Übungen Automatisierungstechnik 2017/18. Reiner Doll, Technikerschule München

Transkript

1 Übungen Automatisierungstechnik 2017/18 Reiner Doll, Technikerschule München

2 Übungen sind theoretisch zu lösende Aufgaben, die die besprochenen Themengebiete im Stil einer Prüfungsaufgabe behandeln. Praktika sind Praxisaufgaben, die meist an der Laboranlage (digitale Fabrik) realisiert werden sollen. Die Praktika sollen dazu führen, daß die Laboranlage am Jahresende lauffähig ist, und dabei das jeweils aktuellste Leitkonzept realisiert. Lösen Sie die Aufgabe unbedingt selbst, bevor Sie in den Lösungsvorschlag schauen. Ansonsten können Sie sich die Zeit sparen, und gehen besser zum Baden!

3 Inhalt Übung : Verfügbarkeitsberechnung 1 Wiederholung : IP- Protokoll 3 Übung : Profibus DP 12 Praktikum : Profinet I/O 13 Praktikum : OPC ua Übung : Petrinetz Übung : Handshake

4 Übung : Verfügbarkeit 1. Nach etwa 120 Betriebsstunden zeigt ein neu erworbener Rechner erste Mängel. Die Fehlersuche, Beschaffung von Ersatzteilen und die Reparatur erfordern zwei Stunden. Danach läuft der Rechner 528 Stunden problemlos, bis er erneut ausfällt. Die Reparatur benötigt fünf Stunden. Weitere 288 Stunden später fällt der Rechner ein weiteres Mal aus und ist dieses Mal schon nach einer halben Stunde einsatzbereit. Berechnen Sie MTBF und MTTR, p und q! 1

5 2. Erwartete Ausfallzeit Komponente A: ~ 53 Min./Jahr Erwartete Ausfallzeit Komponente B: ~ 8,8 Std./Jahr Berechnen Sie p und q des Gesamtsystems! 3. Erwartete Ausfallzeit Komponente A: ~ 53 Min./Jahr Erwartete Ausfallzeit Komponente B: ~ 8,8 Std./Jahr Berechnen Sie p und q des Gesamtsystems! 2

6 Wiederholung : IP-Protokoll Netze : IP-Adressen werden im QDN-Format (quad dotted notation) angegeben : Beispiel : Das erste Byte besagt in der Orginalversion des Protokolls, ob es sich bei der Adresse um eine Class A, Class B oder Class C Adresse handelt. Dies gibt an, welcher Teil der Adresse die Netzadresse ( Vorwahl ), und welcher Teil die Rechneradresse in diesem Netz ist. Class A (erstes Byte zwischen 1 und 127) Class B (erstes Byte zwischen 128 und 191) Class C (erstes Byte zwischen 192 und 223) : erstes Byte : zwei Byte : drei Byte 3

7 Netmask : Diese Aussage kann auch durch die netmask angegeben werden, die bei den den Stellen der Netzadresse (netbit) 1, bei denen der Rechneradresse (hostbit) 0 ist : netmask Class A : netmask Class B : netmask Class C : Die netmask wird auch kürzer geschrieben, indem man einfach die Anzahl der 1-en in der netmask neben der IP-Adresse hinter einem Schrägstrich angibt : / 24 ist z.b. eine Adresse in einem Class-C Netz Broadcast : In einem Netz können für bestimmte Funktionen alle Rechner zugleich angesprochen werden, man nennt dies einen Broadcast. Die Broadcastadresse in einem Netz wird gebildet, indem man alle hostbit = 1 setzt. Netadress : Das Netz selbst (eigentlich das Kabel..) hat die Adresse, bei der nach der Netzadresse alle hostbit = 0 gesetzt werden. 4

8 Hier sind nun lokale Netze zu sehen, links das Biernetz, rechts das Weinnetz. Die Hosts im Biernetz haben die Adressen : Pils : / 16 bock: / 16 Weizen : / 16 Die Hosts im Weinnetz haben die Adressen : Barolo : / 8 Chianti : / 8 Brunello : / 8 Der Router Monika zwischen den beiden lokalen Netzen hat links die Adresse und rechts die Adresse (jeweils die ersten IPs in den lokalen Netzen). 5

9 Pils Bock Weizen Monika Barolo Chianti Brunello Jeder Rechner hat nun eine Tabelle konfiguriert, in der seine IP- Nachbarschaft angegeben ist. Diese Tabelle heißt routing-table. Routing-table von Pils : Net Netmask Gateway Interface eth eth0 erreichbares seine der nötige die richtige Netz Netmask Router Netzkarte 6

10 Routing-table von Monika : Net Netmask Gateway Interface eth eth1 (Die Netzkarten werden beim booten ab 1 hochgezählt) Jetzt will Pils eine Nachricht an Weizen schicken : ping routing-protokoll Das IP-Protokoll im Layer 3 von Pils prüft nun anhand der Routing-table, ob Weizen lokal erreichbar ist, oder ob ein Router beauftragt werden muß. Hierzu vergleicht er Zeile für Zeile, indem er die Zieladresse mit der in der Zeile stehenden netmask bitweise parallel UND-verknüpft (ein 32-bit Prozessor kann das in einem einzigen Befehl), und das Ergebnis mit der in der ersten Spalte stehenden netadress vergleicht. Hier ist schon die erste Zeile erfolgreich. 7

11 arp-protokoll Nun muß der Frame aber im Layer 2 als Zieldaresse die MAC von Weizen bekommen, und die ist momentan noch unbekannt. Layer 3 gibt die Ziel-IP an das Arp-Protokoll.Das ARP- Protokoll schickt nun einen Layer 2 Broadcast ins Netz mit dem Inhalt : Who has ? Jeder Rechner vergleicht in Layer 3, Weizen sieht, daß er gemeint ist und ruft zurück : It s me! Damit hat er sich verraten, weil an dem Antwortframe seine MAC dransteht. Das ARP-Protokoll trägt nun den Zusammenhang IP- MAC für Weizen in eine Cache-Tabelle ein (ARP-Cache), so daß beim nächsten Frame nicht wieder gefragt werden muß. Der Ethernetfame kann nun gebildet werden, der Ping geht an Weizen. Jetzt will Pils eine Nachricht an Brunello schicken : ping Der Ablauf ist der Gleiche wie vorher, nur erkennt Pils in seiner Routing-table, daß er Monika beauftragen muß. Er schickt (nach ARP auf Monikas IP) Monika den Frame. Monika prüft nun in ihrer Routing-table, wohin der Frame muß, und sieht in Zeile 2 das richtige Netz. Sie setzt auf Eth1 (ihre zweite Netzkarte) einen ARP-Request auf Brunello ab, und erhält seine MAC, dann schickt sie ihm das Paket von Pils. 8

12 subnetting IP-Adressen wie oben beschrieben (Class A,B oder C) werden heute kaum noch benutzt.man teilt diese Netze in kleinere Teilnetze auf, dieser Vorgang wird Subnetting genannt. Hierzu wird die netmask, also die Grenze zwischen Netzteil und Hostteil in der IP, nicht mehr an der Bytegrenze sondern beliebig innerhalb der QDN gezogen. Wenn man die IP nicht in Byteschreibweise, sondern binär angibt, ist das nichts besonderes / 29 ist kompliziert zu handhaben, im letzten Byte verläuft die Grenze lautet diese IP binär Netzadresse (dezimal ) Rechner Wieviele Rechner sind in diesem Netz möglich? Mit 3 Bit sind 8 Adressen möglich, eine davon ist die Netadress, eine der Broadcast, also sind noch 6 IP für Rechner frei. (Vermutlich wird aber noch eine davon für einen Router benötigt) 9

13 Aufgabe 1 : Welche Adressen sind für Rechner brauchbar? O / 16 O / 22 O / 22 O / 22 O / 24 O / 12 Aufgabe 2 : Ändern Sie die Subnetmask so, daß die Rechner sich erreichen können Rechner A : / 29 Rechner B : / 29 Rechner C : / 29 Aufgabe 3 : a) Was kann man mit dem Befehl arp a vermutlich lesen? b) Ich kann einen Webserver mit ping erreichen, mit dem Browser aber nicht. Welche ISO/OSI-Layer machen Probleme? 10

14 Übung : Profibus DP i-slave DP- Master i-slave A i-slave B Slave B hat einen Taster an Eingang E124.3 und eine Lampe an Ausgang A 1.0. Slave A hat eine Lampe an Ausgang A 1.0. Master hat eine Lampe an Ausgang A Zeichnen Sie die alle nötigen Kommunikationszellen (je ein Byte, Adressen wählbar wenn nicht angegeben) in in die Geräte ein, wo sie sich physikalisch (nicht logisch) befinden 2. Geben Sie für alle Geräte ein Programm in AWL an, damit alle Lampen bei Tastendruck leuchten 11

15 Praktikum : Profinet I/O Konfigurieren und steuern Sie eine der Meldeleuchten an der Anlage! Laden Sie hierzu das Musterprojekt PN_muster2018 (auf Ihrem Desktop oder vom filer : r2d2\filer\at\muster). Im Hardwarekatalog ihres TIA-Portals muß sich die WAGO-Device Komponente 750/753 befinden. Wenn nicht : auf filer finden Sie den passenden GSD-Gerätedatensatz unter at/wago-gsd Dateien. Der Import in TIA erfolgt unter dem Hauptmenüpunkt Extras. Kopieren Sie sich die Musterdateien auf Ihren Desktop, und benennen Sie dies dann sofort um Wichtig : Nie im Netz arbeiten, immer lokal! 12

16 Aus dem Hardwarekatalog fügen Sie das Wago-Device I/O- System (FW3) zum Netz hinzu : Device im Katalog anklicken und mit der Maus ans Ethernet PN/IE ziehen. Nach Doppelklick auf die Komponente geht die Gerätesicht auf, in der Sie dem Device die richtigen IP-Parameter und einen Namen geben. Beispiel : Das Device am Vertikalarm soll Vertikal_Lampe heißen, und hat die IP-Adresse (Dokumentation digitale fabrik Seite 16) : 13

17 In der Netzsicht des TIA-Portals ordnen Sie die noch nicht zugeordnet genannte Station jetzt (Mausklick) der Gewünschten S7_Station (=Profinet-Controller) zu 14

18 Jetzt kann das Device fertig konfiguriert werden, in der Gerätesicht des Device ziehen Sie die in der Hardware gesteckte I/O-Baugruppe 75x-504 4DA + 4bit A in den ersten freien Steckplatz der Konfigurationsgrafik :..und konfigurieren dann die I/O-Adressen auf Werte im Adressbereich (Doku!) : 15

19 Die Konfiguration des Device muß nun an die Hardware übertragen werden. Dieser Schritt heißt bei TIA Namen zuweisen, er erfolgt durch Klick auf diesen Button : In der gewählten S7-Station schreiben Sie einen kleinen FB (sportlich sein : SCL schreiben!), der den Taster am Bedienwinkel liest und in ein Bit des Profinet-Device- Ausgangs schreibt. 16

20 17

21 Lösungsvorschläge zu den Übungen Automatisierungstechnik 2017/18 18

22 Übung : Verfügbarkeit 1. Aufgabe 19

23 2. Aufgabe p(a-b) = q(a-b) = 1 p(a-b) = Aufgabe q(oben) = q(unten) = q(beide) = p(beide) = 1 q =

24 Wiederholung : IP-Protokoll Aufgabe 1 : X / 16 X / 22 O / 22 O / 22 O / 24 O / 12 Aufgabe 2 : / 28 Aufgabe 3 : a) die ARP-table, also IP-MAC Zusammenhang b) bis Layer 4 alles ok, Fehler drüber (Server!) 21

25 Übung : Profibus DP i-slave 1. Aufgabe : AB 1 AB1 (Slave) AB1 (Slave) EB 1 (Slave) AB 2 (Master) EB3(Master) AB2(Slave) EB 124(Slave) 2. Aufgabe : i-slave B : U E Master : U E 3.0 i-slave A : U E 1.0 = A 1.0 = A 1.1 = A 1.0 = A 2.0 = A

26 23