# Kurzfragenkatalog - Automatisierungstechnik WS 2020/21

### 1. Erklären Sie in wenigen Worten den Begriff Automatisierungstechnik.
Automatisierungstechnik bezeichnet das Lehr- und Forschungsgebiet, das sich mit der Automatisierung von technischen Prozessen befasst. Das heißt mit dem selbsttätigen, zielgerichteten Ablauf von Prozessen durch technische Einrichtungen und Funktionen.

Version 2: Das Lehr- u. Forschungsgebiet welcges sich mit Automatisierung von technischen Prozessen befasst, wird AT genannt. Also mit dem selbsttätigen, zielgerichteten Ablauf von Prozessen durch techn. Einrichtungen u. Funktionen.

### 2. Welcher grundsätzliche Unterschied besteht zwischen Kanal-Instanzen-Netzen und anderen Netzarten?
KIN enthalten keine Marken.

Version 2: Es sind keine Marken im KIN enthalten.

### 3. Erläutern Sie die Begriffe Quantisierung und Diskretisierung. Wie wirken sie sich jeweils auf ein gegebenes zeit- und wertkontinuierliches Signal aus?
Quantisierung ist die Einteilung des Signalwerts in Stufen.
Diskretisierung bezeichnet die Abtastung eines Signals über die Zeit.
Diskretisierung wandelt ein zeitkontinuierliches Signal in ein zeitdiskretes Signal
Quantisierung wandelt ein wertkontinuierliches Signal in ein wertdiskretes Signal.

### 4. Was bedeutet der Begriff Semaphore? Wie ist er einzuordnen?

Semaphore ist eine Datenstruktur zur Synchronisation von Prozessen und gehört zu den Kooperationsmechanismen.

Version 2: Semaphor ist eine Datenstruktur zur Synchronisation von Prozessen. Es bei den Kooperationsmechanismen einzuordnen.

### 5. Erläutern Sie die Begriffe handbedienter Prozess und direkte Kopplung mit auto-matischer Prozesszustandsbeeinflussung. Welche weiteren Kopplungsstrukturen kennen Sie? Zeichnen Sie jeweils die Petrinetze und geben Sie Anwendungsbeispiele.
Beim handbedienten Prozess erfolgen das Ablesen des Anlagenzustands, die Steuerung und die Protokollierung durch einen Menschen. Es wird kein Rechner verwendet.
zB. Heizungsanlagen, Kleinkraftwerke zur Wärmeversorgung

Bei der indirekten Prozesskopplung off-line ließt ein Mensch den Anlagenzustand ein und steuert den Prozess. Er gibt die Zustandsdaten an einen Rechner weiter der ein Betriebsprotokoll zurückgibt.
zB. Hüttenindustrie und Energieversorgung in den frühen Sechzigern

Bei der indirekten Prozesskopplung in-line ließt ein Mensch den Anlagenzustand ein und gibt die Zustandsdaten an einen Rechner weiter. Der Mensch wartet während der Rechner den Zustand mit dem Ziel abgleicht, protokolliert und die Steuerdaten an den Menschen zurückgibt. Dann handelt der Mensch nach den Steuerdaten des Rechners.
z.B. bei der Beurteilung von Lastflüssen in der Energieversorgung durch Simulationen

Bei der direkten geschlossenen Kopplung erfolgen das Ablesen des Anlagenzustands, die Steuerung und die Protokollierung durch einen Rechner. Der Mensch gibt anhand des Betriebsprotokolls Anweisungen an den Rechner.
z.B. automatisierte Fertigungsstraßen

Bei der direkten Kopplung mit automatischer Prozesszustandserfassung erfasst der Rechner den Messzustand des Prozesses, protokolliert diesen und gibt ihn dann an den Menschen weiter. Der Mensch vergleicht den Prozesszustand mit dem Ziel und steuert entsprechend.
zB. bei Prozessen bei denen sehr große Datenmengen anfallen die von Hand gar nicht ausgewertet werden können, wie etwa medizinische Messungen.

Bei der direkten Kopplung mit automatischer Prozessbeeinflussung erfasst der Mensch den Messzustand des Prozesses, vergleicht mit dem Ziel und gibt einen Lenkzustand an den Rechner weiter. Der Rechner protokolliert und steuert den Prozess entsprechend der Lenkanweisung.
z.B. Prozessbeeinflussung über die Eingabe in ein Terminal/Benutzerinterface

### 6. Erklären Sie den Zusammenhang der Begriffe Auflösung und Messunsicherheit.
Durch die begrenzte Auflösung beim Abtasten eines Signals ergibt sich ein Unterschied zwischen dem wahren Signalwert und dem gemessenen Wert, die Messunsicherheit.

### 7. In welche vier Ebenen lässt sich ein Leitsystem allgemein einteilen? Welche Aufgaben übernehmen die einzelnen Ebenen? Um welche zusätzliche Ebene kann das Modell ergänzt werden? Geben Sie jeweils Beispiele.
Strategische Ebene
Zweck des Systems
Gesamtverkehrsnachfrage
Dispositive Ebene
Mittel des Systems
Dienstplanung
Taktische Ebene
Einsatz der Mittel
Fahrzeugeinsatzplanung
Operative Ebene
Ausführung des Einsatzes
Betriebsabwicklung
Außerdem der technische Prozess

### 8. Welche Stufen der Signalumwandlung liegen zwischen der Informationsverarbeitung und dem zu beeinflussenden Prozess? Zeichnen Sie ein passendes Petrinetz.


### 9. In welcher Beziehung stehen die Begriffe Vollständigkeit und Rechtzeitigkeit?
Vollständigkeit ist eine hinreichende Bedingung für Rechtzeitigkeit

(strenge Rechtzeitigkeit ist eine hinreichende Bedingung für Gleichzeitigkeit )

### 10. Welche Axiome kennzeichnen ein System? Geben Sie die vollständigen Definitionen.
**Strukturprinzip**: Das System muss gegenüber seiner Umgebung abzugrenzen und eigenständig sein, steht aber mit seiner Umgebung in Wechselwirkung. Die Teile des Systems stehen untereinander ebenfalls in Wechselwirkung.
**Dekompositionsprinzip**: Das System lässt sich austeilen und die Teile weisen wiederum Systemeigenschaften auf
**Kausalprinzip**: Wechselwirkungen und Veränderungen der Systemeteile sind eindeutig determiniert.
**Temporalprinzip**: Struktur und Abläufe des Systems unterliegen zeitlichen Veränderungen.

### 11. Was unterscheidet Kooperationsmechanismen von -konzepten? Geben Sie Beispiele. Erläutern Sie jeweils die Funktionsweisen der Kooperationsmechanismen und -konzepte.
**Kooperationskonzepte** dienen dazu, eine Reihenfolge bei der Bearbeitung (Synchronisation) oder einen gegenseitigen Ausschluß (Koordination) zu erzwingen. Mit Synchronisation und Koordination lassen sich alle Konfliktfälle bei der externen und internen Kooperation einschließlich der Intertaskkommunikation lösen.
zB. Koordination, Synchronisation
**Kooperationsmechanismen** sind Mechanismen, um die einzelnen Tasks mit ihrer zugehörigen Kooperation in die Lage zu bringen, mögliche Konflikte bei der Bearbeitung nach formalen Regeln selbsttätig zu lösen.
zB. Semapor-Operation, Monitorkonzept, Rendezvouskonzept

### 12. Welche Bedeutung hat die Unterbrechbarkeit von Tasks für Echtzeitanwendungen?
Ein Echtzeitsystem muss jederzeit unterbrechbar sein, um auf unvorhergesehene Ereignisse unverzüglich reagieren zu können.

### 13. Nennen und erklären Sie die drei grundlegenden topologischen Strukturen der Kommunikation in verteilten Systemen. Geben Sie jeweils Vor- und Nachteile.

**Stern**
Vorteile
- Keine Auswirkungen auf Netz durch Teilnehmerausfall
- leicht erweiterbar
- leichte Fehlersuche

Nachteile
- hoher Verkabelungsaufwand
- niedrige Übertragungsraten bei vielen Teilnehmern
- Ausfall Verteiler = Ausfall Netz

**Ring**
Vorteile
- deterministische Rechnernetzkommunikation ohne Paketkollision möglich
- Signale können an Stationen verstärkt werden
- garantierte Übertragungsbandbreite

Nachteile
- teure Komponenten
- großer Durchmesser ( hohe Latenzen)
- hoher Verkabelungsaufwand
- leicht abhörbar

**Bus**
Vorteile
- Keine Auswirkungen auf Netz durch Teilnehmerausfall
- geringer Verkabelungsaufwand
- leicht erweiterbar

Nachteile
- Störung kann Netzstrang blockieren
- Nur eine Station kann zeitgleich mit Erfolg senden.
- leicht abhörbar

### 14. Wofür steht die Abkürzung SPS? Was ist eine SPS? Wozu dient sie? Nennen Sie die wesentlichen Bestandteile einer SPS.
Die speicherprogrammierbare Steuerung ist ein Gerät zur Anlagensteuerung.
Wesentliche Bestandteile sind Speicher, Ein-/Ausgangsgruppe, CPU, Spannungsversorgung und Kommunikationsgruppe.

### 15. Worin liegt der Unterschied zwischen absoluter und relativer Abweichung? Geben Sie die formalen Definitionen und wenden Sie diese auf ein Beispiel an.

Absolute Abweichung: Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert und dem gemessenen Wert einer Größe $𝐹=𝑥𝑎−𝑥𝑟$ ,r=wahr, a=gemessen
Relative Abweichung: Messdifferenz bezogen auf den Messwert: $𝑥𝑎−𝑥𝑟 \over 𝑥𝑟$

### 16. Was verstehen Sie unter Echtzeitbetrieb? Muss eine echtzeitfähige Steuerung sehr schnell sein?
* Arbeitsweise, bei der die Steuerung mit dem technischen Prozess schritthalten kann.
* Nein, die Geschwindigkeit der Steuerung hängt vom Prozess ab

### 17. Welche Probleme können bei einer alarmgesteuerten Koordinierung der Informationsverarbeitung auftreten?
* verschiedene Alarme gleichzeitig
* Alarm, wenn ein Reaktionsprogramm bereits bearbeitet wird
* wiederholte Alarme, ohne dass das Programm abgeschlossen ist

### 18. Erklären Sie den Begriff Speicherhierarchie.
In der Informatik bezeichnet Speicherhierarchie die Anordnung von Speichern in einer Rechnerarchitektur aus Sicht des Hauptprozessors, geordnet nach sinkender Zugriffsgeschwindigkeit, sinkenden Kosten, steigender Speicherkapazität und steigender Zugriffseinheit.
Die Anordnung umfasst dabei einen langsamen, aber großen Hintergrundspeicher, einen schnelleren Haupt- bzw. Arbeitsspeicher und einen sehr schnellen, aber kleinen Pufferspeicher zwischen Arbeitsspeicher und Zentralprozessor, den Cache-Speicher.
### 19. Skizzieren Sie den prinzipiellen Programmablauf einer SPS. Was versteht man unter einem Prozessabbild?
Zyklischer Ablauf:
* Einlesen der Eingänge
* Verarbeiten
* Setzen der Ausgänge

Ein Prozessabbild ist ein Abbild aller Signalzustände der SPS, dh. der Aus- und Eingänge in einem Programmdurchlauf.

### 20. Erläutern Sie die Abfertigungsstrategie LTTG. Welche weiteren Abfertigungsstrategien kennen Sie?
LTTG (eng. least time to go) bedeutet das der Task mit der geringsten Zeit bis zur nächsten Anforderung die höchste Priorität erhält.
Weitere: SJF, RMPA, FIFO

### 21. Welche Zustände kann eine Task annehmen? Welche Übergänge sind zwischen den Zuständen möglich? Stellen Sie diese Zusammenhänge in einem BE-Netz dar.
Taskzustände: nicht existent, passiv, aktiv, bereit, wartend


### 22. Was verstehen Sie unter dem Begriff System?
Unter dem Begriff System versteht man in der Automatisierungstechnik einen stofflich-energetischen Sachverhalt, der sich durch informationstechnische Maßnahmen zielgerichtet beeinflussen lässt.

### 23. Welcher Unterschied besteht zwischen der dynamischen Zustands- und Alarmsignalerfassung?
Sie unterscheiden sich bzgl. des Initiators der Zustandserfassung.
Zustandssignale werden durch die Steuerung initiiert.
Alarmsignale werden durch Objektprozesse initiiert.

### 24. Erläutern Sie die Begriffe Stück-, Fließ- und Chargenprozess und nennen Sie Beispiele.
Stückprozesse = diskrete Prozesse (Batch-Prozesse)
z.B.: Buchdruck, Lagerhaltung
Fließprozesse = kontinuierliche Prozesse (z.B. Energieflüsse)
z.B.: Papierherstellung, Versorgung
Chargenprozesse = hybride Prozesse
z.B.: Arzneimittelherstellung, Biotechnik

### 25. Stellen Sie einen Konflikt in einem Petrinetz dar und nennen Sie ein einfaches Beispiel eines realen Prozesses, in dem dieser Konflikt auftreten könnte. Worin unterscheidet sich ein Vorwärtskonflikt von einem Rückwärtskonflikt? Was ist ein statischer und was ist ein dynamischer Konflikt in einem Petrinetz?
**Vorwärtskonflikt**: Zwei Transitionen t1 und t2 stehen statisch im Vorwärtskonflikt zueinander, wenn sie eine gemeinsame Stelle im Vorbereich haben. Nur wenn diese Stelle markiert ist, können beide Transitionen aktiviert sein. Da eine Marke unteilbar ist, kann nur eine willkürlich gewählte Transition schalten.
**Rückwärtskonflikt**: Mindestens zwei Transitionen stehen statisch im Rückwärtskonflikt, wenn sie eine gemeinsame Stelle im Nachbereich haben. Würde diese Stelle durch das Schalten einer Transition markiert, könnte keine der anderen Transitionen im Vorbereich dieser Stelle aufgrund der nicht erfüllten Nachbedingungen schalten.
**Statisch**: Statische Konflikte sind strukturelle Eigenschaften von Petrinetzen. Ob sie tatsächlich auftreten, hängt von der Markierung ab.
**Dynamisch**: Statischer Konflikt liegt vor und durch schalten einer der in Konflikt stehenden Transitionen verliert die andere ihre Schaltfähigkeit.

### 26. Nennen Sie die Grundelemente eines (Prozess-)Rechners.
Rechenwerk(CPU), Steuerwerk(CPU), Speicher, Eingabe-Ausgabe

### 27. Nennen Sie die drei allgemeingültigen Forderungen, die eine echtzeitfähige Prozesssteuerung kennzeichnen.
Gleichzeitigkeit, Rechtzeitigkeit, Vollständigkeit

### 28. Welche Arten von Automatisierungskomponenten und -systembausteinen kennen Sie? Welche Bedeutung haben in diesem Zusammenhang speicherprogrammierbare Steuerungen?
* Chip-Systeme
* Universalbaugruppensysteme
* Spezialbaugruppensysteme
* Prozess-& und Automatisierungssysteme
* Prozessrechner

speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind Spezialbaugruppensysteme und haben große wirtschaftliche Bedeutung, da komfortable Programmiergeräte & Programmierung mittels einfacher Sprachmittel.

### 29. Nennen Sie vier Baugruppen einer SPS.
* CPU
* Ein/Ausgabe
* Speicher
* Kommunikationsmodul

### 30. Thema Organisationsstrukturen: Erläutern Sie die Grundideen der Begriffe Lastverbund, Datenverbund, Funktionsverbund und Nachrichtenverbund. Geben Sie Beispiele.
**Lastverbund:**
Ziel: Gleichmäßige Auslastung verschiedener Ressourcen
Methode: Aufteilung stoßweise anfallender Lasten auf verschiedene Ressourcen/ Rechner
Beispiel: Kraftwerke / Energieversorgung

**Funktionsverbund:**
Ziel: Bereitstellung spezieller Funktionen an verschiedenen Stellen
Methode: Aufteilung der Aufgabe in funktional verschiedene Teilaufgaben, die von spezialisierten Subsystemen bearbeitet werden
Beispiel: Betriebssysteme

**Datenverbund:**
Ziel: bessere Speicherauslastung, erhöhte Verfügbarkeit, erhöhte Sicherheit
Methode: Speicherung von Daten an verschiedenen Stellen → Daten an jeder Stelle jederzeit abrufbar (Echtzeit)
Beispiel: Gemeinsame Nutzung von von Serverfestplatten

**Nachrichtenverbund:**
Ziel: Kommunikation zwischen Rechnenprozessen
Methode: Kommunikation zwischen Rechnern

### 31. Nennen Sie eine Möglichkeit, strukturelle Zusammenhänge eines Prozesses zu modellieren. Durch welche Erweiterung kann die Dynamik wiedergegeben werden?
Petrinetze
Dynamik durch Marken

### 32. Was kennzeichnet einen intelligenten Sensor?
nicht elektrische Eingangsgröße wird erfasst. Über integriterten Sensor (Sensor + Signalaufbereitung) in ein elekrisches Signal und Anschließend über Verarbeitungseinheit in elektrische Messgröße/Ausgangsgröße gewandelt. (Alle Schritte in einem Bauteil!!)

### 33. Was verstehen Sie unter dem Rendezvouskonzept bei der Taskkooperation?

Kenne ich aus dem Rettungsdienst....

Tasks gehen getrennt ein, werden im Rendezvousprozess
(Instanz) zentral bearbeitet und anschkließend wieder getrennt fortgeführt.

### 34. Geben Sie eine kurze Umschreibung des Begriffs Echtzeitbetrieb.

Arbeitsweise einer elektronischen Rechenanlage, bei der das Programm oder die Datenverarbeitung (nahezu) simultan mit den entsprechenden Prozessen in der Realität abläuft.
Bedingungen: Gleichzeitigkeit, Rechtzeitigkeit, Vollständigkeit

### 35. Welche einzelnen Signalumwandlungen können bei der Sensorik unterschieden werden?
Phys. Größe
→ Messfühler
Messsignal
→ Signalwandler
elektr. kont. Signal
→ Codierwerk (ADU)
elektr. dig. Signal

### 36. Skizzieren Sie den Prozess der Modellbildung.

### 37. Welche Kooperationsmechanismen von Tasks kennen Sie? Erläutern Sie diese jeweils anhand einer Skizze.
#### Monitor
Monitor ist eine zentrale Verwaltungsstelle, die die Koordinations- und Synchronisationsmechanismen für die Tasks übernimmt.

#### Rendevouz
Mehrere Tasks werden in einen Rendezvousprozess zusammengeführt und danach wieder getrennt. Dies ermöglicht Synchronisation und Kommunikation zwischen den Prozessen.

#### Semaphor-Operation
Implementierung der P- und V-Operation in Verbindung mit einer gemeinsamen Variablen.

### 38. Worin liegen die Vor- und Nachteile der Abfertigungsstrategie SJF? Welche weiteren Abfertigungsstrategien kennen Sie?

SJF = Shortest Job First
Vorteile:
minimierung durchschnittliche Wartezeit

Nachteile:
Prozessdauer muss vorher bekannt sein

weitere:
RMPA = rate monotonic priority assignement (Task mit höchster Anforderungsrate λ bzw. geringster Periodendauer Ti erhält höchste Priorität)
LTTG = least time to go
preemptive SJF (Sonderform SFJ)

### 39. Welche Erkenntnisse können durch einen Erreichbarkeitsgraphen gewonnen werden?
Anfangsmarkierungen
* erreichbaren Markierungen
* schaltbare Transitionen
* Auffinden von Sackgassen oder Blockaden
* zeigt u.a. Reversibilität, Terminiertheit und Lebendigkeit

### 40. Worin unterscheiden sich die Einsatzbereiche von Universal- und Spezialbau-gruppensystemen in der Automatisierungstechnik?

Spezial:
Branchenspezifisch z.B. Bergbau, Getränkeherstellung, Roboter, usw.

Gegenüber Universallbaugruppensystemen kostengünstiger

### 41. Erläutern Sie die Begriffe Koordination und Synchronisation im Zusammenhang mit einer Prozesssteuerung.
Koordination und Synchronisation sind Konzepte zur Kooperation von Tasks. Koordination sorgt für einen wechselseitigen Ausschluss mehrerer Tasks in einem kritischen Abschnitt ohne eine Reihenfolge festzulegen. Synchronisation legt eine Reihenfolge für die Tasks fest.

### 42. Sie haben die Aufgabe, eine komplexe Prozesssteuerung zu entwerfen. Welches Vorgehen schlagen Sie vor? Skizzieren Sie ein entsprechendes Kanal-Instanzen-Netz.

### 43. Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer geschlossenen Wirkungskette zur Prozessbeeinflussung. Wie wird eine derartige Struktur genannt?


Wirkungskreis => Regelkreis

### 44. Was besagt das Abtasttheorem für die Prozesssignalerfassung? Wie ist es mathematisch definiert?

Wie häufig muss abgetastet werden, um ein Signal rekonstruieren zu können?

Theorem: Bei Einhaltung rückführbarkeit auf Urzustand ohne Signalverfälschung

(Mindestforderung): $T_1 <$ $T_0\over2$

### 45. Stellen Sie den Zusammenhang der Begriffe phys. Signal, Sinnesorgane, Geräte, Kognition, Referenzmuster und mentale Modelle in einem Kanal-Instanzen-Netz dar.

### 46. Nennen Sie einige Möglichkeiten der Leistungssteigerung von Prozessrechnern.
Chiptuning????

- Taktraten erhöhen
- Kernanzahl erhöhen
- Pipelining
- Cache, Register erhöhen
- Erhöhung der Verarbeitungsbreite
- Befehlscodierung

### 47. Erklären Sie kurz die Begriffe Codierung und Decodierung.
Umwandeln der Information in z.B. Binärcode. (Codieren)
Rückwandlung des z.B. Binärcodes in Information (Decodieren)

Codieren der Prozess des Übersetzens einer bestimmten Zeichenfolge (Buchstaben, Ziffern, Satzzeichen oder Symbole) in ein spezielles Format, damit diese effizienter übertragen oder gespeichert werden kann. Das Decodieren ist der entsprechende Gegenprozess – die Umwandlung eines codierten Formats zurück in die ursprüngliche Zeichenfolge

### 48. Erklären Sie kurz das Monitorkonzept. Geben Sie zusätzlich eine passende Zeichnung.
Monitor ist eine zentrale Verwaltungsstelle, die die Koordinations- und Synchronisationsmechanismen für die Tasks übernimmt.

### 49. Erklären Sie die Begriffe Aktorik und Sensorik anhand eines einfachen Petrinetzes.
Aktorik = Prozessbeeinflussung (verändert physikalische Größen)
Sensorik = Zustandserfassung (erfasst physikalische Größen)

### 50. Was verstehen Sie unter einem integrierten Sensor?
= Sensor + Signalaufbereitung
Ein Sensor bei dem nicht elektrische Eingangsgröße erfasst wird und direkt über intigrierte Signalaufbereitung in el. Signal gewandelt wird.
(Auswertung fehlt, Auswerteeinheit nötig)

### 51. Welche drei Anforderungen kennzeichnen den Unterschied zwischen Echtzeit-Betriebssystemen und anderen Betriebssystemen?
Gleichzeitigkeit, Vollständigkeit, Rechtzeitigkeit

### 52. Was unterscheidet bei der Prozesssignalerfassung die Zustands- von der Alarmerfassung?
Laufen parallel, Alarmerfassung priorität. Überstimmt Zustanderfassung

Die Initiatoren der Signale sind unterschiedlich.
Zustandssignale werden durch die Steuerung initiiert.
Alarmsignale werden durch Objektprozesse initiiert.

### 53. Was beschreibt das V-Modell?

Modell zur Vorgehensweise der Entwicklung von Prozessen / Anlagen etc. Stufenweise Validierung der Resultate

### 54. Erklären Sie Verifikation und Validation.

Verifizierung = prüfen, ob ein Produkt bei seiner Entwicklung mit den spezifizierten Anforderungen übereinstimmt

Validierung = eine Art Feldexperiment, bei dem kontrolliert wird, ob festgelegte Nutzungsziele erfüllt sind, überprüfen auf tauglichkeit

### 55. Was ist ein Nibble?
$Byte \over 2$ = 4 bit

### 56. Erläutern Sie ein Referenzmodell für Bussysteme und die Funktionsweisen der für Feldbusse relevanten Schichten.

Mit dem ISO/OSI-Referenzmodell wird eine prinzipielle Gliederung von Kommunikationsgeräten (Stationen) bzw.
Diensten in ihrer Abwicklung in Form eines Schichtenmodells festgelegt .

für Feldbusse relevante Schichten:
**1 Physisch**: Netzwerkschnittstelle
Elektrische und mechanische Eigenschaften des
Übertragungsmediums und der Signale:
Kabel, Steckverbinder, Kodierung, Steuersignale,…
**2 Link**: Datenübermittlung zwischen zwei Teilnehmern am einem Bus
Botschaftsübertragung: Buszugriff, Fehlerprüfung, Synchronisation, ...
**7 Anwendung**: Schnittstelle zur Anwendung (Applikation)
Schreiben, lesen und Status der Daten ohne Details der Kommunikation

### 57. Welche Zugriffsverfahren für Bussysteme kennen Sie? Erläutern Sie deren Funktionsweisen sowie deren Vor- und Nachteile.

* Deterministischer Buszuriff

Vorteile:
* festgelegtes Verfahren für Sendeberechtigung
* Antwortzeitverhalten vorherrsagbar

Nachteile:
* bei Ausfall des Masters keine Kommunikationsbeziehung mehr möglich (Master/Slave)
* lange Verzögerungszeiten im Fehlerfall (Token-Passing)
* Überwachung der Tokenweitergabe (Token-Passing)
* Reinitialisierung nach Tokenverlust (Token-Passing)

Beispiele: Master/Slave-Verfahren, Token-Passing-Verfahren, TDMA-Verfahren

* Zufälliger Buszugriff

Vorteile:
* permanentes Mithören
* ereignisgesteuerte Kommunikation
* niedrige mittlere Busbelastung

Nachteile:
* nicht vorhersagbares Antwortzeitverhalten

Beispiel: CSMA-Verfahren

### 58. Nennen Sie Bussysteme aus der allgemeinen Automatisierungstechnik, der Kraftfahrzeugtechnik und der Schienenfahrzeugtechnik. Erläutern Sie jeweils die Funktionsweise und geben Sie Anwendungsbeispiele.
**allgemeine Automatisierungtechnik**:
PROFIBUS (Master-Slave)
Merkur (TDMA)
FAIS (Token Passing)

**Kraftfahrzeugtechnik**:
LIN-Bus (Stern-Topo, Master-Slave,Eindraht, Sensoren und Aktoren in Tür oder Sitz)
CAN-Bus (alle Topos möglich, CSMA,Zweidraht, Vernetzung von Steuergeräten)
MOST-Bus ( Ring-Topo, Master-Slave,LWL, für Multimedia/Infotainment)
FlexRay-Bus (Stern-Topo, TDMA, fehlertolerant [kein beispiel])

**Schienenfahrzeugtechnik:**
WTB Wire Train Bus (Offener Bus, Umhülltes Kabelpaar)
MVB Multifunction Vehicle Bus (Endbus, verdrilltes Kabelpaar)
TCN Train Communication Network (Kombination WTB und MVB)

### 59. Worin liegt bei der Modellierung mit Petrinetzen der Unterschied zwischen der Verwendung einer Schlinge und dem Gebrauch einer Testkante?
Bei einer Schlinge bewegt sich die Marke. Dh sie wird in einem Prozess verwendet und steht währenddessen keinem anderen Prozess zur Verfügung. Über eine Testkante wird keine Marke transportiert. Es wird nur das Vorhandensein einer Marke überprüft, was auch von mehreren Transitionen parallel geschehen kann.

### 60. Was ist der wesentlich Vorteil von Graycode? Erläutern Sie diesen anhand einer Skizze.
Aufeinanderfolgende Zustände unterscheiden sich im Graycode nur durch ein Bit. So lassen sich Übertragungsfehler aufdecken.
[Darstellung in Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Gray-Code#L%C3%B6sung_mit_Gray-Code)

### 61. Überführen Sie die Binärzahl 0101 in eine Dezimalzahl und in Graycode. Mit welcher Matlab-Anweisung ist eine Überführung der Binärzahl in eine Dezimalzahl möglich?
Dezimalzahl: 5
Graycode: 0111

MatLab: bin2dec

### 62. Was ist ein Most Significant Bit, was ein Least Significant Bit?
Das MSB ist das Bit mit der höchsten Wertigkeit in der binären Darstellung.
Das LSB ist das Bit mit der geringsten Wertigkeit in einer Binärzahl.
In der normalen Schreibweise steht das MSB ganz links und das LSB ganz rechts.

### 63. Was ist eine S&H-Stufe?
Abtast-Halteglied
* Analoge Spannungswerte werden kurzzeitig auf einem definierten Wert gehalten
* Einsatz vor einem A/D-Wandler

englisch: Sample-and-Hold-Schaltung
(kurz: S&H)

### 64. Wie ist der Entscheidungsgehalt formal definiert? Was ist die Bedeutung des Entscheidungsgehaltes? Berechnen Sie den Entscheidungsgehalt von 8.
Der Entscheidungsgehalt ist ein Maß für den Aufwand zur Klassifizierung eines Zustands aus einer Menge M aller Zustände.
$H_0 = log_2(8) = 3$

### 65. Woraus setzt sich ein Rechner entsprechend dem Architekturkonzept nach von Neumann zusammen?
4 Elemente
* Ein-/Ausgabe
* Speicher
* Rechenwerk
* Stellwerk

### 66. Erklären Sie den Unterschied zwischen Ressourcen und Materialien bei der Prozessmodellierung.
Material wird bei Ereignis verbraucht und ist weg, Ressource is anschließend wieder vorhenden.

### 67. Welchen Vorteil bietet es, die Inzidenzmatrix in die Matrix der Prekanten und die Matrix der Postkanten aufzuteilen?
Schlingen sind in der Gesamtmatrix nicht sichtbar.

### 68. Wie wird ein Schaltvorgang in einem Petrinetz berechnet?
$S+I*T=E$

**S**tartvektor der Plätze
**I**nzidenzmatrix
**T**ransitionsvektor (Transiotionen die schalten)
**E**ndvektor der Plätze

### 69. Worin unterscheidet sich ein BEN von einem STN?
BEN (Bedingungs-Ereignis-Netz): Sämtliche Plätze haben Kapazität von $1$
STN (Stellen-Transitions-Netz): Kantengewicht von $\geq 1$

### 70. Erklären Sie Token Passing und TDMA.
**Token-Passing**
Token wird von einer Station zur benachbarten Station in logischer Ringtopologie weitergeleitet
Vorteile
* gutes, vorhersagbares Echtzeitverhalten
* sehr gute Hochlasttauglichkeit
Nachteile
* lange Verzögerungszeiten im Fehlerfall
* Überwachung der Tokenweitergabe
* Reinitialisierung nach Tokenverlust

**TDMA (Time Division Multiple Access)**
* Jeder Teilnehmer innerhalb einer Periode (TDMA-Zyklus) bekommt einen oder mehrere Zeitschlitze bestimmter Länge
* Prinzip des verteilten Schieberegisters

Vorteile
* kurze, konstante Zykluszeit
* geringer Protokoll Overhead

Nachteile
* zeitliche Synchronisierung der Teilnehmer notwendig
* ungeeignet für autonome Teilnehmer
* wenig flexibel, keine dynamische Anpassung

### 71. Wozu werden Kooperationskonzepte und Kooperationsmechanismen benötigt? Welche Kooperationskonzepte und Kooperationsmechanismen kennen Sie? Erläutern Sie sie und geben Sie Beispiele.
siehe Frage 11 ?!?!?!

### 72. Was bedeutet Reversibilität in einem Petrinetz?
Der Anfangszustand ist **immer** wieder erreichbar

### 73. Welche Anforderungen an die Modellbildung kennen Sie? Erklären Sie sie.
**Anforderungen an die Modellbildung**
Methodengerecht
* Berücksichtigung moderner Softwareentwicklungsmethoden (ER, SA, RTA, OO, TD, UML)
* phasengerecht
* Mathematisch-analytische Eigenschaften
* theoretische Basis, Sätze und Beweisbarkeit,
* horizontale und vertikale Konsistenz, Struktur und Dynamik
* Komposition und Dekomposition
* determiniert und stochastisch
* Grafische Darstellung
* Simulation / Animation
* prüfbar/nachvollziehbar

Werkzeuggerecht
* Programmierbar auf moderner Entwicklungsumgebung (Unix, MS Windows, Fenstertechnik, Portierbarkeit, Wiederverwendbarkeit, …)
* Kompatibel mit anderen Werkzeugen (Bedienung, Darstellung, Datenformate, Standards)
* Bruchfreiheit bei Phasenwechsel/Übergang
* Handhabbarkeit

Implementierungsgerecht
* Umsetzbar in
* Hardware (Schaltung)
* Software (Programmcode)
* Konstruktion NC (numerisch gesteuert)
* Bruchfreiheit
* Reverse Engineering / extrahierbar

Beschreibungsmittel
* komplex / überschaubar
* erlernbar / Handhabbarkeit
* anschaulich
* anwendungsnah
* Abstraktion / Reduktion
* Darstellbarkeit
* Ergebnisse von Verhalten und Eigenschaften
* Symbolik, Vorrat, Notation
* konvertierbar in andere Modelle
* sichtengerecht
* phasengerecht
* interpretierbar
* graphisch darstellbar
* Bruchfreiheit bei Phasensicht
* personenkreisgerecht

### 74. Was kennzeichnet Objektorientierung?
Objektorientierte Beschreibungsform: Objekte, Klassen, Vererbung, Methoden, Nachrichtenaustausch, Abstraktion, Kapselung
VL 3, S.47ff.

### 75. Entsprechend welchen Klassen können Beschreibungsmittel kategorisiert werden? Ordnen Sie den Klassen Beschreibungsmittel zu.

| Klasse | Beispiel |
| -------- | -------- |
|Natürliche Beschreibungsmittel |Mentale Kognitionsmodelle, Linguistische Konzepte, Natürliche Sprache, Bilder/Symbole|
|Algebraisch-logische Beschreibungsmittel|Aussagenlogik und boolesche Algebra, Boolesches Differentialkalkül, Algebraische Darstellung von Petrinetzen, Multilinearformen, Max-Plus-Algebra, weitere Logiken|
|Implementierungsorientierte Beschreibungsmittel:||
|- aufbauorientiert|ERD, KOP, Logikplan, VHDL, Hydraulikplan, Zuverlässigkeitsblockschaltbilder, Fehlerbäume|
|- ablauforientiert| Funktionsdiagramm, Gantt-Diagramm, Funktionsplan in Ablaufsprache, Netzplan|
|- programmiertechnisch|Programmablauf, Struktogramm/Nassi-Shneiderman Diagramm, Datenflussdiagramme, Anweisungsliste|
|Zustands- und verhaltensorientierte Beschreibungsmittel|Schaltnetz und Karnaugh-Diagramme; Entscheidungstabellen, Schaltwerke und Automaten; Zustandsgraphen und Zustandsübergangsdiagramme (ZÜD); Zustandstabelle und Matrix; Statecharts, Hybride Automaten|
|Mathematisch|Boolesche Algebra, Differentialgleichungen, Differenzengleichungen, Laplace Transformation, Lineare Algebra, Markov-Ketten/Stochastik|
|Strukturorientiert|Schaltwerke, Schaltnetze, Automaten|
|Abstrakt|Verbale Beschreibung, Algebra, Aussagenlogik, Prädikatenlogik|
|Implementierungsorientiert|Kontaktplan/Stromlaufplan, Logikplan, Funktionsplan, Anweisungsliste, Strukturdiagramm/Datenflussdiagramm, Timing-Diagramm, Gantt-Diagramm, Graphische Programmiersprache, Programmiersprache, Pseudocode|
|Zustandsorientiert|KV-Diagramme, Automatengraphen, Entscheidungstabelle, ZustandsÜbergangsdiagramm, Zustandsdiagramm/Zustandstabellen |
|Technologisch orientiert| Anlagenplan, Flussbild, Konstruktionsskizze/-zeichnung, Schaltplan|
|Methodenorientiert| Netzpläne, Jackson-Diagramme, SA, SADT, SA/RT-Diagramme, UML|

### 76. Welche Netzklassen sind Ihnen bekannt?
* Schlichte Netze (simple nets)
* Gewöhnliche Netze
* Homogene Netze
* Konservative Netze
* Zusammenhängende Netze
* Synchronisationsgraph
* Zustandsmaschine

(VL 2, S.41)

### 77. Nennen Sie ethisch-humane und technisch-ökonomische Gründe für die Automatisierung.
**Ethisch-humane Gründe für die Automatisierung**
Entlastung des Menschen von
* gesundheitsgefährdender Arbeit/gesundheitsgefährdenden Umgebungen,
* monotonen/stereotypen Arbeitsfolgen (Taylorisierung),
* Arbeiten mit Unfall- oder Gefährdungsrisiko,
* Arbeiten mit Sicherheitsverantwortung,
* körperlich schwerer Arbeit,
* der Steuerung komplexer Systeme, die hinsichtlich Reaktionsvermögen, Bedienungshäufigkeit, Präzision und Übersicht überfordern.

**Technisch-ökonomische Gründe für die Automatisierung**
* Möglichkeit zum Aufbau komplexer Systeme,
* Anwendung neuartiger Steuerungsverfahren,
* Maximierung des Kosten/Nutzen-Verhältnisses,
* Optimierung des Material- und Energieverbrauchs,
* Veränderung der Arbeitsbedingungen (Humanisierung der Arbeitswelt, räumliche und zeitliche Trennung des Menschen vom Prozess),
* flexible Anpassung von Steuerungen an Prozesse, kurze Umrüstzeiten bei Änderungen an Prozessen,
* umfassende Überwachung, Erfassung und Beobachtung von Prozessen, dadurch Verbesserungen hinsichtlich Produktqualität, Anlagenzustand, Ausfallverhalten

### 78. Worin unterscheiden sich Prozesstypen von Prozessarten?
Prozesstypen:
* Diskrete Prozesse (Stückprozesse)
* Kontinuierliche Prozesse (Fließprozesse)

Prozesarten:
* Speicherprozess
* Transportprozess
* Verarbeitungsprozess

### 79. Was ist ein hybrider Prozess?
Chargen Prozesse (hybride Prozesse)
* Verbindung von diskreten und kontinuierlichen Prozessen
Lebensmittel, Verfahrenstechnik, Hüttenwesen, Biotechnik

### 80. Aus welcher Sicht wird ein Prozess mit Prozessfunktionen betrachtet?
Funktionsorientierte Sicht, Betrachtung aus der Sicht der zu erfüllenden Aufgabe (Funktion)

### 81. Was verstehen Sie unter Migration im automatisierungstechnischen Sinn?
ALtes System durch eine neues erstzen, wobei die Funktionalität die selbe sein muss. (Bsp.: S5 durch S7 ersetzen)

### 82. Was sind Information und Struktur im automatisierungstechnischen Sinn?
Information ist ein Maß (Eigenschaft) für die Strukturiertheit (Eigenschaft)
physikalischer Systeme.
Struktur ist die Folge von Zustandserkenntnis.

### 83. Welche Sprachen zur Programmierung einer SPS sind genormt?
FBS, KOP, AWL, AS, ST (Funktionsbaustein-Sprache, Kontaktplan, Anweisungsliste, Ablaufsprache, Strukturierter Text)

### 84. Was bedeutet BCD?
* Binary Coded Decimal (BCD)
* Darstellung jeder einstelligen Ziffer einer Dezimalzahl durch eine 4-Bit-Binärzahl

### 85. Was ist eine Mantisse?
Als Mantisse bezeichnet man die Ziffernstellen einer Gleitkommazahl vor der Potenz. (VL 8, S.12)

### 86. Was ist ein Befehl?
Befehle sind kleinste Einheiten der Steuerinformation für die Änderung von
Informationszuständen in Rechner (VL 8, S. 17)

### 87. Welche Elementaroperationen kennen Sie?
* Transfer (Register, Speicher, Peripherie)
* Arithmetisch/Logisch
* Vergleich
* Sprung
* Prozesssteuerung
* E/A
* Organisation (Reset, Test, Überlauf)
* Steuerung (Timer, Alarme, Halt)

### 88. Was unterscheidet einen Scheduler von einem Dispatcher? Zeichnen Sie ein passendes Petrinetz.
* Scheduler: Taskvorbereitung (zeitlich, ...)
* Dispatcher: Taskabarbeitung (starten, beenden, unterbrechen)


### 89. Was ist eine Task?
* inhaltlich zusammenhängender Programmabschnitt
* Einzelfunktion einer Gesamtfunktion

### 90. Was verstehen Sie unter Kooperation? Welche Probleme können in diesem Zusammenhang in der Prozessteuerung und im Objektprozess auftreten? Wie lassen sich diese lösen?
* Kooperation in einem Prozesssteuerungssystem soll die korrekte Kooperation der Tasks untereinander und in Wechselwirkung mit den Prozessen des Objektsystems gewährleisten

**Kooperation**: Lösung von Konflikten bei Nutzung beschränkter Ressourcen
**Prozesssteuerung**: Tasks konkurrieren um Prozesse, Speicher, Kommunikationskanäle (Bus, E/A)
→ Lösung: Synchronisation, Koordination und Kommunikation durch Betriebssystem
**Objektprozess**: Aufträge an Transporteinheiten, Speichereinheiten und Bearbeitungsmaschinen
→ Lösung: inhaltlich (in Tasks) lösen

### 91. Welche Zusammenhänge bestehen zwischen Niveau und Zeit von Programmiersprachen?
Je höher das Niveau einer Programmiersprache desto langsamer ist sie in der Ausführung

### Altklausur: Nennen Sie drei mögliche Ursachen für Alarme

Eingaben in Bedienfeld
Endkontakte
Gerätedefekte
Übertragungsfehler
Unter/ Überschreiten von Messwerten (z.B. Temperatur)