Methodische Partitionierung und Parametrierung von Feldbussen:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI Verl.
1996
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| Series: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschrittberichte VDI / 10]
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| adam_text | Titel: Methodische Partitionierung und Parametrierung von Feldbussen
Autor: Kiefer, Joerg
Jahr: 1996
Berichte der Institute für Automatisierungstechnik •iS Technische Universität Braunschweig Dipl.-Ing. Jörg Kiefer, Cremlingen Methodische Partitionierung und Parametrierung von Feldbussen Fortschritt-Be richte VDI Reihe 10 : Informatik/ Kommunikationstechnik Nr. 428 VW VERLAG
V Inhaltsverzeichnis Erläuterung der benutzten Formelzeichen und Abkürzungen IX Kurzfassung XIV 1 Einleitung 1 2 Konzepte zur Strukturierung und Beschreibung komplexer Systeme 5 2.1 Methoden der Strukturierung............................ 5 2.1.1 Strukturierte Analyse............................. 5 2.1.2 ISO/OSI-Referenzinodell........................... 10 2.1.3 Leittechnisches Referenzmodell....................... 14 2.1.4 Manufacturing Message Specification .................... 15 2.2 Petrinetze zur strukturierten Beschreibung..................... 17 2.2.1 Farbige Petrinetze .............................. 17 2.2.2 Zeitbewertete Petrinetze........................... 20 2.2.3 Hierarchische Farbige Petrinetze....................... 22 2.2.4 Werkzeugunterstützung............................ 24 3 Feldbussysteme in der Automatisierungstechnik 28 3.1 Kommunikation in der Automatisierungstechnik.................. 28 3.2 Anforderungen an Feldbussysteme.......................... 30 3.2.1 Grundlegende Forderungen der Automatisierungstechnik......... 30 3.2.2 Anforderungen der unterschiedlichen Hierarchiestufen........... 32 3.3 Beispiele für Feldbussysteme............................. 33 3.3.1 Aktuator-Sensor-Interface (ASI)...................... 34 3.3.2 Bitbus..................................... 34 3.3.3 Controller Area Network (CAN) ....................... 34 3.3.4 Factory Instrumentation Protocol (FIP) .................. 34
VI INHALTSVERZEICHNIS 3.3.5 InterBus-S................................... 3.3.6 Local Operating Network (LON) ...................... 35 3.3.7 Multipurpose Vehicle Bus (MVB)...................... 36 3.3.8 P-NET .................................... 30 3.3.9 Process Field Bus (PROFIBUS)....................... 36 3.3.10 Tabellarische Gegenüberstellung ....................... 37 4 Kommunikationsanforderungen des Prozesses 40 4.1 Formale Darstellung der Kommunikatiousanforderungen ............. 40 4.1.1 Strukturierte Analyse und Übertraguugsanforderungen.......... 40 4.1.2 Anwender- und Zeitanforderuugen ..................... 43 4.1.3 Verarbeitungszeiten des Prozesses...................... 45 4.2 Formale Beschreibung des Prozesses......................... 46 4.2.1 Prozeßkompouenten ............................. 46 4.2.1.1 Funktionen............................. 46 4.2.1.2 Speicher............................... 47 4.2.1.3 Daten- und Koutrollflüsse..................... 48 4.2.2 Mathematische Beschreibung des Prozesses................. 49 4.2.2.1 Iuzideuzmatrix........................... 49 4.2.2.2 Schaltzeitenmatrix......................... 50 4.2.2.3 Dateulängeuinatrix......................... 51 5 Zuordnung der Funktionen zu Hardwarekomponenten 52 5.1 Metriken der Funktionsaufspaltuug......................... 53 5.1.1 Datenverkehrslast............................... 54 5.1.2 Zeitauforderuugslast ......1...................... 57 5.1.3 Randbedingungen............................... 58 5.1.4 Integration der Metriken........................... 58 5.2 Algorithmus der Funktionszuorduung........................ 58 5.3 Beispiel ........................................ 59 5.4 Zusammenfassung................................... 64 6 Simulation und Modellbildung von Feldbussen 65 6.1 Grnndstruktur der Simulationsumgebung...................... 66 6.1.1 Modulbilduug und logische Schnittstellen.................. 66 6.1.2
Anforderungen an das Beschreibuugsmittel................. 67
INHALTSVERZEICHNIS VII 6.1.3 Auswahl der Modellrepräsentation...................... 68 6.2 Erläuterung des Anforderungsgenerators...................... 69 6.2.1 Stochastische Simulation der Anwendung.................. 69 6.2.2 Modellierung des Nachrichtengenerators .................. 70 6.3 Modellierung von Feldbussystemen......................... 76 6.3.1 Grundlegende Konzepte........................... 76 6.3.2 Schnittstellen der Busmodule........................ 77 6.3.3 Grundlegende Unterschiede der Protokolle................. 79 6.3.4 Arbitration und Zeitverhalten........................ 79 6.3.5 Übertragungsfehler und deren Behandlung................. 86 7 Bewertungsmaßstäbe des Busvergleiches 88 7.1 Leistungsgrößen von Feldbussystemen........................ 88 7.1.1 Physikalische Schicht............................. 89 7.1.2 Datenübertragungsschicht.......................... 91 7.1.3 Anwendungsschicht.............................. 91 7.2 Grundlagen der statistischen Auswertung...................... 91 7.2.1 Zufallsgrößen................................. 92 7.2.2 Schätzung von Parametern.......................... 94 7.2.3 Der statistische Test............................. 95 7.3 Statistische Auswertung von Stichproben...................... 96 7.3.1 Generierung und Normierung der Datensätze................ 97 7.3.2 Überprüfung des Ausschlußkriteriums.................... 98 7.3.3 Bewertung mittels der Vergleichskriterieu.................. 99 7.3.4 Integration unterschiedlicher Einzelbewertungen..............100 7.4 Zusammenfassung der Leistungsbewertung.....................101 8 Parameteroptimierung bei Bussystemen 102 8.1 Parameter unterschiedlicher Bussysteme................. 102 8.2 Verfahren der Optimierung..............................103 8.2.1 Mathematische Problembeschreibung....................103 8.2.2 Diskussion unterschiedlicher Optimierungsalgorithmen ..........105 8.3 Genetische
Algorithmen zur Parametrierung....................107 8.3.1 Codierung und genetische Operatoren ....................107 8.3.2 Bewertungs- und Fitneßfunktion......................109
VIII INHALTSVERZEICHNIS 8.3.3 Heiratssckema.................................HO 8.3.4 Ersetzungsschema...............................HO 8.3.5 Zusammenstellung der Einflußmechanismeii................Hl 8.4 Anpassung der Parameteroptimierung an das Controller Area Network.....111 8.5 Zusammenfassung der Parameteroptimierung....................116 9 Exemplarische Untersuchung einer Containerverladeeinrichtung 117 9.1 Prozeßbeschreibung und Anforderungen.......................117 9.2 Strukturierte Analyse.................................118 9.3 Gerätetechnisclie Zuordnung von Funktionen....................125 9.4 Parameteroptimierung................................128 10 Zusammenfassung und Ausblick 133 A Modellbeschreibung des Markengenerators 137 A.l Global Declaration Node ...............................137 A. 2 Petrinetzseiten ....................................142 B Modell des Controller Area Network 148 B. l Global Declaration Node ...............................148 B. 2 Petrinetzseiten ....................................153 C Problemcodierungen genetischer Algorithmen 168 C. l Adjazenz-Vektorcodieruug (AV)...........................168 C.2 Ordinal-Vektorcodieruug (OV) ...........................169 C.3 Pfad-Vektorcodierung (PV).............................169 C.4 Präzedenz-Matrixcodierung (PM) . . . ......................171 C.5 Matrixcodierung nach Seniw (MS)..........................172 C.6 Matrixcodierung nach Hamaifar und Guan.....................173 D Systemdefinitionen des Containerterminals 174 Literaturverzeichnis 176
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