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Informatik in Produktion und Fertigung

Informatik in Produktion und Fertigung

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KL-Vorbereitung

Items (112)

  • Random Access Memory / Arbeitsspeicher / RAM-Speicher

    Speicher der bestimmte Daten aufnimmt und für die gerade ablaufende Verarbeitung verfügbar hält; auch Hauptspeicher, Arbeitsspeicher, RAM

  • BUS-System / Binary Unit System

    Ein Bus ist ein Leitungssystem mit zugehöriger Steuerungskomponente, das zum Austausch von Daten und/oder Energie zwischen Hardware-Komponenten dient.

  • Cache-Level-1

    Level-1-Cache: dieser Cache läuft mit dem Prozessor takt. Er ist sehr klein, etwa 4 bis 256 kb, dafür aufgrund seiner Position im Prozessorkern selbst sehr schnell abrufbar.

  • Cache-Level-2

    Der L2-Cache befindet sich meist im Prozessor, aber nicht im Kern selbst. Er umfasst zwischen 64 kb und 12 mb.

  • Cache-Level-3

    Bei Mehrkernprozessoren teilen sich die einzelnen Kerne den L3-Cache. Er ist der langsamste ber drei Caches, aber auch der größte (bis zu 256 mb).

  • Cache

    Ein Cache ist ein sehr schneller Speicher mit verhältnismäßig keiner Kapazität, der als Puffer zwischen der Zentraleinheit (CPU) und dem RAM angeordnet ist.

  • ALU / Arithmetische-logische Einheit (beachte Zeichnung)

    Elektronisches Rechenwekr, welches in Prozessoren zum Einsatz kommt; berechnet arithmetische und logische Funktionen

  • Rechenwerk / Operation Unit

    Hilfs- und Statusregister bilden zusammen mit der ALU das Rechenwerk.

  • Grundoperationen der ALU

    &, I, ! meist erweitert um >>, << (Shift -, Schiebeoperationen)

  • CCR-Flags

    Statusregister-Flags - Art und Umfang der Flags des Statusregisters ist abhängig von der CPU-Architektur.

  • häufige CCR-Flags:

    Carry-Flag, Zero-Flag, Sign-Flag, Overflow-Flag, Adjust-Flag, Parity-Flag, Interrupt-Flag, BCD-Flag, etc.

  • Register

    Das Register ist die kleinste Speichereinheit, die sich in der CPU finden lässt und nur wenige Bits speichern kann.

  • Typische Registerbreiten

    4, 8 ,16 ,32 & 64-Bit

  • Statusregister / CCR (condition code register)

    Das Statusregister ist ein spezielles Register im Steuerwerk. Es enthält eine Reihe von Bits, sogenannte Flags, die von der ALU in Abhängigkeit von der letzten durchgeführten Rechenoperation gesetzt werden.

  • Befehlsdecoder / Interpreter / Steuerwerk-Decoder

    die Aufgabe des Decoders besteht darin, die Maschinenbefehle in Micro-Instruktionen zu übersetzen und einzelne Arbeitschritte zu erstellen. Diese werden an die CPU weitergeleitet.

  • Program Counter / PC

    befindet sich im Steuerwerk; Damit die Adresse des aktuellen Befehls vom Steuerwerk verwaltet werden kann. Befehlszähler -> Program Counter

  • Instruction Register / IR

    Verwaltet den vom Speicherwerk empfangenen Befehl. Verwendet dafür ein Befehlsregister.

  • Funktionsweise des Steuerwerks

    Fetch -> Decode -> Execute

  • Fetch

    Befehl wird über den Program Counter aus dem RAm ins Befehlsregister geladen

  • Decode

    Befehl wird analysiert

  • Execute

    operation wird ausgeführt (z.B. via Rechenwerk)

  • Funktionsweise des Steuerwerks II

    Initialisierung des Programmzählers mit 0; Sende Adresse des aktuellen Befehls über den BUS an Speicher -> Empfange den aktuellen Befehl via BUS vom Speicherwerk -> Analysiere den Befehl und bereite die Ausführung vor -> Erhöhe den Programmzähler um 1 -> Rufe zusätzliche Operanden ab -> Führe den Befehl selbst aus oder beauftrage das Rechenwerk -> Schreibe das Ergebnis an die vorgesehene Stelle -> SCHLEIFE erneut

  • Steuerwerk (beachte Zeichnung)

    Das Steuerwerk (oder Leitwerk) ist ein Bestandteil der CPU und für sequentielle Abarbeitung des im Speicher befindichlen Programms zuständig.

  • Aufbau CPU (beachte Zeichnung)

    besitzt: Prozessor, Steuerwerk mit PC, IR, DC und CCR, Rechenwerk mit ALU und ACCU, L1 und L2

  • CPU / Central Processing Unit

    Die CPU besteht im wesentlichen aus einem Steuerwerk, einem Rechenwerk sowie Registern und Caches.

  • Moorsches Gesetz

    Diagramm: Anzahl Transistoren zu Jahr: Verdoppelung der Anzahl alle 1-2 Jahre

  • Von-Neumann-Flaschenhals

    Die Von-Neumann-Architektur hat nur einen BUS, über den alles sequentiell läuft. Selbst die Aufteilung in einen Daten und Adressbus reicht aufgrund des starken Prozessortakts nicht aus (-> Memory Wall)

  • Harvard-Architektur

    (Schaltungskonzept, bei dem der Befehlsspeicher logisch und physisch vom Datenspeicher getrennt ist.) Vorteil: Befehle und Daten können gleichzeitig geladen/geschrieben werden.

  • CIRC-Bewegung (Roboter)

    Der TCP wird auf einem Kreisbogen zum Zielpunkt bewegt. Benötigt Start- Hilfs- und Zielpunkt (beachte Karte)

  • LIN-Bewegung (Roboter)

    Der TCP (Tool-Center-Point) wird entlang der kürzesten Bahn zum Zielpunkt geführt.

  • PTP-Bewegung (Roboter)

    Point-to-Point; schnellste Verbindung =/= kürzeste Entfernung; führende Achse, ide am längsten braucht, um den Zielpunkt zu erreichen.

  • RISC / Reduced Instruction Set Code

    LOD X -> Laden; STO Y -> speichern

  • RISC / Reduced Instruction Set Code

    ADD X -> addieren; SUB X -> subtrahieren

  • RISC / Reduced Instruction Set Code

    MUL X -> multiplizieren; DIV X -> dividieren

  • RISC / Reduced Instruction Set Code

    AND -> und; NOT -> nicht

  • RISC / Reduced Instruction Set Code

    CPZ X -> X ==0 A->1 sonst 0 /// CPL X -> X<0 A -> 1 sonst 0

  • RISC / Reduced Instruction Set Code

    IMP Y ->auf Y zurücksetzen; IMZ -> wenn A = 0 zu Y sonst nichts tun

  • RISC / Reduced Instruction Set Code

    NOP -> no operation; HLT -> Halt - Stoppen

  • Koordinatensysteme (Roboter)

    1. Achsspezifisches Handverfahren; jede Achse kann einzeln in pos und neg Richtung verfahren werden.

  • Koordinatensysteme (Roboter)

    2. WORLD-Koordinatensystem; Ortsfestes, rechtwinkliges Koordinatensystem, dessen Ursprung im Roboterfuß liegt.

  • Koordinatensysteme (Roboter)

    3. TOOL-Koordinatensytem; rechtwinkliges Koordinatensystem, dessen Ursprung am Werkzeug liegt.

  • Koordinatensysteme (Roboter)

    4. BASE-Koordinatensystem; rechtwinkliges Koordinatensystem, das den Ursprung am zu bearbeitetenden Werkstück hat

  • Singularität

    Eine Singularität ist dadurch gekennzeichnet und erkennbar, dass zwei Achsen des Roboters kollinear (fluchtend) sind. Die Steuerung kann eine auszuführende Rotation nicht eindeutig einer Achse zuordnen.

  • Justage I

    Bei der Roboterjustage werden die Achsen in eine definierte mechanische Stellung, die sog Nullstellung, gebracht.

  • Justage II

    A1 = 0; A2 = -90; A3 = +90; A4, A5, A6 = 0 (in Grad)

  • Justage III

    Kann mit einem EMT (elektronischer Messtaster) durchgeführt werden; ohne Justage sind nicht alle Steuerungsverfahren und Koordiantensysteme verfügbar.

  • Robotersprache

    NT = Nest Position; ED = End; SP = Speed

  • Robotersprache

    MO = MOVE; GC = Grip Close; GO = Grip Open

  • Robotersprache

    TI = Timer; GT = Go To; DW = Draw

  • Robotersprache

    RC = Repeat Cycle; IDC = Input Direct

  • Robotersprache

    TB = Test Bit; MS = Move Straight; MC = Move Continous

  • Robotersprache

    PTP = Point to Point; LIN = Linear; CIRC = Kreis

  • Grafcet

    normierte grafische technologiieunabhängige Beschreibungssprache zur Darstellung von Abläufen, Steuerungen; basiert auf Schritten und Transitionen, Wirkverbindungen & Aktionen (mit Struktur- und Wirkungsteil)

  • zyklische Programmbearbeitung

    Anlaufbaustein (OB 100) -> Starten des Zyklus -> Lesen der Signalzustände aus PAE -> Ausführen des Programms (OB 1) -> Schreiben der Ausgänge in die PAA

  • SPS / Speicherprogrammierbare Steuerung

    Gerät, das zur Steuerung/ Regelung einer Anlage eingesetzt und auf digtaler Basis programmiert wird.

  • SPS / Speicherprogrammierbare Steuerung

    EVA-Prinzip; Änderungen können unabhängig vom laufenden Produktionsprozess getest werden.

  • SPS / Speicherprogrammierbare Steuerung

    besteht aus CPU, Signalbaugruppen (Ein- und Ausgänge), Funktionsbaugruppen (Zählen, Positionieren / Regeln), Kommunikationsbaugruppen (Profibus, Ethernet)

  • SPS / Speicherprogrammierbare Steuerung

    zyklische Programmabarbeitung; KOP, AWL, FBS/FUP, AS/Grafcet, S7-Graph, SL/SCL

  • Differenzmaschine (nach Babbage)

    f(x) = 2x^2 +3x +5; x= 1 bis 5; f(x) = ...; 1. Differenz = ...; 2. Differenz = konstant

  • Industrielle Kommunikation I

    Aktor-/Sensorebene: binäre Aktoren und Sensoren, hohe Schaltübertragungsgeschwindigkeit, geringe Datenmengen; Reichweite elektrisch bis 100m

  • Industrielle Kommunikation II

    Feld- oder Prozessebene: Steuerungen (u.a. SPS) und intelligente Prozessgeräte (z.B. Frequenzumrichter) werden bspw. mit Profibus oder CANopen miteinadner vernetzt. Reichweite: elektrisch bis 9,6km optisch bis 90km

  • Industrielle Kommunikation III

    Betriebsleitebene: PCs und Leitrechner miteinander vernetzt, innerhaölb eines Werks via LAN/WLAN, über Internet/Ethernet weltweit, hohe Datenmenge

  • Feldbussysteme - Vorteile (z.B. CAN, Profibus)

    Vorteile: geringere Verkabelungsaufwand spart Zeit bei der Planung/Installation; Reduzierung des Schaltschrankes; Eigendiagnosen durch das System möglich; Höhere zuverlässigkeit & bessere Verfügbarkeit durch kurze Signalwege; bei analogen Signalen erhöhter Schutz vor Störungen

  • Feldbussysteme - Nachteile (z.B. CAN, Profibus)

    komplexeres System -> qualifizierte Mitarbeiter nötig; hoher Preis von Komponetnen; aufwendige Messgeräte; längere Reaktionszeiten; Vielzahl an verschiedenen Feldbusssystemen

  • Identifizierungssysteme

    Barcode; RFID; Magnetschlüssel; Lichtschranken; Kamera; Laserscanner

  • Barcodes

    es können Zhalen, Zeichen und Sonderzeichen dargestellt werden. Preiswert und weltweit / geringe Datenmenge, Manipulation, Sichtkontakt nötig

  • Kameras

    vielseitig einsetzbar; hohe Auflösung; große datenmengen; Störungsanfällig; kompakt; Konturerfassung möglich

  • Lichtschranke

    einfache robuste Konstruktion, geringe Datenmenge; Störungsanfällig; Konturerfassung möglich

  • Magnetschlüssel

    Einfache robuste Konstruktion; veraltet; nur 6-Bit; störungsunanfällig; benötigt keine externe Energie

  • RFID / Radio Frequncy identifikation

    z.B. Studentenausweis; beliebige Anwendung; verschleißfrei; berührungslos; große Datenmengen / hohe Kosten; Funktionsstörungen möglich; Datensicherheit -> gläserner Mensch

  • Arduino / Prototyping-Plattform

    Software basierte intergrierte Entwicklungsumgebung; Hardware: Boards mit Microcontroller und USB; Open-Source; auf C-Code optimiert

  • Arduino / Prototyping-Plattform

    Betriebsspannung 5V; Eingangsspannung 7-12V; CPU 8-Bit; Flashspeicher 32kb; SRAM 2,5kb; EEPROM 1kb; Schaltfrequenz 16 Mhz

  • Speicherarten ATmega

    Flash: Programmspeicher (persistent); Ablage des kompilierten Programms (Sketch)

  • Speicherarten ATmega

    SRAM: Static Random Access Memory = Arbeitsspeicher (volatil), für variablen

  • Speicherarten ATmega

    EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, persistenter Speicher

  • Was ist ein Mikrocontroller?

    Halbleiterchip mit Prozessor, Arbeits- und Programmspeicher sowie Peripheriefunktionen (CAN, SPI, A/D-Wandler, USB) Findet Einsatz in eingebetteten Systemen für spezielle Anwendungen.

  • Mikrocontroller ersetzen, welche Speicherart muss bedacht werden?

    SRAM, da = Arbeitsspeicher

  • Welche elektronischen Auswirkungen hat das Konfigurieren von ATmega - Pins als INPUT/OUTPUT?

    Output -> geringe Impedanz = hoher Strom für Verbraucher // Input -> hohe Impedanz = Sensorik wird vor zu hohen Strömen geschützt // Imput ist Standard

  • EEPROM

    Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

  • PWM

    Pulse Wide Modulation

  • 3 Unterschiede zwischen Mikrocontroller-Programmen und Desktop-Anwendungen

    1) Mikrocontroller weisen Ressourcenknappheit auf, Fehlersuche gestaltet sich schwieriger 2) Mikrocontroller haben begrenzte Fähigkeiten in der Programmiersprache (-> nur C), außerdem sind Updates schwierig 3) Nutzerinteraktionen gestalten sich als Fehlerfalle 4) Desktop-Anwednugnen haben diverse Funktionen

  • Warum sollten nur Programmbibliotheken in einem Mikrocontroller-Programm integriert werden, die auch genutzt werden?

    ... Speicherplatz

  • Was ist der Unterschied zwischen globalen und lokalen Variablen?

    Zugriff auf globale Variablen von überall aus dem Programm

  • Was ist ein Pull-Down-Widerstand? +Schaltung

    der Pull-Down-Widerstand zieht den Eingang im undefineirten Zustand auf ein niedriges Potential (ground)

  • Freilaufdiode +Schaltung

    bei plötzlichem Abschlaten eines Motors (=Spule) kann eine kurzfristige starke Spannung auftreten. Die Freilaufdiode verhindert Schäden durch Selbstinduktion

  • Speicherpyramide

    von schnell&klein zu langsam&groß: volatile (Register, Cache, RAM) und persistente (SSD, HDD, FM)

  • Servomotor

    günstig, massenbau; Positionierung möglich; sehr einfach zu steuern; Kurrekturverhalten kann zu Zittern führen; eingeschränkter Bewegungsbreich (180 Grad); kein Feedback über aktuelle Position

  • Schrittmotor

    meist größer und schwerer als andere typen; Präzise Positionierung möglich; gute Geschwindigkeitskontrolle; gute Momentwirkung; uneffizient

  • Bürstenloser Gleichstrommoter

    ähnlich wie normale Gleichstrommotoren ohne die Nachteile der Bürsten, komplexere Funktion -> Drehzahl wird ermittelt und darauf einzelne Spulen geschaltet; sehr effizient

  • Gleichstrommotor

    einfacher (billiger) Aufbau und simple Funktionsweise; verhältnismäßig klein und leicht; maximale Drehzahl durch Mechanik beschränkt; Bürstenfeuer kann zu Verschleiß, Erhitzung; Lärm führen; Umdrehungen können nicht exakt gesteuert werden; mittlere Effizienz

  • Wahr oder falsch? Beim Betrieb von LEDs ist die Stromrichtung irrelevant.

    falsch

  • Wahr oder falsch? Precompiler-Befehle beinhalten Aktionen, die nach der Umwandlung des Quellcodes in Maschinencode erfolgen sollen.

    falsch

  • Wahr oder falsch? Es ist häufig besser, konstante Werte nicht als Variable zu definieren.

    falsch

  • Wahr oder falsch? Motoren sollten sowohl Steuerung als auch Stromversorgung direkt am Mikrocontroller angeschlossen haben, da so eine unmittelbare Regelung erfolgen kann.

    falsch

  • Wahr oder falsch? Für ein Ventilationssystem ist der Einsatz eines Schrittmotors für den Rotorbetrieb sinnvoll.

    falsch (bürstenloser Gleichstrommoter)

  • Wahr oder falsch? Die Drehrichtung von Gleichstrommoteren kann nicht geändert werden.

    falsch

  • Wahr oder falsch? Simple Gleichstrommotoren mit Bürsten bruachen aufgrund ihres einfachen Aufbaus keine weitere Sensorik zur Winkelbestimmung des Rotors.

    falsch

  • Wahr oder falsch? Schrittmotoren eignen sich zum Einsatz in der Ausrichtung von Werkzeugen in CNC Maschinen, da dieser Motortyp sehr effizienz ist.

    falsch (nicht effizient)

  • Wahr oder falsch? Freilaufdioden können als Schutz für empfindliche Elektronik gegen Spannungsspitzen durch Selbstinduktion dienen.

    Wahr

  • Wahr oder falsch? Ein Potentiometer kann nur für digitale Messungen genutzt werden.

    falsch

  • Wahr oder falsch? Bei UART gibt es immer genau ein Gerät (z.B. Arduino, PC) das nur als Empfänger (Receiver) und genau eines, das nur als Sender (Transmitter) fungiert

    falsch; UART = Universal Asynchronous Reciever Transmitter

  • Wahr oder falsch? Bei serieller Kummuikation besteht keine Gefahr, dass durch zu hohe Datenraten Buffer überlaufen.

    falsch

  • Wahr oder falsch? Mikrocontroller können nicht mit Programmiersprachen von geringer Abstraktion programmiert werden, da sie etwa in höhere Absraktionskonzepte, wie etwa in C++ realisiert werden, benötigen.

    falsch (C)

  • Wahr oder falsch? Servomotoren bestehen in der Regel aus Gleichstrommotoren (mit oder ohne Bürsten) mit Getriebe und Steuerelektronik.

    Wahr

  • setup()

    wirdimmer dann einmalig aufgerufen, wenn ein Sketch gesartet wird. -> Variableninitialisierung, Moduszuweisung für Pins, Start von Libraries

  • loop()

    läuft kontinuerlich durch und erlaubt dem Programm auf Signale zu reagieren und zu antworten

  • Programmskizzen anschauen

    Ampel

  • Programmskizzen anschauen

    3 LEDs

  • Definition Industrieroboter I

    Ein Roboter ist ein automatisch gesteuertes, wiederprogrammierbares, vielfach einsetzbares Handhabungsgerät mit mehreren Freiheitsgeraden, das ortsfest oder beweglich in automatisierten Produktionen eingesetzt wird.

  • Definition Industrieroboter II

    fleixible KinematikM einfach programmierbar; Betrieb mit unterschiedlichen Programmen; in Verbindung mit intelligenter Sensorik; Anschluss und Steuerung von flexibler Peripherie

  • Programmierebenen I

    Modellgetriebene Entwicklung (PAP, SDL, UML-Diagramme) / Objektorientierte Programmiercode (OOP) z.B: Java

  • Programmierebenen II

    Imperative / Prozedurale Programmierung z.B. C-Code // Assemblercode (ADD #1 STO W) // Maschienecode (001101010010)