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Lernmaterialien für Feldbussysteme an der Ernst-Abbe-Hochschule Jena

Greife auf kostenlose Karteikarten, Zusammenfassungen, Übungsaufgaben und Altklausuren für deinen Feldbussysteme Kurs an der Ernst-Abbe-Hochschule Jena zu.

TESTE DEIN WISSEN

OPC-UA

Welche Aufgaben haben die folgenden Funktionsbausteine des OPC-UA-Client-API ?

a. UA_Connect

b. UA_GetNamespaceIndex

c. UA_NodeGetHandle

d. UA_Read (und UA_Write)

e. UA_NodeReleaseHandle

f. UA_Disconnect

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TESTE DEIN WISSEN

a. UA_Connect

- stellt eine OPC-UA-Remote-Verbindung zu einem anderen OPC-UA-Server her, welcher durch die ServerUrl und die SessionConnectInfo spezifiziert wird

- Rückgabe eines Verbindungshandles, welches z.B. für UA_Read verwendet werden kann


b. UA_GetNamespaceIndex

- erfasst Namespace Index für einen Namespace URI (Uniform Resource Identifier)


c. UA_NodeGetHandle

- fragt ein Knotenhandle für ein gegebenes Symbol im UA-Namensraum ab

- Symbol wird durch ein Verbindungshandle und seiner KnotenID spezifiziert


d. UA_Read

- liest Werte aus einem gegebenen Knoten- und Verbindungshandle

UA_Write

- schreibt Werte in ein gegebenes Knoten- und Verbindungshandle


e. UA_NodeReleaseHandle

- gibt ein Knotenhandle frei


f. UA_Disconnect

- schließt OPC-UA-Remote-Verbindung zu einem anderen OPC-UA Server (Verbindung wird über Verbindungshandle spezifiziert)

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TESTE DEIN WISSEN

Profinet

Welche Aufgabe haben sie zu erfüllen?

PN-DCP

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TESTE DEIN WISSEN

PN-DCP (Profinet - Discovery and Configuration Protocol) wird für die IP-Adressvergabe in einem PROFINET IO System benutzt


_____

This is a Profinet‐specific protocol that has two main functions:
1. Used by the Supervisor (PC) to assign a unique name (Siemens Primary Setup Tool /
Procentec Netilities).
2. Used by the IO Controller (CPU) to assign a unique IP address (as defined in the hardware
config) in conjunction with ARP above.

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TESTE DEIN WISSEN

CAN

Welche Vorteile bzw. Besonderheiten gegenüber anderen Feldbussystemen bietet CAN?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

- ideal für kleine Datenmengen

- schnelle Synchronisation



- Keine typische Master-Slave-Beziehung (Multi-Master)

- Keine umlaufenden Token! (physisch oder virtuell)

- Implementiert objektorientierte Adressierung

  -> Nachrichten werden eindeutig adressiert

- Einfache twisted-pair-Leitung als Verbindung möglich 

  -> günstig

- Bitweise Arbitrierung und Prioritätserkennung durch CSMA/CR (Collision Resolution)

- Störungssicher

- Hohe Übertragungsraten

- Gute Fehlererkennung

- Kurze Reaktionszeiten

- Echtzeitfähig durch Prioritätsvergabe

- Hohe Datensicherheit

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TESTE DEIN WISSEN

OPC-UA

Welche Transporttechnologie wird für den Datentransport verwendet?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

- XML Web Services

(relativ großer Overhead, 

geringe Performance)

- Native Binary

(genau spezifiziert 

-> hohe Interoperabilität, 

hohe Performance, 

geringer Ressourcenverbrauch)

- SOAP/HTTP with UA Binary

(Kompromisslösung zwischen Kompatibilität und Performance)

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CAN

Worin liegt die wohl wichtigste Einschränkung dieses Bussystems?

Ursache für die Einschränkung

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

Wichtigste Einschränkung: 

- Abhängigkeit der Übertragungsrate von der Leitungslänge

Ursache:

- Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale

-> Bei der Bit-Arbitrierung muss das Signal zwecks Synchronität lange genug anliegen, um alle Teilnehmer zu erreichen und ihnen eine Reaktion zu ermöglichen



- Das größte Problem ist die Leitungslänge, da bei der Arbitrierung die Teilnehmer in Echtzeit reagieren müssen, um Kollisionen zu vermeiden. Die Länge der Busleitung ist stark von der Übertragungsrate abhängig.

- Mit zunehmender Leitungslänge steigt die Zeit, die ein Signal braucht, bis es am Ende des Busses ankommt. Innerhalb der Signalzeit muss der Empfänger auf den Sender reagieren. Der Sender muss wiederum die eventuelle Buspegeländerung des Empfängers mitbekommen.

- Deshalb müssen Verzögerungszeiten auf der Leitung des Transceivers, des Controllers, der Oszillatortoleranzen und gesetzte Abtastpunkte berücksichtigt werden.

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CAN

Was ist die Hamming-Distanz (HD)?

Was sagt sie aus und welche HD hat der CAN-Bus im Vergleich zu anderen Feldbussen?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

- Die Hamming-Distanz (HD) ist ein Maß für die Erkennbarkeit von Bitfehlern

- Die Hamming-Distanz zwischen zwei binären Zeichen ist gleich der Anzahl der nicht übereinstimmenden Bits in gleicher Bitposition

- Die Hamming-Distanz sagt über die Qualität/Störunempfindlichkeit des Codes aus

- Bei CAN ist HD=6

- Bei anderen Feldbussen allgemein mindestens 4

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CAN

Aus welchen Bestandteilen setzt sich das Standard-CAN-Telegramm zusammen?

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TESTE DEIN WISSEN
_____SOF (Start of Frame)_____[1Bit]

 - Startbit [1bit] 

   -> Immer dominant

(dient auch zur Synchronisation der anderen sendewilligen Stationen)

_____Arbitrierungsfeld_____[12Bit]

 - Identifier [11bit] : Objektadressierung und Priorisierung der Nachricht

 - RTR-Bit [1bit]

   o rezessiv: Anforderungstelegramm

  o dominant: Datentelegramm

_____Steuerfeld_____[6Bit] 

  - IDE: (Identifier Extension) [1bit]

   o dominant: Standard-Identifier : (2^[11bit] =2048)

   o rezessiv: Extended-Format : (2^[29bit] =536870912)

  - Datenlänge als Anzahl von Bytes von 0 bis 8 (Data Length Code, DLC) [4bit]

  - r0 (bzw. r1)) sind reserviert [1bit]

_____Datenfeld_____[0-8 Byte] 

Datenbits (Nutzinformation) [64bit]

_____Datensicherungsfeld_____[16Bit]

 - CRC-Prüfsequenz [15bit]

 - CRC-Begrenzungsbit [1bit]

_____Bestätigungsfeld_____[2Bit]

 - ACK-Slot: [1bit]

   o dominanter Pegel: mind. 1 Teilnehmer hat fehlerfrei empfangen

(Sender stellt ACK-Slot selbst auf rezessiv)

 - ACK-Begrenzungsbit [1bit] 

______Telegramm-Endekennung_____[7Bit]

 - Sequenz [7 rezessive Bits]

___(Inter Frame Space IFS)___[3bit]


Summe = 130bit (130us bei 1Mbit/s)

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CAN

Welcher Buspegel (Übertragungsstandard) wird verwendet?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

- Dominant (-> logische 0)

- Rezessiv (-> logische 1)

- Beim Senden zweier unterschiedlicher logischer Pegel durch mehrere Sender setzt sich der dominante Pegel (-> logische 0) durch und sendet ohne Zeitverlust weiter

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TESTE DEIN WISSEN

CAN

Welche maximale Übertragungsrate ermöglicht der CAN-Bus?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

- 1Mbit/s bis 40 Meter

(- 50kbit/s bei 1km)

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TESTE DEIN WISSEN

CAN

Woher stammt der CAN-Bus?

Wofür wurde er ursprünglich entwickelt?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

- von Bosch (und Intel)

- kurze Reaktionszeiten

- kurze Entfernungen

- kleine Datenmengen

- Sehr hohe Übertragungssicherheit

- Masseneinsatz -> kleiner Preis

- Unterschiedliche Prioritäten der Nachrichten bzw. Daten

 o ABS bzw. ASR (Antischlupfregelung), Motormanagement, Zündung

 o Fensterheber, Klimaanlage, Radio, Satellitennavigation

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TESTE DEIN WISSEN

CAN

Welche Mechanismen zur Fehlererkennung werden angewendet?

Lösung anzeigen
TESTE DEIN WISSEN

- Bitüberwachung / Bit-Monitoring

 o Jeder sendende Netzknoten überwacht, ob der von ihm gesendete Buspegel auch tatsächlich auf dem Bus vorhanden ist

 o Stimmen beide Werte nicht überein, so liegt ein Bitfehler vor

- Überwachung des Telegrammformates (Message Frame Check)

 o Die im CAN-Protokoll möglichen Nachrichtenformate enthalten bestimmte, fest definierte Formatelemente, deren Konsistenz von allen Netzknoten überprüft werden

 o Ein Formfehler (Form Error) wird detektiert, wenn ein Bit-Feld mit festgelegtem Wert ein oder mehrere Bits mit nicht zulässigem Wert enthält


- Zyklische Redundanz-Prüfung (CRC)

 o Gesamte zu übertragenden Daten werden als Übertragungspolynom Z betrachtet

 o Vor dem Senden wird Z durch ein definiertes Generatorpolynom G Modulo-2 dividiert

 o Der Divisionsrest R dieser Modulo-2 Division wird dem Telegramm als Kontrollstellen k (Prüfsumme) angehängt

 o Im Empfänger wird die gesamte Nachricht ebenfalls durch das Generatorpolynom Modulo-2 dividiert

o Bei fehlerfreier Übertragung ist der Divisionsrest R Null


- Acknowledgement

 o Ein Sender erwartet im Ack-Slot die Bestätigung des fehlerfreien Empfangens der von ihm gesendeten Nachricht durch mindestens einen Empfänger

 o Eine fehlende Bestätigung (kein dominanter Pegel im Ack-Slot) wird vom Sender einer Nachricht als von ihm verursachten Fehler interpretiert


- Bitcodierregel (Bitstuffing)

 o Jeder Netzknoten detektiert eine Verletzung der Bit-Stuffing-Codierungsregel (Stuff Error) sobald er innerhalb der über Bitstuffing codierten Formatfelder (SOF bis einschließlich CRC-Sequenz) eine Folge von 6 gleichwertigen Bits erkennt

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Profinet

Was bedeutet Redundanz?

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TESTE DEIN WISSEN

Redundanz ist das zusätzliche Vorhandensein funktional gleicher oder vergleichbarer Ressourcen eines technischen Systems


Redundanz lässt sich bei Profinet skalieren:

1. Ringtopologie

-> Kommunikation aufrecht erhalten trotz Leitungsunterbrechung

2. Systemredundanz

-> 2x CPU's

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  • 437 Studierende
  • 0 Lernmaterialien

Beispielhafte Karteikarten für deinen Feldbussysteme Kurs an der Ernst-Abbe-Hochschule Jena - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

OPC-UA

Welche Aufgaben haben die folgenden Funktionsbausteine des OPC-UA-Client-API ?

a. UA_Connect

b. UA_GetNamespaceIndex

c. UA_NodeGetHandle

d. UA_Read (und UA_Write)

e. UA_NodeReleaseHandle

f. UA_Disconnect

A:

a. UA_Connect

- stellt eine OPC-UA-Remote-Verbindung zu einem anderen OPC-UA-Server her, welcher durch die ServerUrl und die SessionConnectInfo spezifiziert wird

- Rückgabe eines Verbindungshandles, welches z.B. für UA_Read verwendet werden kann


b. UA_GetNamespaceIndex

- erfasst Namespace Index für einen Namespace URI (Uniform Resource Identifier)


c. UA_NodeGetHandle

- fragt ein Knotenhandle für ein gegebenes Symbol im UA-Namensraum ab

- Symbol wird durch ein Verbindungshandle und seiner KnotenID spezifiziert


d. UA_Read

- liest Werte aus einem gegebenen Knoten- und Verbindungshandle

UA_Write

- schreibt Werte in ein gegebenes Knoten- und Verbindungshandle


e. UA_NodeReleaseHandle

- gibt ein Knotenhandle frei


f. UA_Disconnect

- schließt OPC-UA-Remote-Verbindung zu einem anderen OPC-UA Server (Verbindung wird über Verbindungshandle spezifiziert)

Q:

Profinet

Welche Aufgabe haben sie zu erfüllen?

PN-DCP

A:

PN-DCP (Profinet - Discovery and Configuration Protocol) wird für die IP-Adressvergabe in einem PROFINET IO System benutzt


_____

This is a Profinet‐specific protocol that has two main functions:
1. Used by the Supervisor (PC) to assign a unique name (Siemens Primary Setup Tool /
Procentec Netilities).
2. Used by the IO Controller (CPU) to assign a unique IP address (as defined in the hardware
config) in conjunction with ARP above.

Q:

CAN

Welche Vorteile bzw. Besonderheiten gegenüber anderen Feldbussystemen bietet CAN?

A:

- ideal für kleine Datenmengen

- schnelle Synchronisation



- Keine typische Master-Slave-Beziehung (Multi-Master)

- Keine umlaufenden Token! (physisch oder virtuell)

- Implementiert objektorientierte Adressierung

  -> Nachrichten werden eindeutig adressiert

- Einfache twisted-pair-Leitung als Verbindung möglich 

  -> günstig

- Bitweise Arbitrierung und Prioritätserkennung durch CSMA/CR (Collision Resolution)

- Störungssicher

- Hohe Übertragungsraten

- Gute Fehlererkennung

- Kurze Reaktionszeiten

- Echtzeitfähig durch Prioritätsvergabe

- Hohe Datensicherheit

Q:

OPC-UA

Welche Transporttechnologie wird für den Datentransport verwendet?

A:

- XML Web Services

(relativ großer Overhead, 

geringe Performance)

- Native Binary

(genau spezifiziert 

-> hohe Interoperabilität, 

hohe Performance, 

geringer Ressourcenverbrauch)

- SOAP/HTTP with UA Binary

(Kompromisslösung zwischen Kompatibilität und Performance)

Q:

CAN

Worin liegt die wohl wichtigste Einschränkung dieses Bussystems?

Ursache für die Einschränkung

A:

Wichtigste Einschränkung: 

- Abhängigkeit der Übertragungsrate von der Leitungslänge

Ursache:

- Ausbreitungsgeschwindigkeit der Signale

-> Bei der Bit-Arbitrierung muss das Signal zwecks Synchronität lange genug anliegen, um alle Teilnehmer zu erreichen und ihnen eine Reaktion zu ermöglichen



- Das größte Problem ist die Leitungslänge, da bei der Arbitrierung die Teilnehmer in Echtzeit reagieren müssen, um Kollisionen zu vermeiden. Die Länge der Busleitung ist stark von der Übertragungsrate abhängig.

- Mit zunehmender Leitungslänge steigt die Zeit, die ein Signal braucht, bis es am Ende des Busses ankommt. Innerhalb der Signalzeit muss der Empfänger auf den Sender reagieren. Der Sender muss wiederum die eventuelle Buspegeländerung des Empfängers mitbekommen.

- Deshalb müssen Verzögerungszeiten auf der Leitung des Transceivers, des Controllers, der Oszillatortoleranzen und gesetzte Abtastpunkte berücksichtigt werden.

Mehr Karteikarten anzeigen
Q:

CAN

Was ist die Hamming-Distanz (HD)?

Was sagt sie aus und welche HD hat der CAN-Bus im Vergleich zu anderen Feldbussen?

A:

- Die Hamming-Distanz (HD) ist ein Maß für die Erkennbarkeit von Bitfehlern

- Die Hamming-Distanz zwischen zwei binären Zeichen ist gleich der Anzahl der nicht übereinstimmenden Bits in gleicher Bitposition

- Die Hamming-Distanz sagt über die Qualität/Störunempfindlichkeit des Codes aus

- Bei CAN ist HD=6

- Bei anderen Feldbussen allgemein mindestens 4

Q:

CAN

Aus welchen Bestandteilen setzt sich das Standard-CAN-Telegramm zusammen?

A:
_____SOF (Start of Frame)_____[1Bit]

 - Startbit [1bit] 

   -> Immer dominant

(dient auch zur Synchronisation der anderen sendewilligen Stationen)

_____Arbitrierungsfeld_____[12Bit]

 - Identifier [11bit] : Objektadressierung und Priorisierung der Nachricht

 - RTR-Bit [1bit]

   o rezessiv: Anforderungstelegramm

  o dominant: Datentelegramm

_____Steuerfeld_____[6Bit] 

  - IDE: (Identifier Extension) [1bit]

   o dominant: Standard-Identifier : (2^[11bit] =2048)

   o rezessiv: Extended-Format : (2^[29bit] =536870912)

  - Datenlänge als Anzahl von Bytes von 0 bis 8 (Data Length Code, DLC) [4bit]

  - r0 (bzw. r1)) sind reserviert [1bit]

_____Datenfeld_____[0-8 Byte] 

Datenbits (Nutzinformation) [64bit]

_____Datensicherungsfeld_____[16Bit]

 - CRC-Prüfsequenz [15bit]

 - CRC-Begrenzungsbit [1bit]

_____Bestätigungsfeld_____[2Bit]

 - ACK-Slot: [1bit]

   o dominanter Pegel: mind. 1 Teilnehmer hat fehlerfrei empfangen

(Sender stellt ACK-Slot selbst auf rezessiv)

 - ACK-Begrenzungsbit [1bit] 

______Telegramm-Endekennung_____[7Bit]

 - Sequenz [7 rezessive Bits]

___(Inter Frame Space IFS)___[3bit]


Summe = 130bit (130us bei 1Mbit/s)

Q:

CAN

Welcher Buspegel (Übertragungsstandard) wird verwendet?

A:

- Dominant (-> logische 0)

- Rezessiv (-> logische 1)

- Beim Senden zweier unterschiedlicher logischer Pegel durch mehrere Sender setzt sich der dominante Pegel (-> logische 0) durch und sendet ohne Zeitverlust weiter

Q:

CAN

Welche maximale Übertragungsrate ermöglicht der CAN-Bus?

A:

- 1Mbit/s bis 40 Meter

(- 50kbit/s bei 1km)

Q:

CAN

Woher stammt der CAN-Bus?

Wofür wurde er ursprünglich entwickelt?

A:

- von Bosch (und Intel)

- kurze Reaktionszeiten

- kurze Entfernungen

- kleine Datenmengen

- Sehr hohe Übertragungssicherheit

- Masseneinsatz -> kleiner Preis

- Unterschiedliche Prioritäten der Nachrichten bzw. Daten

 o ABS bzw. ASR (Antischlupfregelung), Motormanagement, Zündung

 o Fensterheber, Klimaanlage, Radio, Satellitennavigation

Q:

CAN

Welche Mechanismen zur Fehlererkennung werden angewendet?

A:

- Bitüberwachung / Bit-Monitoring

 o Jeder sendende Netzknoten überwacht, ob der von ihm gesendete Buspegel auch tatsächlich auf dem Bus vorhanden ist

 o Stimmen beide Werte nicht überein, so liegt ein Bitfehler vor

- Überwachung des Telegrammformates (Message Frame Check)

 o Die im CAN-Protokoll möglichen Nachrichtenformate enthalten bestimmte, fest definierte Formatelemente, deren Konsistenz von allen Netzknoten überprüft werden

 o Ein Formfehler (Form Error) wird detektiert, wenn ein Bit-Feld mit festgelegtem Wert ein oder mehrere Bits mit nicht zulässigem Wert enthält


- Zyklische Redundanz-Prüfung (CRC)

 o Gesamte zu übertragenden Daten werden als Übertragungspolynom Z betrachtet

 o Vor dem Senden wird Z durch ein definiertes Generatorpolynom G Modulo-2 dividiert

 o Der Divisionsrest R dieser Modulo-2 Division wird dem Telegramm als Kontrollstellen k (Prüfsumme) angehängt

 o Im Empfänger wird die gesamte Nachricht ebenfalls durch das Generatorpolynom Modulo-2 dividiert

o Bei fehlerfreier Übertragung ist der Divisionsrest R Null


- Acknowledgement

 o Ein Sender erwartet im Ack-Slot die Bestätigung des fehlerfreien Empfangens der von ihm gesendeten Nachricht durch mindestens einen Empfänger

 o Eine fehlende Bestätigung (kein dominanter Pegel im Ack-Slot) wird vom Sender einer Nachricht als von ihm verursachten Fehler interpretiert


- Bitcodierregel (Bitstuffing)

 o Jeder Netzknoten detektiert eine Verletzung der Bit-Stuffing-Codierungsregel (Stuff Error) sobald er innerhalb der über Bitstuffing codierten Formatfelder (SOF bis einschließlich CRC-Sequenz) eine Folge von 6 gleichwertigen Bits erkennt

Q:

Profinet

Was bedeutet Redundanz?

A:

Redundanz ist das zusätzliche Vorhandensein funktional gleicher oder vergleichbarer Ressourcen eines technischen Systems


Redundanz lässt sich bei Profinet skalieren:

1. Ringtopologie

-> Kommunikation aufrecht erhalten trotz Leitungsunterbrechung

2. Systemredundanz

-> 2x CPU's

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