?
Omicron Test Universe
Wie hoch war die ermittelte Latenzzeit, der in der Übung aufgenommenen Binärsignale? (Zeit von Schalter aktiv, bis LED leuchtet)?
5,8 milli sekunden
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