Musterklausur Prozessautomatisierungstechnik (PAT) · WS 2013/14 Musterklausur: Prozessautomatisierungstechnik,· Prof. Dr.-Ing. Mohieddine Jelali 1 -Arbeitsblätter im Anhang -Taschenrechner

WS 2013/14 Musterklausur: Prozessautomatisierungstechnik,· Prof. Dr.-Ing. Mohieddine Jelali 0

Name __________________________________

Matr.-Nr. __________________________________

Unterschrift _______________________________

Die ausgefüllten Aufgabenzettel sind mit abzugeben!

Klausurdauer insgesamt: 90 min

Musterklausur Prozessautomatisierungstechnik (PAT)

1 2 3 4 5 6 Summe

Max. 10 25 20 10 30 25 120

Erreicht


- Arbeitsblätter im Anhang

- Taschenrechner

- keine Bücher/Skripte/Folien etc.

Zugelassene Hilfsmittel:



Aufgabe 1:



Aufgabe 1 (Forts.):

a) Worum handelt es sich bei diesem Bild?

(kurze Beschreibung in Stichworten)

b) Geben für dieses System an:

b1) Prozesstyp,

b2) Automatisierungsgrad und

b3) Rechnereinsatzart.

c) Welcher Ebene der Automatisierungspyramide ist das Bild

zuzuordnen?



Aufgabe 2:

Gegeben ist die folgende Automatisierungsstruktur.



Aufgabe 2 (Forts.):

a) Geben Sie die Automatisierungsebenen links neben dem Bild

an!

b) Wie heißen die entsprechenden Komponenten in jeder Ebene?

c) Auf welchem Weg wird hier hauptsächlich Informationen

ausgetauscht?

Bitte nennen Sie auch die zugehörigen Zugriffsverfahren!

d) Um welche Art Automatisierungsstruktur handelt es hierbei?

e) Nennen Sie Vor- und Nachteile dieser Art der

Automatisierungsstruktur!

f) In welchem Industriezweig ist der Einsatz einer solchen

Struktur üblich?

In welchem nicht?



Aufgabe 3:

a) Was ist ein intelligenter Aktor? Skizzieren Sie dessen

Komponenten!

b) Welche Unterschiede bestehen zwischen Produkt- und

Anlagenautomatisierung? Geben Sie Beispiele an!

c) Welche Typen von Vorgängen gibt es in techn. Prozessen?

d) Wie schnell reagiert eine SPS auf ein Ereignis während der

Programmbearbeitung?

e) Wie kann man Software-Redundanz realisieren?

f) Würden Sie in einem Kernkraftwerk ein Doppelrechnersystem

oder ein Dreifachrechnersystem mit statischer Redundanz

verwenden? Warum?

g) Nennen und erklären Sie kurz die 4 Anforderungen an ein

Echtzeitsystem!

h) Erklären Sie den Unterschied zwischen synchroner und

asynchroner Programmierung?

i) Eine Task befindet sich jeweils 2 sec in Ruhe- und

Bereitschaftszustand. Dann wird sie für 20 sec ausgeführt!

Die Zykluszeit beträgt 30 sec.

Skizzieren Sie den Ablauf der Task!

Berechnen Sie den Spielraum und die maximale Antwortzeit!



Aufgabe 4:

Gegeben ist die folgende Rechnerstruktur.

a) Benennen Sie die im Bild dargestellte Rechnerstruktur!

b) Würden Sie diese Struktur in einem Automatisierungssystem

in einem Flugzeug verwenden? Wenn nicht, warum?

Rechner 1 Rechner 2

Vergleicher 2 von 2

Eingabesignale (z.B. Messwerte)

Ausgabesignale (z.B. Stellgrößen)

Alarmsignal



Aufgabe 5:

Für die Automatisierung einer Anlage mit einem aktiven Rechner

und 10 passiven Geräten soll ein Profibus eingesetzt werden.

Es gelten folgende Bedingungen:

• SRD-Dienst; Telegramm mit fester Datenlänge (8 Bytes)

• Verwendung von UART-Zeichen

• Maximale Buslänge: 400 m

• Konstanter Overhead LO = 500 Bit-Zeiten

• Maximal zulässige Reaktionszeit des Systems von Tmax = 10 ms

a) Skizieren Sie die Bus-Topologie mit allen Teilnehmern und

möglichen Verbindungen!

b) Welches Zugriffsverfahren findet hier Anwendung?

c) Geben Sie die Länge eines einzelnen Telegramms in Byte und

Bit sowie die Dauer einer einzelnen SRD–Dienst–Operation an!

d) Prüfen Sie, ob die zulässige Reaktionszeit eingehalten wird!



a) Planen Sie den Ablauf der Tasks mit Hilfe des Earlierst-

Deadline-First-Verfahrens!

b) Prüfen Sie die Ausführbarkeit der Schedulingaufgabe!

(mathematisch!)

Aufgabe 6:

Der zeitliche Ablauf folgender Tasks soll zyklisch geplant werden.


t [ms]

20 40 60 80 100 120 0 140 160

Task Dauer Einplanung Deadline

A B C D

10 ms 10 ms 30 ms 40 ms

10 ms 0 ms 30 ms 50 ms

50 ms 30 ms 100 ms 70 ms


Aufgabe 7:

Gegeben ist die folgende Kommunikationsstruktur.

a) Um welches Bussystem handelt es sich hierbei?

b) Wie heißen die Teilnehmer {1, 4} bzw. {2, 3, 5, 6, 7} noch?

c) Was können die Teilnehmer {1, 4} bzw. {2, 3, 5, 6, 7} sein?

d) Erklären Sie die verwendeten Buszugriffsverfahren? Zu

welche Klasse gehören sie?

e) Wo werden solche Bussysteme eingesetzt?



Anhang A:

Bd: Bit/s

Bezeichnung Datenaustausch Zykluszeit Übertragungs-rate

SERCOS Token-Ring 12 ms 4 MBd

ASI Polling, zyklisch 110 ms 170 MBd

Profibus Master-Slave mit Token Passing

2200 ms 10 kBd12 MBd

Profinet I/O Industrial Ethernet TCP/IP

1100 ms 10 MBd

Interbus-S Schieberegister mit Summenrahmen-protokoll

320 ms Typ. 500 kBd

CAN Prioritätsgesteuerter Datenverkehr

10100 ms 1 MBd



Anhang B:



Anhang C



Anhang D:

Theorem von Liu und Layland (Earliest-Deadline-First-Verfahren):

Theorem von Liu und Layland (Rate-Monotonic-Verfahren):

1

1n

i

i i

C

T

1

*

1

*

1

*

2

*

3

*

4

*

2 1 , 1,2,

1,0

0,828

0,779

0,757

ln 2 0,693

ni n

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i i

CU n n

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U

U

n: Anzahl der Tasks Ci: Ausführungszeit der Task i Ti: Zykluszeit der Task i


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