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
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- Arbeitsblätter im Anhang
- Taschenrechner
- keine Bücher/Skripte/Folien etc.
Zugelassene Hilfsmittel:
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Aufgabe 1:
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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?
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Aufgabe 2:
Gegeben ist die folgende Automatisierungsstruktur.
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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?
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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!
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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
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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!
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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.
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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
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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?
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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
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Anhang B:
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Anhang C
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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
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CU n n
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U
n: Anzahl der Tasks Ci: Ausführungszeit der Task i Ti: Zykluszeit der Task i
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