Hier misst du Bussysteme an ihren Kennwerten, wertest ein englisches Datenblatt aus und entscheidest mit deinem Team, welches Bussystem Abschnitt 4 ans Netz bringt. Nimm deine Zeitanforderung und deine Datenflussliste aus Lernangebot 1 dazu.
Schritt 3 von 5. Du erklärst die Kennwerte von Bussystemen, vergleichst Topologien und Zugriffsverfahren, rechnest den Weg der Wanne je Zykluszeit, wertest das englische Datenblatt aus und stellst die Entscheidungsmatrix auf.
Danach: Rechenwege und Lösungen Teil 1
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Ein Bussystem passt, wenn seine Kennwerte die Anforderung der Anlage erfüllen, nicht wenn es das schnellste ist.
Am Ende hast du: die Entscheidungsmatrix für das Bussystem von Abschnitt 4 und den Steckbrief des gewählten Systems aus dem englischen Datenblatt.
Karte „Abschnitt 4 am Netz auf einen Blick“: Alle Teilnehmer des Anlagennetzes mit Referenzkennzeichen, Ort und Aufgabe, dazu der Übersichtsplan. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“. Leg sie neben jede Aufgabe dieses Teils.
Erst du, dann die anderen
Die Meisterin fragt: „Welches Bussystem nehmen wir?“ Woran entscheidest du, welches Bussystem passt? Den Weg gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Kennwerte gegen Anforderung. Du nimmst Zeitanforderung, Teilnehmerzahl und Leitungslängen von Abschnitt 4 und streichst jedes System, das eine davon nicht schafft. Das ist nachprüfbar und schnell. Kosten, Wartung und das Können der Werkstatt bleiben dabei aber außen vor.
- Was die Werkstatt schon kann. Du fragst, welche Bussysteme die Elektrowerkstatt schon betreut, welche Ersatzteile im Lager liegen und wer nachts eine Störung findet. Das senkt das Risiko im Betrieb. Es kann aber zu einem System führen, das die neue Anforderung nur knapp erfüllt.
- Was im Flughafen Standard ist. Du fragst nach der Vorgabe für die ganze Gepäckförderanlage: Welches System nutzen die anderen Abschnitte und der Leitstand? Ein gemeinsamer Standard spart Gateways, Ersatzteile und Schulung. Eine Vorgabe ersetzt aber nicht den Nachweis, dass sie für Abschnitt 4 reicht.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Anforderungen von Abschnitt 4 und Kennwerte für die Rechnung · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Anforderungen von Abschnitt 4 und Kennwerte für die Rechnung
- Teilnehmer
- neun Geräte im Anlagennetz von Abschnitt 4 (Karte „Abschnitt 4 am Netz auf einen Blick“); weitere Abschnitte sollen später nach demselben Muster folgen
- Längen
- Schaltschrank SK4 bis KE11 45 m · KE11 bis KE12 38 m · Schaltschrank SK4 bis Stapler 4 85 m · Leitstand in einem anderen Gebäudeteil, 400 m Lichtwellenleiter
- Umrichter
- je Richtung zwei Wörter, 4 Byte: Steuerwort und Sollwert zum Umrichter, Zustandswort und Istwert zurück
- Zykluszeiten für die Rechnung
- AS-i mit 31 Teilnehmern 5 ms, mit 62 Teilnehmern 10 ms · serieller Feldbus mit 12 Mbit/s 2 ms · Echtzeit-Ethernet 4 ms
- Ethernet
- Übertragungsrate 100 Mbit/s · kleinster Rahmen 64 Byte · davor 8 Byte Präambel mit Rahmenbeginn · danach mindestens 12 Byte Pause bis zum nächsten Rahmen
- Beschleunigerband 4.5
- Grundgeschwindigkeit 1,4 m/s
- Englisches Datenblatt
- in Aufgabe 2.6
Alle Werte zu Abschnitt 4 und Stapler 4 sind Unterrichtswerte. Zahlen zur ganzen Gepäckförderanlage sind öffentliche Größenordnungen, gerundet.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Entscheidungsmatrix Bussystem mit Steckbrief
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- der Vergleichstabelle der Bussysteme mit ihren Kennwerten und Quellen
- der Entscheidungsmatrix mit Kriterien, Gewichten, Bewertung je System und Summe
- der begründeten Wahl des Bussystems für Abschnitt 4 und der Anbindung des Leitstands
- dem Steckbrief des gewählten Systems aus dem englischen Datenblatt, mit den Fachbegriffen deutsch und englisch
Zur Dokumentation
Eine Seite Entscheidungsmatrix, eine Seite Steckbrief. Jedes Gewicht hat einen Satz, weshalb es so hoch ist, jede Bewertung nennt den Kennwert, auf dem sie beruht. Die Quelle jedes Kennwerts steht dabei: Tabellenbuch, Datenblatt oder eigene Rechnung.
Zusammen mit Ebenenbild und Datenflussliste aus Lernangebot 1 ist das der erste Teil von Meilenstein M1. In Teil 2 plant ihr mit dem gewählten System das Anlagennetz.
2.1Erkläre die Kennwerte, an denen man Bussysteme vergleicht
Jetzt bist du dran · Allein · 5 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 2.1
Erkläre die Kennwerte, an denen man Bussysteme vergleicht:
- Erkläre die Übertragungsrate.
- Unterscheide Zykluszeit und Aktualisierungszeit.
- Erkläre, was die Teilnehmerzahl und die Ausdehnung eines Bussystems begrenzt.
- Erkläre, was Echtzeit und deterministisch bei einem Bussystem bedeuten.
- Nenne zu jedem Kennwert den englischen Begriff.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Bussysteme · Feldbusse · Datenübertragung · Fachbegriffe, Kurzformen
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
2.2Vergleiche die vier Topologien im Bild oben
Jetzt bist du dran · Mit Lernpartner · 5 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 2.2
Vergleiche die vier Topologien im Bild oben:
- Benenne die Topologien A bis D deutsch und englisch.
- Beschreibe für jede, was geschieht, wenn ein Gerät ausfällt.
- Beschreibe für jede, was geschieht, wenn eine Leitung bricht.
- Erkläre, weshalb eine Linie beim Echtzeit-Ethernet ohne eigene Switches auskommt.
- Vergleiche die vier Topologien nach Leitungsaufwand.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Busstruktur · Sternstruktur · Maschenstruktur · Netz (IT-Technik)
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
2.3Untersuche, wie Teilnehmer auf den Bus zugreifen
Jetzt bist du dran · Mit Lernpartner · 6 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 2.3
Untersuche, wie Teilnehmer auf den Bus zugreifen:
- Beschreibe das Zugriffsverfahren Steuerung und Gerät, früher Master und Slave genannt.
- Beschreibe das Token-Verfahren.
- Erkläre, weshalb das klassische Ethernet mit CSMA/CD nicht deterministisch ist.
- Erkläre, wie Echtzeit-Ethernet mit Vollduplex, Switches und festem Sendetakt feste Zeiten erreicht.
- Berechne, wie lange ein kleinster Ethernet-Rahmen mit Präambel und Pause die Leitung bei 100 Mbit/s belegt.
- Beurteile, ob die Dauer eines Rahmens oder die Aktualisierungszeit über das Alter eines Werts in Abschnitt 4 bestimmt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: CSMA · Token-Verfahren · Ethernet · Duplexbetrieb
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
2.4Berechne, wie weit die Wanne fährt, bis ein Bussystem den nächsten Wert liefert
Jetzt bist du dran · Allein · 4 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 2.4
Berechne, wie weit die Wanne fährt, bis ein Bussystem den nächsten Wert liefert:
- Berechne den Weg der Wanne auf Band 4.5 während einer Zykluszeit für AS-i mit 31 und mit 62 Teilnehmern, den seriellen Feldbus und das Echtzeit-Ethernet.
- Vergleiche die Wege mit deiner zulässigen Verfälschung aus Aufgabe 1.3.
- Beurteile, ob AS-i für die Lückenregelung reicht, bei der ein Lagewert und ein Drehzahlsollwert über den Bus laufen.
- Beurteile, für welche Signale in Abschnitt 4 AS-i genügen würde.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: AS-i-Bussystem · PROFIBUS · PROFINET · Geschwindigkeit
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
2.5Vergleiche die Bussysteme, die für Abschnitt 4 infrage kommen
Jetzt bist du dran · Mit Lernpartner · 4 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 2.5
Vergleiche die Bussysteme, die für Abschnitt 4 infrage kommen:
- Schlage die Kennwerte der vier Systeme im Tabellenbuch nach und trage sie in die Tabelle ein.
- Gib an, in welcher Norm Feldbusse herstellerneutral als Typen beschrieben sind.
- Erkläre, was ein Kommunikationsprofil nach IEC 61784 festlegt.
- Markiere in der Tabelle jeden Kennwert, der eine Anforderung von Abschnitt 4 nicht erfüllt.
| Bussystem | Medium, Leitung | Übertragungsrate | Teilnehmer | Ausdehnung | Topologie | Zugriffsverfahren | Echtzeit, Zeit |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AS-i | |||||||
| PROFIBUS DP | |||||||
| PROFINET (Echtzeit-Ethernet) | |||||||
| Modbus TCP |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: AS-i-Bussystem · PROFIBUS · PROFINET · Modbus · Feldbusse
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
2.6Werte das englische Datenblatt der Feldstation aus
Jetzt bist du dran · Mit Lernpartner · 6 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 2.6
Technical data · Remote I/O station (Auszug aus dem Datenblatt, englisch, Unterrichtsbeispiel ohne Hersteller)
| Parameter | Value |
|---|---|
| Product | Remote I/O station for Industrial Ethernet with real-time communication (vendor-neutral training example, used as =A4-KE11) |
| Communication | Industrial Ethernet with real-time communication according to IEC 61158 Type 10, communication profile family CPF 3 (IEC 61784-2) |
| Transmission rate | 100 Mbit/s, full duplex |
| Ports | 2, integrated switch, connectors M12, D-coded |
| Supported topologies | line, star, tree, ring (media redundancy) |
| Send clock | 1 ms |
| Update time | configurable from 1 ms to 512 ms, multiple of the send clock |
| Watchdog time | number of update times without new data before a communication fault is signalled; default 3 |
| Behaviour on communication fault | outputs switched off (substitute value 0), LED BF on |
| Device name | assigned by the controller; lower-case letters, digits and hyphen; automatic assignment after device replacement by neighbourhood detection, if the port connections are unchanged |
| IP address | assigned by the controller at start-up |
| Cable | shielded twisted pair, 4 wires, max. 100 m between two devices |
| Diagnostics | LEDs per port: link, activity; LED BF (bus fault), LED SF (system fault); port statistics (frames sent, received, faulty) |
| Inputs and outputs | 16 digital inputs 24 V DC, 16 digital outputs 24 V DC 0.5 A, 4 analog inputs 4 mA to 20 mA |
| Supply voltage | 24 V DC |
| Degree of protection | IP67 |
| Operating temperature | 0 °C to 55 °C |
| Safety | not a safety-related device; do not use for emergency stop functions |
Werte das englische Datenblatt der Feldstation aus:
- Übersetze die Begriffe der linken Spalte ins Deutsche.
- Erkläre den Unterschied zwischen update time und watchdog time.
- Erkläre, wozu die Station zwei Ports und einen eingebauten Switch hat.
- Erkläre, was device name und neighbourhood detection beim Gerätetausch bedeuten.
- Beurteile, was die Zeile Safety für den Not-Halt von Abschnitt 4 heißt.
- Erstelle den Steckbrief der Station mit den Begriffen deutsch und englisch.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Fachbegriffe, Kurzformen · Industrial Ethernet · Switch · Twisted-Pair-Leitungen
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
2.7Untersuche, wie Abschnitt 4 nach oben und zur Seite angebunden wird
Jetzt bist du dran · Mit Lernpartner · 6 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 2.7
Untersuche, wie Abschnitt 4 nach oben und zur Seite angebunden wird:
- Erkläre, wozu ein Gateway zwischen zwei Bussystemen dient.
- Beschreibe, wofür OPC UA in der Automatisierung eingesetzt wird.
- Beschreibe, wie MQTT Nachrichten verteilt.
- Begründe, welches dieser Protokolle sich für die Anbindung des Leitstands eignet.
- Erkläre, was ein Sicherheitsbussystem ist.
- Begründe, weshalb im Projekt der Not-Halt in Hardware bleibt und das Netz ihn nur meldet.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Gateway · OPC UA · MQTT · Sicherheitsbussysteme
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
2.8Entscheidet mit einer Entscheidungsmatrix, welches Bussystem Abschnitt 4 ans Netz bringt
Jetzt bist du dran · Im Team · 6 ArbeitsschritteÖffnen ▾Schließen ▴
Aufgabe 2.8
Entscheidet mit einer Entscheidungsmatrix, welches Bussystem Abschnitt 4 ans Netz bringt:
- Legt für jedes Kriterium ein Gewicht fest und begründet es.
- Bewertet jedes Bussystem je Kriterium mit 0 bis 3 Punkten und nennt den Kennwert dazu.
- Berechnet die gewichtete Summe je Bussystem.
- Entscheidet euch für ein Bussystem und für die Anbindung des Leitstands.
- Prüft, ob sich die Entscheidung ändert, wenn ihr das höchste Gewicht halbiert.
- Stellt Matrix und Steckbrief zum Lernprodukt zusammen.
| Kriterium | Gewicht | AS-i | PROFIBUS DP | Echtzeit-Ethernet | Modbus TCP |
|---|---|---|---|---|---|
| Echtzeit für die Umrichter | |||||
| Teilnehmerzahl und Ausdehnung | |||||
| Topologie, Ausfallverhalten | |||||
| Diagnose | |||||
| Anbindung an den Leitstand | |||||
| Normung, Herstellerunabhängigkeit | |||||
| Kosten | |||||
| Können der Werkstatt | |||||
| Summe |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Kosten-Nutzen-Betrachtung · Bussysteme · Projektmanagement · Industrial Ethernet
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Am Rutschenband 4.6 sollen vier Sensoren und zwei Aktoren dazukommen. Die Stelle liegt 150 m vom Schaltschrank SK4 entfernt.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe an deiner Entscheidungsmatrix, ob dein Bussystem die Strecke und die neuen Teilnehmer schafft.
- Entscheide, wie die sechs Signale angebunden werden, und begründe das mit Kennwerten.
- Beurteile, ob sich deine Wahl des Bussystems dadurch ändert.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.