Übung 2.3

Für die Anlage aus Übung 2.2 soll nun ein Steuerungssystem mit Soft-SPS und Feldbusankopplung der Geräte im PC geplant werden. Die Motoren und Ventile werden über insgesamt drei Remote-I/O-Geräte angeschlossen, die Sensoren und Regler sind busfähige Feldgeräte.

a) Wie viele Repeater sind erforderlich, die die Bussignale in Segmenten mit mehr als 32 Teilnehmern verstärken müssen?

b) Wie hoch liegt die maximale Rechenzeit für einen 100-MHz-Prozessor, wenn pro Baustein durchschnittlich 100 Bitoperationen ausgeführt werden?

c) Welche Zykluszeit ergibt sich, wenn sich die Zeit für die Softwareverarbeitung und die Datenübertragung folgendermaßen berechnet

t_ü = [13 · (6 + n) + 4 · m] · t_Bit + t_SW + 2·t_PH

mit: n Anzahl der Nutzdatenbytes, m Anzahl der Busteilnehmer, t_Bit Bitdauer = 0,002 ms, t_SW Zykluszeit der Ansteuerungsprogramme, t_PH Signallaufzeit auf dem Kabel = 0,016 ms.

Lösung:

a) Insgesamt gibt es 35 busfähige Feldgeräte, zusammen mit den Remote-I/Os und dem PC der Soft-SPS hängen also 39 Teilnehmer am Feldbus. Da somit die Maximalzahl von 32 Teilnehmern überschritten ist, muss ein Repeater zur Signalverstärkung eingesetzt werden.

b) Geht man im PC von einem 100-MHz-Prozessor aus, der pro Baustein durchschnittlich 100 Bitoperationen ausführen muss, ergibt sich die Programmabarbeitungszeit tSW durch folgende Betrachtung:

• 100 Motoren mit 30 Bausteinen     →  3000 Bausteine
• 200 Ventile mit 20 Bausteinen     →  4000 Bausteine
• 25 Sensoren mit 5 Bausteinen    →   125 Bausteine
• 10 Regler mit 10 Bausteinen     →   100 Bausteine

Summe:                 B = 7225 Bausteine

t_SW = (B ^. 100 Bit/Baustein) / f_Takt = 7225 ^. 100/10⁸ Hz = 7,225 ms

c)  Die Anzahl der Nutdatenbytes ergibt sich aus den eingelsen Ein- und Ausgangssignalen der Feldgeräte:

n = 100 Motoren ^. 4 Bit + 200 Ventile ^. 3 Bit + 25 Sensoren ^. 16 Bit +10 Regler ^. 32 Bit = 1720 Bit = 215 Byte

Die Gesamtzykluszeit für die Datenübertragung über Feldbus berechnet sich dann näherungsweise nach der gegebenen Formel. 

t_ü = (13^.(6+215)+4^.39)^.0,002ms + 7,225ms + 0,032ms = 6,058 ms + 7,225 ms + 0,032 ms = 13,315 ms