矿大现场总线复习题2012

复习题1

一、填空

1. OSI参考模型的七层分别是 物理层 、 数据链路层 、 网络层 、 运输层 、 会话层 、 表示层 、 应用层 。

2 .MACS现场控制站由控制机笼、主控制器、电源模块、智能I/O模块、端子模块、通信网络、控制机柜等部分组成。

3. 现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构和计算机局部网络的底层控制网络。 4. 典型的现场总线有Profibus、CAN、FF等。

5. 现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器和 现场总线-电流变换器 等。

6. PROFIBUS现场总线的组态软件是 step7 。

7. 计算机控制系统由工业控制机 和生产过程两大部分组成。

8. 计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为工业控制机控制系统、PLC控制和单片机控制。

9. 集散控制系统是计算机技术、控制技术、显示技术和 、 通信技术相结合的产物。 10. 计算机网络的拓扑结构主要有总线型、星型、环型、树型、网状型。

11. 现场控制站的基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和 数据通信 。

12. 计算机控制系统按其结构不同可分为 集中结构和 分散结构 两大类。 13. 集散控制系统由 工业控制机、通信网络、现场检测控制设备三大部分组成。 14. 常用的通信介质主要有 双绞线、同轴电缆、光纤。

15. 集散控制系统又称为 分散控制系统英文简称 DCS ，现场总线控制系统简称为 FCS 。

16. 集散控制系统的设计思想为 集中管理、分散控制。

二、名词解释

数据采集系统：计算机只承担数据的采集和处理，而不直接参与控制。

直接数字控制系统：计算机既采集数据，又对数据进行处理，并按照一定的控制规律进行运算，其结果经输出通道作用到控制对象，使被控变量符合要求。 实时控制：计算机在规定的时间内完成数据的采集、计算和输出。

传输速率：单位时间内通信系统所传输的信息量，一般以每秒种能够传输的比特数来表示，其单位是bps。

计算机控制系统：利用计算机来实现工艺过程自动控制的系统。

集散控制系统：是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层结构形式、局部网络通

信的计算机综合控制系统。

串行传输：把数据逐位依次在信道上进行传输的方式。

通信协议：通信双方共同遵守的规则和约定，包括语法、语义、时序。

监督计算机控制系统：简称SCC系统，是一种两级微型计算机控制系统，其中DDC级计算机完成生产过程的直接数字控制；SCC级计算机则根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给DDC级计算机执行。

分级控制系统：由多台计算机完成不同的控制功能和对多个设备的控制，其特点是控制分散、危险分散。

模拟通信：通信系统中所传输的是模拟信号，通常采用0-10m A DC或4-20m A DC电流信号传输信息。

数字通信：通信系统中所传输的是数字信号。 并行传输：把数据多位同时在信道上进行传输的方式。

开放系统互连参考模型：信息处理领域内最重要的标准之一，是一种框架模型，它将开发系统的通信功能分为七层，描述了各层的意义及各层的命名和功能。

三、问答题

1. 简述DCS的操作员站、工程师站、监控计算机站的主要功能？ 2. 简述组态设计的基本步骤。

3. 什么是PROFIBUS总线？PROFIBUS总线有什么特点？ 4. DCS的层次结构一般分为几层，并说明每层的功能？ 5. 简述现场控制站的基本功能。

6. 典型的现场总线有哪些？各有什么特点？（至少写3种） 7. 计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？ 8. 概述DCS的产生过程，并分析其设计思想。 9. 什么是现场总线？与集散控制系统比较有哪些优点？ 答案：

1.操作站的主要功能：为过程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。 工程师站的主要功能：控制系统组态的修改、控制参数的调试

监控计算机的主要功能：在车间管理级与过程优化级之间起到信息传递的作用，同时可对信息进行优化计算，为系统决策提供参考。 2. 组态设计的一般步骤如下：

（1）组态软件的安装 按照要求正确安装组态软件，并将外围设备的驱动程序、通信协议等安装就绪。

（2）工程项目系统分析 首先要了解控制系统的构成和工艺流程，弄清被控对象的特征，明确技术要求，然后再进行工程的整体规划，包括系统应实现哪些功能、需要怎样的用户界面窗口和哪些动态数据显示、数据库中如何定义及定义哪些数据变量等。

（3）设计用户操作菜单 为便于控制和监视系统的运行，通常应根据实际需要建立用户自己的菜单以方便操作，例如设立一按钮来控制电动机的起/停。

（4）画面设计与编辑 画面设计分为画面建立、画面编辑和动画编辑与链接几个步骤。画面由用户根据实际工艺流程编辑制作，然后需要将画面与已定义的变量关联起来，以便使画面上的内容随生产过程的运行而实时变化。

（5）编写程序进行调试 程序由用户编写好之后需进行调试，调试前一般要借助于一些模拟手段进行初调，检查工艺流程、动态数据、动画效果等是否正确。

（6）综合调试 对系统进行全面的调试后，经验收方可投入试运行，在运行过程中及时完善系统的设计。

3. PROFIBUS是一种国际性的开放式现场总线标准，是唯一的全集成H1（过程）和H2（工厂自动化）现场总线解决方案

[12]

，它不依赖于产品制造商，不同厂商生产的设备无须对其接

口进行特别调整就可通信，因此它广泛应用于制造加工、楼宇和过程自动化等自动控制领域。 PROFIBUS现场总线系统的技术特点：

①容易安装，节省成本。②集中组态，建立系统简单。③提高可靠性，工厂生产更安全、有效。④减少维护，节省成本。⑤符合国际标准，工厂投资安全。

4.集散控制系统分为四个层次，每个层次由多个计算机组成，分别行使不同的功能，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。

现场控制级的功能：一是完成过程数据采集与处理。二是直接输出操作命令、实现分散控制。三是完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。

过程控制级功能：一是采集过程数据，进行数据转换与处理；二是对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；三是现场设备及 I/O 卡件的自诊断；四是与过程操作管理级进行数据通信。

过程管理级功能：一是监视和控制生产过程；二是控制方式的无扰动切换，修改设定值，调整控制信号，操控现场设备，以实现对生产过程的干预；三是打印各种报表，复制屏幕上的画面和曲线等。

5.现场控制站是多功能型的，其基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和数据通信等功能。 6. PROFIBUS现场总线系统的技术特点：

①容易安装，节省成本。②集中组态，建立系统简单。③提高可靠性，工厂生产更安全、

有效。④减少维护，节省成本。⑤符合国际标准，工厂投资安全。

基金会现场总线是一种全数字式的串行双向通信系统，它可以将现场仪表、阀门定位器等智能设备连接在一起，其自身可向整个网络提供应用程序。它以 ISO/OSI 参考模型为基础，采用物理层、数据链路层和应用层为 FF 通信模型的相应层次，并在应用层上增加用户层。ControlNet 现场总线采用并行时间域多路存取 CTDMA (Concurrent Time Domain Multiple Access) 技术，它不采用主从式通信，而采用广播或一点到多点的通信方式，使多个节点可精确同步获得发送方数据。

7. 计算机控制系统的控制器由计算机来实现，是模拟、数字混合系统。

8. 早期计算机参与到控制中，采用的集中式结构，即由一个计算机完成所有的控制功能和对所有设备的控制，但这种集中式计算机控制系统危险集中、控制集中，且对中央节点的可靠性要求很高，因此逐渐被淘汰，后来随着通信网络技术的发展，出现了分散控制系统，由多个计算机分别完成多个控制功能和对多个生产设备的控制，其特点是集中操作、集中显示，分散控制、分散危险。

9. 一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的底层通信总线。其网络节点是以微处理器为基础的、具有检测、控制、通信能力的智能式仪表或控制设备。

现场总线的优点

(1)节省硬件数量与投资 由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接实现多种测量、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工业PC机作为操作站，从而节省了大笔硬件投资。随着控制设备的减少，控制室的占地面积还可随之减少。

(2)节省安装费用 现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆可挂接多个设备，因而电缆、接线端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料，安装费用可节约60%以上。

(3)节省维护开销 由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。

(4)用户具有高度的系统集成主动权 用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来实现系统集成。突破了选择某一品牌产品的种种限制，不会为系统集成中不兼容的协议和接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。

(5)提高了系统的准确性与可靠性 现场总线设备的智能化、数字化，从根本上提高了仪表的测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统工作的可靠性。此外，由于设备标准化和功能模块化，因此还具有系统设计简单、构建灵活等优点。

现场总线控制系统具有信号传输全数字化、控制功能分散化、现场设备具有互操作性、通信网络全互连式、技术和标准全开放式等特点。

复习题2

1 什么是现场总线？

答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基

金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场总线的概念一般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的底层通信总线。

2 现场总线的本质含义表现在哪些方面？

答： （1）现场通信网络； （2）现场设备互联； （3）互操作性； （4）分散功能块； （5）

通信线供电； （6）开放式互联网络。

3 现场总线有哪些优点？（简略版）

答：（1）全数字化； （2）全分布； （3）双向传输； （4）自诊断； （5）节省布线及控制

室空间； （6）多功能仪表； （7）开放性； （8）互操作性； （9）智能化与自治性

4 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？

答：常用的现场总线和特点如下表所示。

现场总线类型 特性 FF Fisher-Rosemo开发公司 unt 智能变送应用范围 OSI网络层1、2、7 次 双绞线、光缆、双绞线、光缆、双绞线、光通讯介质 同轴电缆 缆 线 和电力线 可预测P坚持介质访问令牌、主从 方式 令牌、主从 令牌、查询 的CSMA CRC） CSMA/CA 纠错方式 CRC CRC CRC CRC CRC 位仲裁CSMA（PP CSMA 电源信号双绞线 同轴电缆、无线1、2、7 1、2、7 1、2、7 1-7 仪表 PLC 器 汽车 业自动化 楼宇自动化、工Siemens Rosemount Bocsh Echelon Profibus HART CAN LonWorks 最大传输2.5Mbps 速率 最大节点数 优先级 安全性 开发工具

5 现场总线系统（FCS）与传统的集散型控制系统（DCS）相比较，有哪些特点？

答：（1） 数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4~20mA，0~5V等信号）和开关量信号。

（2）在车间级与设备级通信的数字化网络。

（3）现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。

（4）现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息

沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。

（5）在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与

车间级信息集成的技术基础。

6 现场设备有哪些部分组成？它们的各自作用是什么？

答：现场设备或现场仪表是指变送器、执行器、服务器和网桥、辅助设备以及监控设备等。这

些设备可通过双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等传输线进行互联。

（1）变送器 常用的变送器有温度、压力、流量、物位和分析五大类，它既有检测、变

换和补偿功能，又有PID控制和运算功能。

（2）执行器 常用的执行器有电动和气动两大类。执行器的基本功能是控制信号的驱动

和执行，还内含调节阀输出特性补偿、PID控制和运算功能，另外有阀门特性自动校验和自诊断功能。

（3）服务器和网桥 服务器下接H1和H2，上接局域网LAN（Local Area Network）；网

桥上接H2，下接H1。

（4）辅助设备 辅助设备有H1/气压转换器、H1/电流转换器、电流/H1转换器、安全栅、

总线电源、便携式编程器等。

（5）监控设备 监控设备主要有工程师站、操作员站和计算机站，工程师站提供现场总

线控制系统组态，操作员站实现工艺操作与监视，计算机站用于优化控制和建模。

32（H1） 128 124（H2） 有 是 有 有 是 有 有 是 有 是 有 有 是 有 15 110 32000 12 Mbps 12 Mbps 1 Mbps 1.25 Mbps 7 什么叫系统集成？现场总线系统集成的方法有哪些？

答：现场总线系统的集成就是采用现场总线技术为用户提供一体化的自动化方案，以集检测、

采集、控制和执行以及信息的传输、交换、存储与利用的一体化为目标，广泛采用现场总线技术、局域网和因特网技术，发展了实现各种物理“设备集成”的系统互连技术以及实现“信息集成”的软件集成技术和数据集成技术，从而满足企业综合自动化的要求。

8 什么是蓝牙技术？

答：蓝牙（Bluetooth）技术是一门发展十分迅速的短距离无线通信技术。由移动通信与移动计

算公司联合推出。1998年5月20日成立专门兴趣小组，负责制定一个开放短距离无线通信协议。这个协议代号取自十世纪的一位爱吃蓝梅的丹麦国王哈罗德的绰号——蓝牙。

蓝牙技术的小功率设备支持距离大约10米的无线通信，大功率设备也只支持距离大约100米的无线通信。蓝牙利用短距离无线连接技术替代专用电缆连接。将蓝牙微芯片嵌入蜂窝电话、膝上或台式电脑、打印机、个人数字助理、数字相机、传真机、键盘、手表等设备内部，在这些蓝牙设备之间，建立起低成本、短距离的无线连接。

蓝牙规定了4种物理接口：通用串行总线USB、EIA-232、PC卡、通用异步收发器UART接口。蓝牙技术使用跳频（Frequency Hopping）、时分多用（Time Division Multi-Access）和码分多用（Code Division Multi-Access）等先进技术，来建立多种通信与信息系统之间的信息传输。

蓝牙技术作为一种射频无线技术，支持点对点和多点通信。一个蓝牙设备可以和一个、也可以和多个蓝牙设备通信。异步数据信道的最大传输速率为721Kbps。

9 什么是OPC技术？

答：OPC（OLE for Process Control）指用于过程控制的对象链接与嵌入（OLE）技术，是对象

链接与嵌入技术在自动化领域的具体应用，这是一项技术规范与标准。OPC以OLE/COM机制作为应用程序级的通信标准，采用client/server模式，OPC以服务器server的形式，对下层现场设备即client提供一系列标准的接口，使得由client负责的现场设备的各种信息能够进入OPC服务器，从而实现向下互联。

复习题3

一、填空

1. 自动控制从非智能、低智能到高智能的发展阶段经历了： 模拟仪表控制系统 、

直接数字控制系统 、 集散控制系统 和 现场总线控制系统 四个阶段。

2. 常用的载带传输的数字编码方式 调幅方式、调频方式、和 调相方式三种。

3. 分布控制系统拓扑结构较多采用 星形 、 环形 、和 总线型 等三种结构。 4. 通信方式按照信息的传输方向分为 单工 、 双工 和 半双工 等三种方式。 5. PROFIBUS中含有 站诊断 、 模块诊断 和 通道诊断 等三级诊断。

6. PROFIBUS-DP第1类主站与从站数据传送分为 参数设定 ， 组态 和 数据交换 等三个阶

段。

7. LonWorks神经元芯片CPU中，其通信接口的模式有 单端模式 、 差分模式 和 专用模式 等三种。

8. 数据交换可分为 线路交换 、 报文交换 和 报文分组交换 （数据报和虚电路） 等

三种方式。

9. S7-300 PLC的程序可采用三种语言编程，包括梯形图（LAD）、 语句表（STL） 、 功能图（FBD） 三种语言编程，系统功能块通常采用功能图编程。

10. 介质访问方式包含 随机访问 和 受控访问 两大类，其中常用争用总线技术为

CSMA/CD 。

二、专业名词解释

1. 现场总线

答：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要

解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 。 2．监控组态软件

答：监控组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。 3．ISO/OSI协议模型

答：ISO/OSI协议模型将各种协议分为七层，自上而下依次为：物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。 4．汉明校验

答：汉明校验是在奇偶校验的基础上发展起来的，汉明校验不像校验那样只设置一位校验码，而是设置若干位校验码，其中每个校验码有一定的校验范围。

5．令牌总线机制

答：令牌总线是一种在总线拓扑结构中利用“令牌”（token）作为控制节点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。在采用令牌总线方法的局域网中，任何一个结点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据。 三、问答题

1、 ProfitBus通过网络协议模型中的数据链路层实现总线存取控制，请解释数据链路层实现总线存取控制的原理和需要满足介质控制的基本要求是什么？

答：数据链路层实现总线存取控制的原理和需要满足介质控制的基本要求是

1） 主站（PLC或PC）间的通信必须使每一个总线（节点）在确定的时间范围内能获得足够的时

间来处理它自己的通信任务。

2） 复杂的PLC或PC与简单的分散的过程I/O设备（从站）间的数据交换必须快速简单。 2、 CAN报文由由哪些帧组成？构成一帧的基本元素是哪些? 答：（1）CAN报文由数据帧、远程帧、出错帧和超载帧组成。

（2）构成一帧的结构由帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列均借助位填充规则进行编码,当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个补码位。

3、 SIMATIC S7系统采用哪些方式实现对DP网络的诊断功能？

答：SIMATIC S7系统采用四种：（1）LED故障诊断；（2）STEP7在线功能诊断；（3）利用用户程序诊断；（4）ROFIBUS监视器诊断。

4、 在使用WinCC设计监控软件过程中，需要对PLC的硬件和工业PC信息组态，结合S7 PLC,请

描述PC信息组态的过程，并给出组态过程中需要添加的文件？ 答：

5、 结合S7-300 PLC描述程序扫描工作过程和特点，并计算扩展后最大的I/O点数为多少? 答：（1）S7-300系列可编程控制器采用模块化结构，采用扫描方式工作。程序循环执行示意图如图1所示，扫描周期的最大循环时间是一定的，但在执行不同的程序段时，执行时间会不同。

（2）根据CPU的不同，所允许配置的I/O点数不同，但最大可带点数为：

128×8＝1024 四、综合与分析题

采用MPI通信方式，并根据以下要求设计程序。设主站的地址为2，从站的地址为3，当在主站输入开关量324，从站的输出Q0.1接通，输入开关量280，从站的Q0.2关闭。

1、 简述硬件的组态步骤，设计发送和接收寄存器。 2、 写出主站和从站的程序梯形图。 答： 启动程序启动程序将输出过程映像写入模块中PIQ循环时间从模块中读入输入，并刷新输入过程映像中的数据PPHII 用户程序CPU(OS)执行用户程序(0B1及其所调用的所有块)图1 在一个扫描周期过程映象刷新操作过程 复习题4

1. 什么是现场总线？国际电工委员会IEC61158对现场总线的定义是什么？

1现场总线原本是指现场设备之间公用的信号传输线，后又逐渐被定义为应用在生答：○

产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信技术。

2国际电工委员会IEC61158对现场总线（field bus）的定义是：安装在制造或过程区○

域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。

2. 简述现场总线的分类及其应用领域。 1全传感器网络 答：现场总线可分为三类：○

2功能数字网络 ○

3数字信号串行线 ○

现场总线是应用在生产现场、在微型计算机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用背景。 3. 简述现场总线的协议组成结构及其工作原理。

1现场总线网络结构按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互联OSI（Open 答：○

System Interconnection）参考模型建立的。OSI参考模型共分7层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表达层和应用层。

2工作原理：它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，连接成 ○

可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。 4. 介绍CAN总线位的数值表示，并说明任意两点间的最大距离。 1 答: ○

U VCAN-H Vdiff Vdiff VCAN-L 隐性位 显性位 隐性位 时间t 图 1 总线位的数值表示

12

2 ○

位速率bps 1M 最大距离 40m 500K 250K 125K 100K 50K 20K 10K 5K 130m 270m 530m 620m 1.3km 3.3km 6.7km 10km 表 1 CAN总线系统任意两节点之间的最大距离

5. 简述数据链路层的几个特征。 答：七个基本特征： （1）报文（Messages）

（2）信息路由（Information Routing） （3）优先权（Priorities）

（4）远程数据请求（Remote Data Request） （5）仲裁（Arbitration） （6）安全（Safety）

错误检测（Error Detect）措施：

- 监视（发送器对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较） - 循环冗余检查 - 位填充 - 报文格式检查

（7）应答（Acknowledgment） 6. 详述报文的帧结构。

答：在报文传输时，不同的帧具有不同的传输结构，下面将分别介绍四种传输帧的结构，只有严格按照该结构进行帧的传输，才能被节点正确接收和发送。

1数据帧由七种不同的位域(Bit Field)组成：帧起始(Start of )、仲裁域(Arbitration ○

Field)、控制域(Control Field)、数据域(DataField)、CRC域(CRC Field)、应答域(ACK Field)和帧结尾(End of )。数据域的长度可以为0～8个字节。

1)帧起始(SOF)：帧起始(SOF)标志着数据帧和远程帧的起始，仅由一个“显性”位组成。在CAN的同步规则中，当总线空闲时(处于隐性状态)，才允许站点开始发送(信号)。所有的站点必须同步于首先开始发送报文的站点的帧起始前沿(该方式称为“硬同步”)。 2)仲裁域：仲裁域由标识符和RTR位组成，标准帧格式与扩展帧格式的仲裁域格式不同。标准格式里，仲裁域由1l位标识符和RTR位组成。标识符位有ID28～IDl8。扩展帧

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格式里，仲裁域包括29位标识符、SRR位、IDE(Identifier Extension，标志符扩展)位、RTR位。其标识符有ID28～IDO。为了区别标准帧格式和扩展帧格式，CANl．0～1．2版本协议的保留位r1现表示为IDE位。IDE位为显性，表示数据帧为标准格式；IDE位为隐性，表示数据帧为扩展帧格式。在扩展帧中，替代远程请求(Substitute Remote Request，SRR)位为隐性。仲裁域传输顺序为从最高位到最低位，其中最高7位不能全为零。RTR的全称为“远程发送请求(Remote TransmissionRequest)”。RTR位在数据帧里必须为“显性”，而在远程帧里必须为“隐性”。它是区别数据帧和远程帧的标志。 3)控制域：控制域由6位组成，包括2个保留位(r0、r1同于CAN总线协议扩展)及4位数据长度码，允许的数据长度值为0～8字节。

4)数据域：发送缓冲区中的数据按照长度代码指示长度发送。对于接收的数据，同样如此。它可为0～8字节，每个字节包含8位，首先发送的是MSB(最高位)。

5)CRC校验码域：它由CRC域(15位)及CRC边界符(一个隐性位)组成。CRC计算中，被除的多项式包括帧的起始域、仲裁域、控制域、数据域及15位为0的解除填充的位流给定。发送时，CRC序列的最高有效位被首先发送／接收。之所以选用这种帧校验方式，是由于这种CRC校验码对于少于127位的帧是最佳的。

6)应答域：应答域由发送方发出的两个(应答间隙及应答界定)隐性位组成，所有接收到正确的CRC序列的节点将在发送节点的应答间隙上将发送的这一隐性位改写为显性位。因此，发送节点将一直监视总线信号已确认网络中至少一个节点正确地接收到所发信息。应答界定符是应答域中第二个隐性位，由此可见，应答间隙两边有两个隐性位：CRC域和应答界定位。

7)帧结束域：每一个数据帧或远程帧均由一串七个隐性位的帧结束域结尾。这样，接收节点可以正确检测到一个帧的传输结束。

（2）错误帧错误帧由两个不同的域组成：第一个域是来自控制器的错误标志；第二个域为错误分界符。

1)错误标志：有两种形式的错误标志。

①激活(Active)错误标志。它由6个连续显性位组成。 ②认可(Passive)错误标志。它由6个连续隐性位组成。 它可由其他CAN总线协议控制器的显性位改写。

2)错误界定：错误界定符由8个隐性位组成。传送了错误标志以后，每一站就发送一个隐性位，并一直监视总线直到检测出1个隐性位为止，然后就开始发送其余7个隐性位。

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(3) 远程帧 远程帧也有标准格式和扩展格式，而且都由6个不同的位域组成：帧起始、仲裁域、控制域、CRC域、应答域、帧结尾。与数据帧相比，远程帧的RTR位为隐性，没有数据域，数据长度编码域可以是0～8个字节的任何值，这个值是远程帧请求发送的数据帧的数据域长度。当具有相同仲裁域的数据帧和远程帧同时发送时，由于数据帧的RTR位为显性，所以数据帧获得优先。发送远程帧的节点可以直接接收数据。

(4) 过载帧 过载帧由两个区域组成：过载标识域及过载界定符域。下述三种状态将导致过载帧发送：

1)接收方在接收一帧之前需要过多的时间处理当前的数据(接收尚未准备好)； 2)在帧空隙域检测到显性位信号；

3)如果CAN节点在错误界定符或过载界定符的第8位采样到一个显性位节点会发送一个过载帧。

7. 设计一个独立CAN控制器电路，并设计相应的接口软件。 答：1.CAN总线接口电路

SJA1000 在电路中是一个总线接口芯片，通过它实现上位机与现场微处理器之间的数据通信。该电路的主要功能是通过CAN总线接收来自上位机的数据进行分析组态然后下传给下位机的控制电路实现控制功能，当CAN总线接口接收到下位机的上传数据，SJA1000就产生一个中断，引发微处理器产生中断，通过中断处理程序接收每一帧信息并通过CAN总线上传给上位机进行分析。AT89C51是CAN总线接口电路的核心，其承担CAN控制器的初始化、CAN的收发控制等任务。 CAN总线接口框图见图：

2.CAN总线接口软件：

CAN 接口通信软件分为3部分：CAN初始化、数据发送、数据接收。 1CAN控制器SJA1000的初始化程序： ○

设SJA1000的首地址是8000H；

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CR EQU 8000H；控制寄存器 CMR EQU 8001H；命令寄存器 SR EQU 8002H；状态寄存器 IR EQU 8003H； 中断寄存器 ACR EQU 8004H；验收码寄存器 AMR EQU 8005H；验收屏蔽寄存器 BTR0 EQU 8006H；总线定时寄存器0 BTR1 EQU 8007H；总线定时寄存器1 OCR EQU 8008H；输出控制寄存器 DI

LDB CL, #03H

STB CL, CR；开放接收中断，复位请求位置1，开始初始化LDB CL, #01H

STB CL, ACR；将节点1标识符送给ACR LDB CL, #0FFH STB CL, AMR；验收滤波 LDB CL, #00H

STB CL, BTR0；波特率为250kbps LDB CL, #14H

STB CL, BTR1；定义位周期宽度，采样点位置及采样次数 LDB CL, #0AAH STB CL, 0CH LDB CL, #1AH

STB CL, CR；复位请求位置0，初始化结束

16

EI

2.数据发送、数据接收中断程序流程图 ○

图3接收数据的中断服务程序流程图 图4 发送数据中断服务程序流程图

8. 自己设计一个CAN总线的应用案例，详细叙述设计方案，并完成电路设计和部分软件设

计。 答：

本设计结合宾馆、酒店的客房控制和管理实例，简单设计了基于CAN总线的客房通信控制器的方案。

客房控制和管理系统的总体结构下面如图1所示。整个系统包括三层：现场控制层、监控层和管理层。现场控制层主要是宾馆内的各客房控制器或其它控制设备；以一个客房节点为例，每个客房控制器可对客房内部的空调、灯、背景音乐、门铃、报警等各种设备进行控制，还可接收客户的需求信息，并将信息上传给监控层的通信控制器。监控层通信控制器的主要任务是过滤信息量，并将信息上传给管理层，同时接收管理层的控制指令，对记录数据和各节点进行操作。各楼层的中继器则可增加节点的最大数目，扩大通信距离。管理层主要由中央服务器、总台PC、工程部PC、服务中心PC等组成，主要用于信息的综合管理与控制，具有汇总各个节点上传信息、综合决策、数据查询及处理、故障诊断、通信管理等功能。

17

图1 系统总体结构框图

由于现场控制层具有节点多、分布广的特点，其通信系统应具有良好的可靠性、适应性、可扩展性和简单的连接方式，并能满足长距离传输和现场调试方便的需要。因此，现场控制层采用了使用简单灵活、可靠性高、实时性强且成本低的CAN总线。管理层的中央服务器PC、总台PC、服务中心PC等相互之间通过以太网进行通信。而监控层的CAN通信控制器则提供管理层中央服务器PC与现场控制层CAN总线的接口，即把中央服务器PC的数据和命令传送给指定的CAN网络节点，同时将各网络节点的数据传输给中央服务器PC以做进一步处理。

18

复习题5

1、差分码不可能是归零码。答：（ 对 ）

2、双绞线各个线对螺旋排列的主要目的是为了增加抗拉强度。（ 错）

3、令牌访问原理可用于环形网络，构成令牌环形网；也可用于总线网，构成令牌总线网络。（ 对 ）

4、CAN总线数据帧中参与CRC计算的是仲裁场、控制场、数据场，不包括填充位。答：（ 错 ）

5、根据CAN总线2.0B技术规范规定，在同一个CAN总线网络系统中，不允许标准帧与扩展帧同时使用。答：（ 错 ）

6、在CAN总线中，ID.0是首先发送到总线上的报文标识符。（ 错 ）

7、DeviceNet现场总线以CAN总线为底层基础，但只使用其数据帧。

答：（ 错 ）

8、在DeviceNet现场总线中，一个DeviceNet对象有且仅有一个实例，其ID为01。答：（ 对 ）

9、在DeviceNet现场总线中，链接生产者和链接消费者属于连接类。

答：（ 错 ）

10、在ControlNet现场总线中，MAC由7部分组成。答：（ 错 ） 1、CSMA的1-坚持退避算法缺点是介质的利用率较低。

答：（ 错误 ）

2、CAN总线数据帧中参与CRC计算的有帧起始、仲裁场、控制场、数据场，包括填充位。

答：（ 错误 ）

3、CAN总线错误帧中的错误标志叠加区的长度为：6+8=14位。

答：（ 错误 ）

4、CAN总线的所有帧都要以帧间空间与总线上前面所传的帧分隔开。

答：（ 错误 ）

5、在CAN总线中，为了不违反位填充规则，标识符的高7位不能全是隐性位。

答：（ 错误 ）

6、在CAN总线中，位时间由同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2组成。答：（ 正确 ）

7、在DeviceNet现场总线中，一个I/O报文中数据的含义被相应的连接ID隐含。答：（ 正确 ）

8、在DeviceNet现场总线中，一个DeviceNet对象有且仅有一个实例，其ID为01。

答：（ 正确 ）

9、在DeviceNet现场总线中，链接生产者和链接消费者属于连接类。

答：（ 错误 ）

10、与DeviceNet现场总线一样，ControlNet现场总线的MAC帧也是由7个位场组成的。

19

答：（ 错误 ）

1、载波监听多路访问/冲突检测机制和令牌访问控制方式属于两种不同类型的介质访问控制方式。

答：（ 对 ）

2、DeviceNet网络可上可以容纳多达128个节点，每个节点支持的I/O数量没有限制。

答：（ 错 ）

3、在DeviceNet现场总线中，实例ID值0表示类本身。

答：（ 对 ）

4、CAN已成为国际标准ISO11898和IEC62026。

答：（ 错 ）

5、CAN可以分为物理层和数据链路层，其数据链路层又可以分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层。

答：（ 对 ）

6、CAN数据帧中的远程发送请求位即RTR位为隐性。

答：（ 错 ）

20

复习题6

1. 现在各种总线及标准不下二百种，其中 PROFIBUS现场总线 、 FF现场总线 、 LONWORKS总线、 __ WorldFip现场总线、P-NET现场总线_ 等是具有一定影响和己占有一定市场份额的总线。

2．PROFIBUS 协议结构是以开放式系统互联网络 为参考模型，该模型共有七层，PROFIBUS—DP定义了其中的_第一、二层和用户接口____。

3．利用OLM模块进行网络拓朴可分为三种方式_总线型 、_星型 __、冗余环型 _ 。 4．有多种电源模块可以为S7-300 PLC和需要24V直流的传感器/执行器供电,如:PS305电源模块是 直流供电, PS307电源模块是 交流供电。

5．每个数字量模块的地址寄存器自动按__4 个字节分配,不管实际的I/O点数是否与之相同。

6．工厂自动化网络的分层结构为_现场设备层、车间监控层和_工厂管理层__三个层次。 7．OPT只适合连接__1__个无光纤接口的PROFIBUS站点到集成光纤接口的光纤网上,OBT是一个_有源 的网络元件, 在网段里也是一个 站点 。

8．PROFIBUS-DP系统行为有 停止 、 清除 、 运行 三种状态。

9. STEP7块的类型有 组织块 ,功能 , 功能块 , 背景数据块、 共享数据块 以

及系统功能和系统功能块

10. PROFINET支持下列三种通信方式 TCP/IP标准通讯 , 实时（RT）通讯 , 同步实时

（IRT）通讯 。

11. STEP7中的数据类型分为三类 基本数据类型 , 复杂数据类型 和 参数数据类型。 12. PROFIBUS-DP系统可包括 第一类DP主站设备 , 第二类DP主站设备 ,

DP从站设备 三种不同设备

13. PROFIBUS-DP是一种 现场级主从循环 的通信, 用于 自动控制系统 和分散的现场

设备 的通信, 可取代 24V DC 或 4—20mA 信号传输

14. PROFINET由PROFIBUS国际组织推出, 是新一代基于 工业以太网 的自动化总线标准.

PROFINET主要有两种应用方式 CBA 适合模块化分布式的应用; I/O 适合分布式智能站点之间通信的应用

15. 一个S7-300站最多可以有 一个 主机架和 三个 扩展机架

16. RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术, 常称为H2, 采用的电缆是 屏蔽双绞

线

17. RS485 , IEC1158-2 ,和 光纤 是PROFIBUS提供的三种数据传输类型 18. 西门子PLC有三种类型的启动模式 暖启动 , 冷启动 和 热启动

19. FC和FB的临时变量储存在系统的 本地数据堆栈 中, 当FC或FB调用完毕后, 这些变

量空间就会 被释放126 , 因此临时变量仅在FC或FB调用期间有效

20. PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统, 在同一总线上最多可连接 126 个

站点. 单主站系统总线运行阶段, 总线上只有 1 个活动主站, 多主站系统总线运行阶段,总线上有 多 个主站

21、多主系统中，主站必须得到 响应 才能和其从站进行通信。

22、现场总线PROFIBUS通常采用 双绞线 作为传输介质,在电磁干扰很大的环境下,可使

用_光纤_。

23、仅有一个主站和它的从站进行通信的PROFIBUS系统称为 单主系统 。 24、主站发送 输出同步 命令后，所编址的从站输出数据锁定在当前状态下。

25、PROFIBUS－DP采用 可变 速率,从 9.6kbps 到__12Mbps_，PROFIBUS－PA采用__

21

固定__速率，为 32.15kbps 。

26、PROFIBUS－DP采用三级诊断，分别为 本站诊断 、模块诊断 、通道诊断 。

27、PROFIBUS－PA段与PROFIBUS－DP段之间可通过___段耦合器___或_连接器__连接。

PROFIBUS－PA可以通过总线__接口___和数据传送，可在 DP网络中使用 。

22．现场总线PROFIBUS决定数据通信的是( C )。

A．智能从站 B．DP从站 C．主站 D．中继器 23、PROFIBUS-PA总线两端各有一个（ C ）

A、串联的总线终端电阻 B、并联的RC元件

C、无源的总线终端器 D、有源的总线终端器 24、MBP数据传输技术可以用于（ D ） A、PROFIBUS-DP B、PROFIBUS-PA

C、PROFIBUS-FMS D、三种都行 25、S7-300CPU最多可以扩展到（ A ）个模板。 A、8 B、16 C、32 D、64

26、主站发送同步命令后,将所编址的( A )锁定在当前状态下。

A.从站的输出数据 B.从站的输入数据 C.主站的输出数据 D.主站的输入数据

27. 西门子PLC有三种类型的启动模式,但S7 300CPU不具有( B )。

A .暖启动 B.热启动 C.冷启动 D.暖启动、冷启动和热启动 28. PROFIBUS-DP采用（ C ）诊断。

A.一级 B.二级 C.三级 D.四级 29. FB有静态变量存储在（ B ）中。

A.本地数据堆栈 B.背景数据块 C．组织块 D.共享数据块 30. 一个多主系统中,下面哪个说法正确( B )。

A.主站与从站之间采用令牌方式 B.主站之间采用令牌方式 C.主站按降序组成令牌环 D.主站随时可与从站通信 31. RS485 的数据传输采用（ C ）编码。

A. 十进制 B.十六进制 C.NRZ(不归零) D.曼彻斯特 32. 在一条总线上的设备比经过网桥或路由的设备具有( B )实时性。 A．相同的 B.更好的 C. 更差的 D.不能判断 33. 主站发送锁定命令后,将( B )锁定在当前状态下。

A.从站的输出数据 B.从站的输入数据 C.主站的输出数据 D.主站的输入数据 34．利用OLM模块（ D ）网络拓朴结构。

A.只支持总线型 B. 只支持冗余环型 C. 只支持星型 D.三种都支持 35.发送同步命令后,将所编址的( A )锁定在当前在的状态下. A从站的输出数据 B从站的输入数据

C 主站的输出数据 D主站的输入数据 36.一个S7-300在最多可以有一个主机架和( C )扩展机架。

A. 1 B. 2 C. 3 C. 4 37.PROFINET是基于( D )的自动化总线标准。

22

A. MPI B. PROFIBUS-DP C. PROFIBUS-PA D. 工业以太网技术 38.局部符号可以在( C )使用.

A多个用户程序 B所有块 C.对其进行定义的块 D.OBI 39. PROFIBUS－DP总线两端有（ D ）。

A．串联的RC元件 B．并联的RC元件

C．无源的总线终端电阻 D．有源的总线终端电阻 40.每个数字量模块的地址寄存器自动按( D )个字节分配. A1 B.2 C3 D.4 41.背景数据块可以被( D )使用。

A．OB1 B．指定的FB C．指定的FC D．所有块 42.FC和FB的临时变量存储在系统的( C )中。

A．背景数据块 B．组织块 C．本地数据堆栈 D．共享数据块 43．PROFIBUS总线每个段上最多可接多少个站（ B ）。

A．16 B．32 C．126 D．127 44．PROFIBUS-DP用了OSI模型中的( D )。

A．第一、二、七层 B．第二、三、七层

Ｃ．第一、二、六层 Ｄ．第一、二层和用户接口 45．下面哪个说法不对（ B ）。

A．中继器为信号放大器 B．中继器可实现星型总线结构 C．中继器占用总线地址 D．中继器是总线负数 46．一类主站典型的是（ B ）。

A．编程器 B．中央控制器 C．执行器 D．驱动器 47．PROFIBUS-DP总线站地址最大可为（ C ）。

A．16 B．32 C．126 D．64 3．一类主站典型的是（ B ）。

A．编程器 B．中央控制器 C．执行器 D．驱动器

7．PROFIBUS-DP总线最多可接多少个站( D )。 A．16 B．32 C．64 D．126

8．没有信号再生,中继器最多可扩展至（ B A? ）。 A．3 B．4 C．5 D．6

10．主站和从站之间循环通信采用（ C ）通信。 A．广播 B．有选择广播 C．点对点 D．多点 名词解释： 1、 PROFIBUS-DP

profibus-dp是一种高速低成本通讯，用于设备级控制系统与分散式I/O的通讯。使用PROFIBUS-DP可取代4-20MA或24VDC信号传输。

2、系统实时性

所谓系统的实用性是指现场设备之间，在最坏情况下完成一次数据交换，系统所能

23

保证的最小时间。简单的说就是现场设备的通信数据更新速度。

3、现场设备层

主要功能是连接现场设备，如分散式I/O、传感器、驱动器、执行机构、开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制；如一台加工设备控制、一条装配输送线或一条生产线上的现场设备之间的连锁控制。

主站（PLC、PC机或其他控制器）负责总线通信管理及所有从站的通信。总线上所有设备生产工艺控制程序储存在主站中，并由主站执行。

4、PROFINET

由profibus国际组织推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。

5、现场总线

现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表互连的通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。

6、段耦合器

段藕合器是一个信号转换器，它把RS485信号调制成MBP信号平，反之亦然。从总线协议的观点看这些是透明的。

7.连接器

连接器有它自己内在的智能，它把与MBP总线段连接的所有现场设备映象为RS485总线段中的单个从站。当使用连接器时,对RS485总线段中使用的传输速率没有限制,所以使用MBP连接的现场设备也可以实现快速网络。 8、电子设备数据文件(GSD)

GSD是可读的ASCII文本文件，它包含用于通信的通用的和设备专用的规范。每一个登入项描述一个设备支持的特性。借助于关键字，组态工具从GSD读取用于设备组态的设备标识、可调整的参数、相应的数据类型和所允许的界限值。GSD代替以前传统的手册，甚至在组态期间也支持对输入错误和数据一致性的自动检查。 简答题： 1、简述PROFIBUS-DP的同步模式 所有编址的从站输出数据锁定在当前状态下，在后继的用户数据传输期间，从站存储接收到的传输数据，但它的输出状态保持不变，直到接收到下一同步名命令时，所存储的输出数据才被发送到外围设备上。用户可通过非同步命令退出同步模式。 2、简述访问过程映像输入输出(I/O)表与直接访问I/O模块的区别

与直接I / 0 访问相比，过程映像访问的优点是在循环程序执行期间，可为CUP提供一致的过程映像信号。在程序执行过程中，当某个输入模块的信号状态更改时，过程映像中的信号状态将被保持，直到图像在下一个周期中被更新。此外，由于过程映像存储在CUP系统存储区中，其访问速度明显快于对信号模块的直接访问。 3、简述影响系统实时性因素

现场总线数据传输速率高具有更好的实时性 数据传输量小系统具有更好的实时性 从站数目少系统具有更好的实时性

主站数据处理速度快使系统具有更好的实时性

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单机控制I / 0方式，比现场总线方式要有更好的实时性

在一条总线上的设备比经过网桥或路由的设备具有更好的实时性 主站应用程序大小、计算复杂程度也影响系统响应时间 4、简述行规定义的作用

是由制造商和用户制定的有关设备和系统的特征、功能特性和行为的规范。行规规范定义了属于某个行规族的设备和系统的参数和行为特性，由于“行规一致性”的开发，使总线上设备的可互操作性变得容易和可互换性成为可能。行规考虑了现场设备、控制和集成方法（工程）的应用和专用类型特殊性能。术语行规包括少数特殊设备类型的规范和用于特定工业应用的广泛的规范。所有行规的通用术语是应用行规。 5、简述功能FC和功能块FB的区别

FC和FB都是由用户自己编写的程序模块，可以被其他程序调用。与其他编程语言中的函数相似，FC/FB也带有参数。FC与FB的根本区别在于，FC不具备自己的储存区，而FB拥有自己的储存区——背景DB，在调用任何一个FB时，都必须制定一个背景DB。 6、简述STEP7中全局符号的区别

全局符号是在用户程序范围内有效地符号，局部符号是仅仅作用在一个块内部

的符号。全局符号的定义位置是符号表，局部符号的定义位置是程序块的变量声 明区。两者在使用字符和使用对象上也有所区别。 7、用PROFIBUS构成自动化控制系统时应考虑哪些问题

项目是否适于使用现场总线技术 系统实时性要求 有无应用先例

采用什么样的系统结构配置

如何与车间自动化系统或全厂自动化系统的连接

8、 阐述基于现场总线的自动化系统的主要优点。

一对N结构

增强了现场级信息集成能力

开放式、互操作性、互换性、可集成性 系统可靠性高、可维护性好 降低了系统及工程成本

9、传统的现场级与车间级控制系统和基于现场总线的现场级与车间级控制系统有什么不同,并画图说明

传统的现场级与车间级控制系统主要特点之一是，现场层设备与控制器之间的连接是一对一的（一个I/O点对设备的一个测控点）所谓I/O接线方式，信号传递4-20mA（传送模拟量信息）或24VDC（传送开关量信息）信号。系统主要缺点：信息集成能力不强，系统不开放、可集成性差、专业性不强，可靠性不易保证，可维护性不高。具体解释看下面： （1）信息集成能力不强： 控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4-20mA模拟量信号或24VDC等开关量信号并以此监控现场设备。这样，控制器获取信息量有限，大量的数据如设备参数、故障及故障纪录等数据很难得到。底层数据不全、信息集成能力不强，不能完全满足CIMS系统对底层数据的要求。

（2）系统不开放、可集成性差、专业性不强：除现场设备均靠标准4-20mA/24VDC连接，系统其它软、硬件通常只能使用一家产品。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差。这种系统很少留出接口，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，面向行业的监控系统很少。

（3）可靠性不易保证：对于大范围的分布式系统，大量的I/O电缆及敷设施工，不仅

25

增加成本，也增加了系统的不可靠性。

（4）可维护性不高：由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能不强。另一方面也很难完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。

基于现场总线的控制系统使用一根通信电缆，将所有具有统一的通信协议通信接口的现场设备（智能化、带有通信接口）连接，这样，在设备层传递的不再是I/O（4-20mA/24VDC）信号,而是基于现场总线的数字化通信，由数字化通信网络构成现场级与车间级自动化监控及信息集成系统。增强了现场级信息集成能力，系统为开放式，具有互操作性、互换性、可集成性。系统可靠性高、可维持性好，降低了系统及工程成本。具体解释看下面： （1）增强了现场级信息集成能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4-20mA信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。

（2）开放式、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控系统。

（3）系统可靠性高、可维护性好基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素。同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。

（4）降低了系统及工程成本对大范围、大规模I/O的分布式系统来说，省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。

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综合题： 1、 现有一个作为主站的PLC、一个分散式I/O、若干个传统设备和若干个智能设备， 请完成一个PROFIBUS-DP系统，并设监控站（非二类主站）。

该系统的方案是 以PLC或控制器做一类主站，监控站通过串口与PLC一对一的连接。这种结构类型，监控站不在PROFIBUS网上，不是二类主站，不能直接读取从站数据和完成远程参数化工作。监控站所需的从站数据只能从PLC或控制器中读取。如图3-6所示。

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图3-6: 结构类型2

2．请比较下图设备的实时性

（1） 1与2之间的配合比3与4之间的配合具有 较差 实时性。 （2） 3与5之间的配合比3与4之间的配合具有 相同 实时性。 （3） 3或4与5之间的实时性是____ 5>3=4_____。

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复习题7

一、 单选题

1.若两台主机在同一子网中，则两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相“与”的结果一定（ ）C

A． 为全0 B ．为全1 C ．相同 D ．不同

2. 采用海明码纠正一位差错，若信息位为7位，则冗余位至少应为（ ）C A． 5位 B ．3位 C ．4位 D． 2位

3. 采用曼彻斯特编码的数字信道，其数据传输速率为波特率的（ ）C A ．2倍 B ．4倍 C ．1/2倍 D． 1倍 4. 一个快速以太网交换机的端口速率为100Mbit/s，若该端口可以支持全双工传输数据，那么该端口实际的传输带宽为（ ）C

A．100Mbit/s B． 150Mbit/s C．200Mbit/s D．1000Mbit/s 5.在常用的传输介质中，（ ）的带宽最宽，信号传输衰减最小，抗干扰能力最强。C A．双绞线

B．同轴电缆 C．光纤 D．微波

6．集线器和路由器分别运行于OSI模型的（ ）D A．数据链路层和物理层 C．传输层和数据链路层

B．网络层和传输层 D．物理层和网络层

7. 在 TCP/IP 参考模型中TCP协议工作在（ ）B A．应用层 B．传输层 C．互连层 D．主机-网络层

8．在不同的网络之间实现分组的存贮和转发，并在网络层提供协议转换的网络互连器称为（ ）。B

A．转接器 B．路由器 C．网桥 D．中继器

9. 下面描述的内容属于配置管理的是（ ）。A A．监控网络和系统的配置信息 B．测量所有重要网络资源的利用率

C．收集网络管理员指定的性能变量数据 D．防止非授权用户访问机密信息

10. 路由器是____________的设备 C

A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．传输层

11. 路由器是一种常用的网络互连设备，它工作在OSI／RM的（1） 上，在网络中它能够根据网络通信的情况（2） ，并识别（3） ,相互分离的网络经路由器互连后（4） 。 (1)C (2)A (3)B (4)D

(1)：A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．传输层 (2)：A．动态选择路由 B．控制数据流量

C．调节数据传输率 D．改变路由结构

(3)： A．MAC地址 B．网络地址

C．MAC地址和网络地址 D．MAC地址和网络地址的共同逻辑地址

4)：A．形成了一个更大的物理网络 B．仍然还是原来的网络

C．形成了一个逻辑上单一的网络 D．成为若干个互连的子网

12. 相对于ISO／OSI的7层参考模型的低4层，TCP／IP协议集内对应的层次有 （1） ，

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它的传输层协议TCP提供 （2） 数据流传送，UDP提供（3）数据流传送，它的互联网层协议IP提供（4）分组传输服务；IEEE802参考模型仿照了ISO的OSI／RM，它的（5）对应于OSI／RM的数据链路层，两者的物理层相互对应。(1)B (2)C (3)A (4)D (5)B

(1)： A．传输层、互联网层、网络接口层和物理层 B．传输层、互联网层、网络接口层 C．传输层、互联网层、ATM层和物理层 D．传输层、网络层，数据链路层和物理层

(2)： A．面向连接的，不可靠的 B．无连接的、不可靠的 C．面向连接的、可靠的 D．无连接的、可靠的 (3)： A．无连接的 B．面向连接的

C．无连接的、可靠的 D．面向连接的、不可靠的 (4)： A．面向连接的、保证服务质量的 B．无连接的、保证服务质量的 C．面向连接的、不保证服务质量的 D．无连接的，不保证服务质量的 (5)： A．AAL和ATM B．LLC和MAC C．CS和SAR D．TC和PMD 二、 填空题

1. 在OSI参考模型中，服务原语划分为四种类型，分别为请求（Request），指示

（Indication），____________和____________。响应（Response） 、确认（Confirm） 2. 局域网常用的拓外结构有总线、星形和____________三种。著名的以太网（Ethernet）就是采用其中的____________结构。环型、 总线 3. 由于帧中继可以不用网络层而使用链路层来实现复用和转接，所以帧中继通信节点的层

次结构中只有____________和____________。物理层、 链路层 4. ISO建议网络管理应包含以下基本功能：故障管理，计费管理，配置管理，____________

和____________。性能管理、安全管理 5. 按交换方式来分类，可以分为电路交换，____________和____________三种。报文交换、

分组交换 6. 计算机网络按作用范围（距离）可分为________、________和________；局域网LAN、城域网MAN、广域网WAN

7. 开放系统互连参考模型OSI中，共分七个层次，其中最下面的三个层次从下到上分别是__________________、____________________、____________________。 物理层 、数据链路层、网络层

8. 常用的通信介质主要有 、 和 。 双绞线、同轴电缆、光缆

9. 本质安全技术是指保证电气设备在 、 环境下安全使用的一种技术。它的基本思路是限制在上述危险场所中工作的电气设备中的 ，使得在任何故障的状态下所产生的电火花都不足以引爆危险场所中的 、 。易燃、易爆、能量、易燃、易爆物质

10. PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: 、 和 。 PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。

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11. PROFIBUS-DP协议是为自动化制造工厂中分散的I/0设备和现场设备所需要的高速数据通信而设计的。PROFIBUS-PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案。PROFIBUS-FMS的设计旨在解决车间一级的通信。

12. PROFIBUS主站具有总线存取控制权，从站没有总线存取控制权。 13. DP主站与DP从站间的通信基于主-从原理，一个报文循环由DP主站发出的请求帧 (轮询报文)和由DP从站返回的有关应答或响应帧组成。

14. PROFIBUS采用混合的总线存取控制机制，即在主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。

15. DP主站（1类）循环地与DP从站交换用户数据：PLC、PC或可以做1类主站使用的控制器。

2类DP主站是操作元工作站、编程装置，诊断和管理设备，完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。

DP从站：PLC、分散式I/O、驱动器、传感器、执行机构等现场设备。

16. PROFIBUS-DP系统配置的描述包括:站点数目、站点地址和输入输出数据的格式，诊断信息的格式以及所使用的总体参数。

17. PROFIBUS-DP诊断信息分为3类:本站诊断操作、模块诊断操作、通道诊断操作。 18. PROFIBUS-DP主要有以下3种运行模式:运行、清除、停止。

19. 按照设备的通信能力，基金会现场总线把通信设备分为三类:链路主设备、基本设备和网桥。

20.FF总线由低速(FF-H1)和高速(FF-HSE)两部分组成。

21.FF现场总线的拓扑结构较灵活，通常包括点到点型、带分支的总线型、菊花链型和树型。 22.FF现场总线网络上的两个设备之间最多不能超过4个中继器。

23.网桥把数据从一个网络传送到另一个网络，使得处于两个不同网络的设备可以互相通话。

24.LonTalk通信协议支持OSI的所有七层模型，是直接面向对象的网络协议，这也是一般现场总线所不具备的特点。

25.LonTalk协议提供了应答方式、请求／响应方式、非应答重发方式和非应答方式四种类型的报文服务。

26. LonWorks拥有三个处理单元的神经元芯片：一个用于链路层的控制，一个用于网络层的控制，另一个用于用户的应用程序。 三、 名词解释

1. 总线仲裁：总线在传送信息的操作过程中有可能会发生“冲突”(contention)。为解决这种冲突，就需进行总线占有权的“仲裁”（arbitration)。总线仲裁是用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。 2. 多路复用：在数据通信或计算机网络系统中，传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一

信号的需求，为了有效地利用通信线路，可以利用一条信道传输多路信号，这种方法称为信道的多路利用，简称多路复用。 3. 带宽：带宽通常指通过给定线路发送的数据量，从技术角度看，带宽是通信信道的宽度

（或传输信道的最高频率与最低频率之差），单位是赫兹。

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4. 网络协议：就是为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协

议总是指某一层的协议，准确地说，它是对同等层实体之间的通信制定的有关通信规则和约定的集合。 5. 网桥：网桥是存储转发设备，用来连接同一类型的局域网。网桥将数据帧送到数据链路

层进行差错校验，再送到物理层，通过物理传输介质送到另一个子网或网段。它具有寻址与路径选择的功能，在接收到帧之后，要决定正确的路径将帧送到相应的目的站点。 6. 组态configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。也就是通过对软件采用非编程的操作方式，进行参数填写、图形连接和文件生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指定的功能。 7. 本质安全技术是指保证电气设备在易燃、易爆环境下安全使用的一种技术。它的基本思

路是限制在上述危险场所中工作的电气设备中的能量，使得在任何故障的状态下所产生的电火花都不足以引爆危险场所中的易燃、易爆物质。

四、 简答题

1. 中继器与放大器的区别。

中继器不同于放大器，放大器从输入端读入旧信号，然后输出一个形状相同、放大的新信号。放大器的特点是实时实形地放大信号，它包括输入信号的所有失真，而且把失真也放大了。也就是说，放大器不能分辨需要的信号和噪声，它将输入的所有信号都进行放大。而中继器则不同，它并不是放大信号，而是重新生成它。当接收到一个微弱或损坏的信号时，它将按照信号的原始长度一位一位地复制信号。因而，中继器是一个再生器，而不是一个放大器。 2. 网桥与中继器的区别。

网桥与中继器的区别在于:网桥具有使不同网段之间的通信相互隔离的逻辑，或者说网桥是一种聪明的中继器。它只对包含预期接收者网段的信号包进行中继。这样，网桥起到了过滤信号包的作用，利用它可以控制网络拥塞，同时隔离出现了问题的链路。但网桥在任何情况下都不修改包的结构或包的内容，因此只可以将网桥应用在使用相同协议的网段之间。

4. 简述链路活动调度器的五种基本功能。

按照基金会现场总线的规范要求，链路活动调度器应具有以下五种基本功能: ① 向设备发送强制数据CD。 ② 向设备发送传递令牌PT，使设备得到发送非周期数据的权力，为它们提供发送非周期数据的机会 ③ 为新入网的设备探测末被采用过的地址。当为新设备找好地址后，把它们加入到活动表中。 ④ 定期对总线发布数据链路时间和调度时间。 ⑤ 监视设备对传递令牌PT的响应，当设备既不能随着PT顺序进入使用，也不能将令牌返回时，就从活动表中去掉这些设备。

五、 计算题

1. 某公司采用一条租用专线（Leased line）与在外地的分公司相连，使用的Modem的数据传输率为2400bps，现有数据12×106字节，若以异步方式传送，不加校验位，1位停止

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位，则最少需要多少时间（以秒为单位）才能传输完毕？（设数据信号在线路上的传播延迟时间忽略不计）。

解：以异步方式传输一个字节数据，需加1位起始位，一位停止位，实际需传送10位。 12×106×10/2400=5.3（秒） 即最少需5.3秒才能传输完毕。

2. 用速率为2400bps的调制解调器（无校验位，一位停止位），30秒内最多能传输多少个汉字（一个汉字为两个字节）。

（1）30秒传输位数 （2）每个汉字传输位数 （3）30秒传输的汉字数 解：（1）30秒传输位数：2400×30=72000位

（2）每个汉字传输位数：（8＋1＋l）×2=20位 （3）30秒传输的汉字数：72000÷20=3600个

3.如图所示网络，假设在接口板处设置一个12V的电源，而且在网络中全部使用B型电缆。在10m的分支线处，有一个现场设备FD5采用单独供电方式，网桥为单独供电方式，并不消耗任何网络电流。请计算FD1、FD3和阀门处得到的电压。

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复习题8

1、常用的网络互连设备有哪些?它们的主要作用是什么?

1)中继器：即重发器，作用为物理层之间的简单连接。用于连接两个相同的网络，负责在两个节点的物理层上传递信息，完成对信号的复制、调整和放大等功能。

2)网桥：存储转发设备，用于连接不同体系的局域网。它将数据帧送到数据链路层进行差错校验，再送到物理层，通过物理传输介质送到另一个子网或网段。（转发数据帧），支持不同的物理层，要求互连的两个网络在数据链路层以上采用相同或兼容的协议。

3)路由器：在网络层上实现多个网络互连，可以互连物理层、数据链路层不同的网络。对分组信息进行存储转发，在它所包含的地址之间，可能存在若干路径，路由器可以为某次特定的传输选择一条最佳的路径（转发报文分组）。在连接异构网时，完成网络协议转换。常用于多个局域网之间，局域网与广域网之间，以及异构网络之间的互连。

4)网关：即网间协议交换器，用于实现不同通信协议的网络之间、包括使用不同网络操作系统的网络之间的互联。

2、 什么是非归零码编码和曼彻斯特编码?它们各有什么特点?

答：非归零码：逻辑1表示高电平，逻辑0表示低电平，在整个码元期间都维持有效电平的编码。优点：能够比较有效地利用信道的带宽，这是最常用的编码之一。缺点：存在直流分量，不具备自同步机制，必须使用外同步。

曼彻斯特编码：在每个码元的中间都要发生跳变。接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。是工业数据通信中最常用的一种基带信号编码。优点：不需要外同步信号，不存在直流分量。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。

3、令牌总线介质访问方式的实质是什么?

答：令牌总线介质访问方式是在物理总线上建立一个逻辑环。从物理上看，这是一种总线结构的局域网，总线共享的传输介质是总线。从逻辑上看，这是一种环形结构的局域网，连接在总线上的各个站点组成一个逻辑环，每个站点被赋予一个顺序的逻辑位置。在这个逻辑环中，令牌依次传递，站点只有取得令牌才能发送帧。

4、在PRORBUS网络中，主要包括哪几种设备?

答：第一类主站（Class1 Master）：它是DP网络中的主角，起着和从站交换数据并控制整个网络的作用。它可以是PLC、IPC等。

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第二类主站（Class2 Master）：它负责对第一类主站和从站进行组态，对网络进行诊断等，它一般是装有通信卡和工程软件的上位机。

从站(Slaves)：从站是更接近于底层现场的设备，它们负责执行主站的输出命令，并向主站提供从现场传感器采集到的输入信号或其他输入信号。它们可以是远程I/O、小型PLC、驱动器和阀等。

5、什么是工业网络？工业网络由哪些主要部分组成的？

答：工业网络是在一个企业范围内将信号检测、数据传输、处理、存储、计算、控制等设备或系统连接在一起，以实现企业内部的资源共享、信息管理、过程控制、经营决策，并能访问企业外部资源和提供有限的外部访问，使得企业的生产、管理和经营能够高效率地协调动作，从而实行企业集成管理和控制的一种网络环境。

按网络连接结构工业网络由底层控制网（infranet，Infrastructure Internet）、企业内部网（intranet，Internal Internet）、外部互联网（internet）组成。

按网络功能工业网络由企业资源规划层ERP（Enterprise Resource Planning）、制造执行层MES（Manufacturing Execution System）、现场控制层FCS（Fieldbus Control System）组成。

6、 什么是数据通信系统?什么是工业数据通信？

答：完成把信息从一个地方传送到另一个地方任务的系统就是数据通信系统。工业数据通信就是把数据通信系统应用于工业自动控制系统中。

7、现场总线在工业网络中处于什么位置？它的主要作用是什么？

答：现场总线属于工业网络中控制网络的范畴，在工业网络中处于底层的位置，是构成整个工业网络的基础。 主要作用：

1) 进行过程数据采集

即对被控设备中的每个过程量和状态信息进行实时采集，获得所有设备监测、过程控制、状态检测的现场信息。 2) 进行直接的数字控制

根据控制模式、控制算法实施连锁控制、顺序控制和批量控制。 3) 进行设备和系统的监测和诊断

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根据过程变量和状态信息，分析并确定是否对被控装置实施调节，同时判断计算机和控制板 8、信息、数据、信号三者之间的关系是什么?

答：信息总是与一定的形式相联系，这种形式可以是语言、图像、文字等，信息是人们要通过通信系统传递的内容。数据是任何描述物体概念、情况、形势的事实、数字、字母和符号。也可以说数据是传递（携带）信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释。信号是数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播。

9、PROFINET IO主要的使用场合是什么?PROFINET CBA的内涵是什么?试分析这两者的主要区别。

答：PROFINET IO相当于PROFIBUS-DP；只不过把过去设备上的PRORBUS-DP接口更换成PROFINET接口就行了。带PROFINET接口的智能化设备可以直接连接到网络中,而简单的设备和传感器可以集中连接到远程I/O模块上,通过I/O模块连接到网络中。

PROFINET基于组件的自动化CBA（Component-Based Automation）技术是一种实现分布式（Distributed）装置、机器模块、局部总线等设备级智能模块自动化应用的概念。 10、从现场总线的产生过程，深入体会现场总线技术的实质内涵。

答：现场总线技术的实质是解决了数字信号得兼容性问题，所以它一经出现便展示了强大的生命力和发展潜能。现场总线解决了传统控制系统中存在的许多根本性难题，它基本上奠定了未来计算机控制系统的发展方向，所以现场总线技术给工业自动控制领域带来了革命性的变革。

11、试简述TCP/IP模型和OSI模型的主要区别。

答：TCP/IP的发展比OSI模型要早几年，两者都有相同的设计目标，即为了实现异构计算机网络之间的协同工作。OSI模型和协议一开始就是作为国际标准来设计的，但其过于巨大和复杂，实现起来比较麻烦，实际上其中有些层的设置并不是那么有必要；而TCP/IP不是这样，因为它是美国国防部的一个研究计划，所以TCP/IP并没有预计要成为国际标准，但令人始料不及的是它却成了实际中网络互联事实上的标准，其协议被广泛采用，而专门作为标准而设计的OSI参考型，尽管已经证明对于讨论计算机通信网络是非常有用的(如果不包含会话层和表示层的话)，但其协议却没有怎么使用。实质上TCP/IP也没有什么模型模型， 只是后来人们要把它和OSI模型进行比较，才比照着OSI的相应层的定义建立了TCP/IP参考模型。

由于TCP/IP协议体系要早于OSI模型，所以TCP/IP并没有特意设计成像OSI模型似的分层结构，它也不完全符合OSI的7层模型。从图可以看出，TCP/IP模型只有4层，但最下面的网络接口层实际上不是通常意义上的层，而仅仅是网络层和底层的接口。TCP/IP协议本身并没有数据链路层和物理层，在实际应用时，它借用了其他通信网络上的数据链路层和物理层，TCP/IP协议通过它的网络接口和这些通信网络连接起来。正因为如此，TCP/IP才能

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作为因特网的基础，在多种局域网(如以太网)、多种广播网(如公共数据网)中广泛应用。

12、简要说明DCS、PLC和FCS的特点。 答：（1）DCS

集散控制系统DCS（Total Distributed Control System）是集4C（Communication，Computer，Control，CRT）技术于一身的监控系统。它主要由于大规模的连续过程控制系统中，如石化等。其核心是通信，即数据公路。它的基本要点是： 从上到下的树状大系统，其中通信是关键；

PID在中继站中，中继站连接计算机与现场仪表、控制装置等设备；

整个系统为树状拓扑和并行连线的链路结构，从中继站到现场设备有大量的电缆； 信号系统为模拟信号、A/D、D/A、带微处理器的混合；

设备信号到I/O板一对一物理连接，然后由控制站挂接到局域网LAN； 可以做成很完善的冗余系统；

DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。 （2）PLC

最初PLC是为了取代传统的继电器接触器控制系统而开发的，所以它最适合在以开关量为主的系统中使用。由于计算机技术和通信技术的飞速发展，使得大型PLC的功能极大增强，以至于它后来能完成DCS的功能。另外加上它在价格上的优势，所以在许多过程控制系统中PLC也得到了广泛的应用。大型PLC构成的过程控制系统的要点是： 从上到下的结构，PLC既可以作为独立的DCS，也可以作为DCS的子系统； 实现连续PID控制等各种功能，PID在中继站中；

可用一台PLC为主站，多台同型PLC为从站；也可用多台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。与使用PC机作主站相比，其方便之处是在用户编写程序时，不必知道通信协议，只要按说明书格式编写即可。

13、FF、CAN和LON现场总线的主要在哪些领域得到了较广泛的应用?

答：FF现场总线最根本的特点是针对工业过程自动化而开发的，它在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、危险场合、多变量过程以及总线供电方面都有完善的措施。它采用标准功能块及设备描述语言的设备描述技术，确保不同厂家的产品有很好的互操作性和互换性。 基于以太网技术的HSE主要用于制造业自动化(离散控制)及批处理等场合，满足了控制和仪

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器仪表最终用户对互操作、节约成本、高速现场总线解决方案的要求。

CAN在汽车内部电子系统中得到了广泛的应用，它代表着汽车电子控制网络的主流发展趋势。现在国内开发CAN智能节点产品的应用实例已有很多，在智能家电的网络化控制系统中，CAN也得到了广泛的使用。

LON (Local Operating Networks)总线是美国埃施朗(Echelon)公司于1991年推出的一种基于嵌入式神经元芯片的现场总线技术，它被广泛地应用在楼宇自动化、保安系统、办公设备、工业过程控制、飞机、火车等领域，特别是在楼宇自动化领域，LON的控制网络Lonworks占有绝对优势。

14、OSIRM中的三个核心概念是什么?请对它们作简要解释。

答：1) 协议 不同系统中同一层实体(即对等层实体)进行通信的规则的集合。在协议中规定了协议数据单元(PDU，Protocol Data Unit)的格式，通信双方所要完成的操作，以及给上层提供的服务。

2) 服务 在同一实体中下层实体给上层实体提供的功能称为服务。下层为服务提供者，上层为服务使用者(用户)。用户只看得见下层的服务而看不见下层的协议。在体系结构中，协议是水平方向的，服务是垂直方向的。

3) 服务访问(存取)点 在同一系统中相邻两层之间交换信息的地点称为服务访问(存取)点(SAP，Service Access Point)。它实际上就是下层向上层提供服务的逻辑接口。 4) 服务原语 在同一系统中相邻两层要按服务原语的方式交换信息。这些服务原语的交换地点在SAP。服务原语有请求、指示、响应和证实等4种类型。原语中可以包含对方的地址、所传送的内容、所要求的服务质量等信息。

15、一个PRORBUS控制系统有两个控制室，这两个控制室有各自的接地系统，从而造成这两个控制室之间有很大的电势差，试给出2种解决该问题的方法。

答：一个解决办法就是在产生电势差的设备之间安装一根等电势电缆。该电缆的截面积必须足够克服该电势差（一般为16mm），最好采用多芯电缆。该电缆应尽量靠近PROFIBUS电缆安装，以减少安装空间。另外一种方法可以代替等电势电缆，即在网络电缆的一端的屏蔽层安装一个接地电容。该方法可有效减少高频信号干扰，但对通过屏蔽层的直流电流干扰信号无效。使用光缆传输。

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16、.网络互连是在哪些层次上进行的?它们分别可以完成哪些类型的网络之间的互连? 答：网络互连一般有三种方法，三种方法分别与OSI模型的低三层一一对应。相同的网络可以在物理层(第1层)进行互连；相似的网络可以在数据链路层(第2层)进行互连；相异的网络可以在网络层(第3层)互连。这说明用来连接这些网络的硬件设备也必须工作在相应的层次上。

17、AS-i从站行规定义了设备的哪些特性?

答：行规（profile）是对一种设备的详细而清晰的描述和规定。AS-i的行规不仅对I/O作了规定，而且对数据位和参数位的用途和功能也作了规定。目前被AS-i组织定义的从站行规中：I：输入，O：输出，B：I/O，R：保留，V：新状态。

18、简述现场总线的结构特点和技术特点。

答：现场总线的特点主要体现在两方面：一是在体系结构上成功实现了串行连接，一举克服了并行连接的许多不足。二是在技术上成功解决了开放竞争和设备兼容两大难题，实现了现场设备的高度智能化、互换性和控制系统的分散化。 现场总线的结构特点：

（1）基础性 作为工业通信网络中最底层的现场总线，往下它可以到达现场仪器仪表所处的装置、设备级，往上它可以有效地集成到Ethernet中，它构成了工业企业网络中的最基础的控制和通信环节。正是由于现场总线的出现和应用，才使得工业企业的信息管理、资源管理以及综合自动化真正到达了设备层，使真正的全方位的ERP得以实现。

（2）灵活性 由于使用了高度智能化的现场设备和通信技术，在一条电缆上就能实现所有网络中信号的传递，系统设计完成或施工完成后，想去掉或增加一个或几个现场设备也是轻而易举的事情。

（3）分散性 大部分控制系统的功能可以不依赖控制室的计算机而直接在现场完成，这样就实现了彻底的分散控制。 现场总线的技术特点：

（1）开放性 开放性包括几个方面，一是指系统通信协议和标准的一致性和公开性，这样可保证不同厂家设备之间的互连和替换。二是系统集成的透明性和开放性，用户可自主进行系统设计、集成和重构。三是产品竞争的公开性和公正性，用户可以按照自己的需要，选择

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不同厂家的质量信誉最好，而价格又合适的任何符合系统要求的设备，来组成自己的控制系统。

（2）交互性 交互性指互操作性（interoperability）和互换性（interexchangability），这里也包含几层意思。一是指上层网络与现场设备之间具有相互沟通的能力。二是指设备之间具有相互沟通的能力，即具有互操作性。三是指不同厂家的同类产品可以相互替换，即具有互换性。

（3）自治性 由于将传感测量、信号变换、补偿计算、工程量处理与部分控制功能下放到了现场设备中，因此现在的现场设备具备了高度的智能化，除实现上述基本功能外，它们还能随时诊断设备的运行状态，预测潜在的故障，实现高度的自治性。

（4）适应性 工业现场总线是专为在工业现场使用而设计的，所以具有较强的抗干扰能力和极高的可靠性。在特定条件下，它还可以满足安全防爆的要求。

19、.试说出几种常用的现场总线。

答：IEC61158中的标准：IEC在2000年1月4日公布了这8种现场总线。 Type 1 IEC技术报告（即FF的H1）；

Type 2 ControlNet （美国Rockwell公司支持）； Type 3 PROFIBUS (德国Siemens公司支持)； Type 4 P-net （丹麦Process Data公司支持）

Type 5 FF HSE（High Speed Ethernet） (即原FF的H2，Fisher-Rosemount公司支持)； Type 6 SwiftNet （美国Boeing公司支持）； Type 7 World FIP (法国Alstom公司支持)； Type 8 Interbus (德国Phoenix Contact公司支持）；

在2000年底又对IEC61158作了补充，除了对以上8种现场总线的细节内容作了调整和补充外，最显著的变化就是又增加了2种类型作为IEC61158的标准，它们是： Type 9 FF FMS (美国Fisher-Rosemount公司支持)； Type 10 PROFInet （德国Siemens公司支持）； IEC 62026中的标准：

l第一部分 通用要求（ General requirements）。

第二部分 执行器、传感器接口（ Actuator sensor interface ），即AS-I总线。是最简单

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的总线。是目前最受欢迎的总线之一。 第三部分 DeviceNet。这是基于CAN的总线。

第四部分 LonTalk。LonTalk是LonWorks（Local Operating NetWorks）总线的通信协议。这是一种拥有OSI全部七层协议的总线。这种总线在构成网络时特别方便。

第五部分 智能分散系统（Smart distributed system ），即SDS总线。这也是一种基于CAN的总线。

第六部分 串行多路控制总线（Serial Multiplexed Control Bus），即Seriples或 SMCB总线。

第七部分 InterBus。InterBus是由InterBus-S Club支持的现场总线，这里指的是Interbus中只有一、二层的Sensor级总线——InterBus Sensor Loop。

除了上述的现场总线标准外，还有其他一些非常重要的现场总线。如CAN属于ISO11898标准，其他的比较有实力的控制网络有：Lonworks、工业以太网、HART、蓝牙无线、Modbus、CC-Link、消费电子总线CEBus、光总线等，它们或是属于其他国际标准，或是得到了广泛的应用。

20、行规在PRORBUS协议结构中的作用是什么?行规的种类有哪些?

答：PROFIBUS所进行的数据交换都是通过报文来实现的，而报文中数据单元中的所有数据都是透明的。在现场总线这项最新的自动化技术中，使用行规(Profile)为设备、设备系列或整个系统定义特定的行为特性。换句话说，行规是一种规定或规范，它对每个总线设备或装置的I/O数据、操作以及功能都进行了清晰的描述和准确的规定，用户可以按照行规中的规定来编制自己的程序等。行规又是独立于任何一个制造商的，它只是为用户和制造商提供了某种一类通信设备的规范。因此，PRORBUS允许不同厂商的同类设备进行互操作，而用户根本不用了解这些不同设备的内部区别。在一条现场总线上，只有那些使用了独立于制造商行规的设备和系统才可保证\互操作性\的实现。 PRORBUS的行规分两大类：应用行规和系统行规，应用行规又分为通用应用行规和专用应用行规。

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复习题9

一、单选题

1.若两台主机在同一子网中，则两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相“与”的结果一定（ ）C

A． 为全0 B ．为全1 C ．相同 D ．不同

2. 采用海明码纠正一位差错，若信息位为7位，则冗余位至少应为（ ）C A． 5位 B ．3位 C ．4位 D． 2位

3. 采用曼彻斯特编码的数字信道，其数据传输速率为波特率的（ ）C A ．2倍 B ．4倍 C ．1/2倍 D． 1倍

4. 一个快速以太网交换机的端口速率为100Mbit/s，若该端口可以支持全双工传输数据，那么该端口实际的传输带宽为（ ）C

A．100Mbit/s B． 150Mbit/s C．200Mbit/s D．1000Mbit/s 5.在常用的传输介质中，（ ）的带宽最宽，信号传输衰减最小，抗干扰能力最强。C A．双绞线 B．同轴电缆 C．光纤 D．微波 6．集线器和路由器分别运行于OSI模型的（ ）D

A．数据链路层和物理层 B．网络层和传输层 C．传输层和数据链路层 D．物理层和网络层 7. 在 TCP/IP 参考模型中TCP协议工作在（ ）B

A．应用层 B．传输层 C．互连层 D．主机-网络层

8．在不同的网络之间实现分组的存贮和转发，并在网络层提供协议转换的网络互连器称为（ ）。B

A．转接器 B．路由器 C．网桥 D．中继器 9. 下面描述的内容属于配置管理的是（ ）。A A．监控网络和系统的配置信息 B．测量所有重要网络资源的利用率 C．收集网络管理员指定的性能变量数据 D．防止非授权用户访问机密信息 10. 路由器是____________的设备 C

A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．传输层

11. 路由器是一种常用的网络互连设备，它工作在OSI／RM的（1） 上，在网络中它能够根据网络通信的情况（2） ，并识别（3） ,相互分离的网络经路由器互连后（4） 。 (1)C (2)A (3)B (4)D

(1)：A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．传输层 (2)：A．动态选择路由 B．控制数据流量 C．调节数据传输率 D．改变路由结构 (3)： A．MAC地址 B．网络地址

C．MAC地址和网络地址 D．MAC地址和网络地址的共同逻辑地址 4)：A．形成了一个更大的物理网络 B．仍然还是原来的网络

C．形成了一个逻辑上单一的网络 D．成为若干个互连的子网

12. 相对于ISO／OSI的7层参考模型的低4层，TCP／IP协议集内对应的层次有 （1） ，它的传输层协议TCP提供 （2） 数据流传送，UDP提供（3）数据流传送，它的互联网层协议IP提供（4）分组传输服务；IEEE802参考模型仿照了ISO的OSI／RM，它的（5）对应于OSI／RM的数据链路层，两者的物理层相互对应。(1)B (2)C (3)A (4)D (5)B

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(1)： A．传输层、互联网层、网络接口层和物理层 B．传输层、互联网层、网络接口层 C．传输层、互联网层、ATM层和物理层 D．传输层、网络层，数据链路层和物理层

(2)： A．面向连接的，不可靠的 B．无连接的、不可靠的 C．面向连接的、可靠的 D．无连接的、可靠的 (3)： A．无连接的 B．面向连接的

C．无连接的、可靠的 D．面向连接的、不可靠的 (4)： A．面向连接的、保证服务质量的 B．无连接的、保证服务质量的 C．面向连接的、不保证服务质量的 D．无连接的，不保证服务质量的 (5)： A．AAL和ATM B．LLC和MAC C．CS和SAR D．TC和PMD 二、填空题

在OSI参考模型中，服务原语划分为四种类型，分别为请求（Request），指示（Indication），____________和____________。响应（Response） 、确认（Confirm）

局域网常用的拓外结构有总线、星形和____________三种。著名的以太网（Ethernet）就是采用其中的____________结构。环型、 总线

由于帧中继可以不用网络层而使用链路层来实现复用和转接，所以帧中继通信节点的层次结构中只有____________和____________。物理层、 链路层

ISO建议网络管理应包含以下基本功能：故障管理，计费管理，配置管理，____________和____________。性能管理、安全管理

按交换方式来分类，可以分为电路交换，____________和____________三种。报文交换、分组交换

6. 计算机网络按作用范围（距离）可分为________、________和________；局域网LAN、城域网MAN、广域网WAN

7. 开放系统互连参考模型OSI中，共分七个层次，其中最下面的三个层次从下到上分别是__________________、____________________、____________________。 物理层 、数据链路层、网络层

8. 常用的通信介质主要有 、 和 。 双绞线、同轴电缆、光缆

9. 本质安全技术是指保证电气设备在 、 环境下安全使用的一种技术。它的基本思路是限制在上述危险场所中工作的电气设备中的 ，使得在任何故障的状态下所产生的电火花都不足以引爆危险场所中的 、 。易燃、易爆、能量、易燃、易爆物质

10. PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: 、 和 。 PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。 11. PROFIBUS-DP协议是为自动化制造工厂中分散的I/0设备和现场设备所需要的高速数据通信而设计的。PROFIBUS-PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案。PROFIBUS-FMS的设计旨在解决车间一级的通信。

12. PROFIBUS主站具有总线存取控制权，从站没有总线存取控制权。 13. DP主站与DP从站间的通信基于主-从原理，一个报文循环由DP主站发出的请求帧 (轮询报文)和由DP从站返回的有关应答或响应帧组成。

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14. PROFIBUS采用混合的总线存取控制机制，即在主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。

15. DP主站（1类）循环地与DP从站交换用户数据：PLC、PC或可以做1类主站使用的控制器。

2类DP主站是操作元工作站、编程装置，诊断和管理设备，完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。

DP从站：PLC、分散式I/O、驱动器、传感器、执行机构等现场设备。

16. PROFIBUS-DP系统配置的描述包括:站点数目、站点地址和输入输出数据的格式，诊断信息的格式以及所使用的总体参数。

17. PROFIBUS-DP诊断信息分为3类:本站诊断操作、模块诊断操作、通道诊断操作。 18. PROFIBUS-DP主要有以下3种运行模式:运行、清除、停止。

19. 按照设备的通信能力，基金会现场总线把通信设备分为三类:链路主设备、基本设备和网桥。

20.FF总线由低速(FF-H1)和高速(FF-HSE)两部分组成。 21.FF现场总线的拓扑结构较灵活，通常包括点到点型、带分支的总线型、菊花链型和树型。 22.FF现场总线网络上的两个设备之间最多不能超过4个中继器。 23.网桥把数据从一个网络传送到另一个网络，使得处于两个不同网络的设备可以互相通话。 24.LonTalk通信协议支持OSI的所有七层模型，是直接面向对象的网络协议，这也是一般现场总线所不具备的特点。

25.LonTalk协议提供了应答方式、请求／响应方式、非应答重发方式和非应答方式四种类型的报文服务。

26. LonWorks拥有三个处理单元的神经元芯片：一个用于链路层的控制，一个用于网络层的控制，另一个用于用户的应用程序。

4.简述什么是工业以太网及优点：工业以太网是在以太网技术和TCP/IP技术基础上开发出来的一种工业网络。优点：1、应用范围是目前最为广泛的计算机网络2、价格优廉3、通信速率高4、软、硬件资源丰富5、可持续发展潜力大6、易于与Internet连接（与商用以太网协议兼容，实现一网到底）

5.什么是CSMA：载波侦听多址访问。是局域网介质访问技术之一。CSMA方式是先听后讲。即：一个站点要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其它站点的发送信号。如果介质是空闲的，则可以发送；如果介质是忙的，则等待一定时间间隔后重试。 6.信息网和控制网的区别？

①实时性要求不同 控制网的响应时间在ms级， 信息网的响应时间s级。②环境条件不同 控制网络应具有在高温、潮、振动、腐蚀，特别是电磁干扰等工业环境中长时间、连续、可靠、完整地传输数据的能力，并能抗工业电网的浪涌、跌落和尖峰干扰。在可燃和易暴场合，控制网络还应具有本质安全性能。③网络结构不同 信息网络的结构是网络状的，而大部分控制网络的结构是线状的。④通信方式不同 信息网采用广播方式，控制网采用点对点方式。⑤标准不同 控制网络标准很多，协议多种多样必须解决多家公司产品和系统在同一网络中相互兼容，即互操作的问题。

7.CSMA/CD的工作原理是什么？是在碰撞检测的载波帧听多值访问，是局域网常用的介质访问技术之一。CSMA/CD是先听后讲，边听边讲。先听后讲即一个站要发送信息，首先需要帧听总线，如果介质空闲则可以发送，否则需等待一定间隔后重试。一个站发送帧区间，同时具有检测碰撞的能力。边听边讲是每个工作站发送信息后还要继续帧听线路，判断是否有其他站正与本站同时向线路发送，即碰撞检测。一旦检测到碰撞就立即停止发送，并向总线上

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发送一串阻塞信号。通知总线上各站，碰撞已发生。这样通道容量不致因白白传送的帧而浪费。

8.令牌环网的工作原理：环上每个站点的一个入口和出口分别与环形信道相连。令牌在网络环路上不断传送。发送站(如A)得到令牌后，把通信处理器组织好的数据从A站出口发送，依次通过环上的B、C、D、E站，各个站点收到数据帧后检查目的地址是否相符。若不相符，则转发给下一站；否则，接收数据帧，并改写该帧状态字节，并继续发往下一站，直到该帧回到A站，由A站检查状态字节得知数据是否发送成功，若成功从环上取消该帧，将令牌交给B站，完成一次站点通信。

9.PROFIBUS控制系统的组成：一类主站、二类主站、从站。 PROFIBUS三种通信协议的类型：DP、PA、FMS

PROFIBUS-DP:用于传感器和执行器级的高速数据传输，DP的传输速率可达12Mbit/s，一般构成单主站系统，主站、从站间采用循环数据传输方式工作。

PROFIBUS-PA:具有本质安全特性，实现了IEC 1158-2中规定的通信规程，用于对安全性要求高的场合及由总线供电的站点。该总线是PROFIBUS的过程自动化解决方案。PA最主要是用于扩展。

10.PROFIBUS总线存取协议包括哪两种方式（简述这两种方式）：（1）主站之间采用令牌环传送方式（2）在主站与从站之间采用主从方式。

令牌传递程序保证了每个主站在一个确定的时间框内得到令牌（总线存取权）。令牌是一条特殊的链文，它在所有主站中循环一周的最长时间是预先规定的。在PROFIBUS中令牌只在主站之间通信使用。主从方式允许主站在得到总线存取令牌时与从站通信。每个主站均可向从站发送或索取信息，通过这种方式可实现下列系统配置：存主从系统，存主主系统，混合系统。

11.CAN的同步规则：（1）硬同步 内部位时间从同步段重新开始，强迫由于硬同步引起的沿处于重新开始的位时间的同步段内。在总线空闲时，当存在一个隐位至显位的跳变沿时(即帧起始)，执行一次硬同步。（2）重同步 帧传送过程中，根据跳变沿的位置，增长或缩短位时间，以调整采样点位置，保证正确采样。在消息帧位传送中，每当有从“隐性位”到“显性位”的跳变，并且该跳变落在了同步段之外，就会引起一次重同步。 12.CAN总线的隐形电平和显性电平怎么表示？

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典型的电平值：隐性电平：VCANL=VCANH＝2.5 Vdiff=0 显性电平：VCANL=1.5VCANH=3.5 Vdiff=2

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复习题10

一、填空题（每空1分，共10分）

1.按照地理分布距离和覆盖范围来看，计算机网络可以分为广域网、城域网和 局域网 。 2.光纤分为单模和多模两种类型，其传输原理都是基于光的 全反射 。 3. 工业自动化网络控制系统不单单是一个完成数据传输的通信系统，还是一个借 借助网络完成控制功能的自控系统 。

4.在Profibus中，SFC14用于_数据解包 _，而SFC15用于_数据打包_。

5.基金会现场总线按各部分在物理设备中要完成的功能，分为三大部分，即通信实体、 系统管理内核 和 功能块应用进程 。

6.基金会现场总线的拓扑结构比较灵活，通常包括点到点型、带分支的总线状、 菊花链状 和树状 。

7.对于西门子工业以太网交换机，OSM ITP62-LD中的ITP表示 OSM上有ITP电缆接口 。

二、判断题(每题1分，共10分)

( F )1.CP342-5可以同时作为主站和从站。 ( F )2.Powerlink的工作模式分为开放模式、保护模式和限制模式，3中模式之间可以方便的切换。

( T )3.ISO-on-TCP提供了S5兼容通信协议，通过组态来传输数据和变量长度。

( T )4.CGI是一段运行在Web服务器上的程序，可以是可执行文件，也可以是脚本文件。 ( F )5. 通常安全栅装在安全区，如果装在危险区，一定不要安装在带有防火密封的防火型外壳里。

( T )6.现场总线之所以具有较高的测控性能，一是得益于仪表的智能化，二是得益于设备的通信化。

( F )7. CSMA/CD在发送之前要先侦听线路有无数据在发送，以后在数据发送过程中就不需要判断有无冲突存在了。

( F )8.在对本质安全设备和安全栅进行认证时，不需要对电压、电流、功率这些实体参数做出说明。

( F )9.同轴电缆按阻抗可以分为两种，50欧姆的同轴电缆也成为宽带同轴电缆。

( T )10.EtherNet/IP提供“隐式”和“显式”方式对网络设备中的数据进行访问和控制。

三、选择题（每题2分，共20分）

1.CSMA/CD的通信原理可以归结为四句话，下列哪个选项正确（ C ） A.发前先侦听、边发边检测、空闲即发送、冲突时退避 B.发前先侦听、边发边检测、冲突时退避、空闲即发送 C.发前先侦听、空闲即发送、边发边检测、冲突时退避 D.发前先侦听、冲突时退避、空闲即发送、边发边检测 2. 工业控制自动化主要包括三个层次，下列哪个不是（ B ） A．基础自动化 B.应用自动化 C．管理自动化 D.过程自动化

3.系统测试技术是基金会现场总线的主要技术之一，下列哪个选项不是测试技术（ D ） A.一致性与互可操作性测试技术 B.总线监听分析技术

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C.系统的功能和性能测试技术 D.系统的易用性与友好性测试技术

4.西门子公司的提供了众多的网络服务，下列那种不是( B ) A．标准通信 B.PP/OG通信 C．S7通信 D.S5兼容通信

5.FF数据链路层能够识别三种设备类型，下列那种不是( C ) A.基本设备 B.网桥

C.供电设备 D.链路主设备

6.现场总线电缆分为A、B、C、D等类型，哪一种类型是符合IEC/ISA物理层一致测试的首选电缆（ A ）

A．A型 B. B型 C. C型 D. D型

7. FF的电源类型有三种，下列那种不是( A ) A.134型 B.133型 C.132型 D.131型

8.现场总线控制系统的组态图有三种，以下哪种不是（ D ） A.现场总线型 B.方框圆圈型 C.圆圈方框型 D.混合型

9.在下列选项所列出的工业以太网中，哪一种是对FF-H1的高速网段解决方案，与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构（ B ） A.EPA B.HSE

C.Profinet D.Modbus/TCP

10.功能接收输入并执行其算法以产生输出，它有三种执行方式，以下哪种不是（ C ） A.受调度的执行方式 B.链式执行方式

C.并行执行方式 D.制造商特定的执行方式

四、名词解释（每题3分，共15分） 1.现场总线

答：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统(1.5)的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络(1.5)。

2.本质安全技术

答:本质安全技术是指保证电气设备在易燃、易爆环境下安全使用的一种技术(1)，它的基本思路是限制在上述危险场所中工作的电气设备中的能量(1)，使得在任何故障的状态下所产生的电火花都足以引爆危险场所中的易燃、易爆物质(1)。

3.虚拟现场设备

答：虚拟现场设备是网络中可以看到的网络管理代理(1)，或者说是由FMS看到的网络管理代理(1)，它运用FMS服务，似的NMA可以穿越网络进行访问(1)。

4.功能块联锁 答：一个已经链接的输出参数值和状态一起被传递到接收模块的输入参数，并告知该数值是否用于控制(2)，也可以作为反馈告知输出是否没有移动最终控制单元等(1)。

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5.集散控制系统

答：采用了标准化、模块化和系列化的设计，由过程控制级、控制管理级和生产管理级组成(1)，以通信网络为纽带，对数据进行集中显示，而操作管理和控制相对分散(1)，是一种配置灵活、组态方便、具有高可靠性的控制系统(1)。

五、简答题（每题6分，共36分） 1.请简述现场总线技术的特点

开放性：相关标准的一致性和公开性；系统集成的透明性和开放性；产品竞争的公正性和公开性。(2分) 交互性：上层网络与现场设备之间具有相互沟通的能力；现场设备之间具有相互沟通能力；不同厂家的同类设备可以相互替换。(2分)

自治性：单独的现场设备即具有自动控制的基本功能，可以随时诊断自己的运行状况，实现功能的自治。(1分)

适应性：专为恶劣环境而设计的，对现场环境具有很强的适应性。(1分)

2.请阐述链路活动调度器应具有的基本功能。

(1)向设备发送强制数据CD。调度表内只保存要发送CD的请求，其余功能函数都分散在各调度实体之间。(1.5分)

(2)向设备发送传递令牌PT，使设备得到发送非周期数据的权力。(1.5分)

(3)为新入网的设备探测未被采用过的地址。当为新设备找好地址后，把它们加入到活动表中。(1分)

(4)定期对总线段发布数据链路时间和调度时间。(1分)

(5)监视设备对传递令牌PT的响应，当设备既不能随着PT顺序进入使用，也不能将令牌返还时，就从活动表中去掉这些设备。(1分)

3.Profibus由三部分组成，其技术特点有哪些？ 答对一条给1分，任意答对6条给全分6分。 (1)信号线可用设备电源线。

(2)每条总线区段可连接32个设备，不同区段用中继器连接。 (3)传输速率可在9.6kB/S～12MB/S间选择。 (4)传输介质可以用金属双绞线或光纤。 (5)提供通用的功能模块管理规范。 (6)在一定范围内可实现相互操作。 (7)提供系统通信管理软件。

(8)提供244字节报文格式，提供通信接口的故障安全模式

4.Powerlink基于时间片的分时调度方式怎样工作的？ 管理节点对Powerlink 网络统一调度。所有控制节点在管理节点上登记组态,得到允许后才能发送数据,从根本上避免了数据冲突。(3分)管理节点负责为各个节点之间数据通信分配时间信道,对于实时数据,信道时间较窄,可以精确管理；对于标准以太网数据包,首先拆成小包(长度可以设置,典型值为256 字节)，然后纳入相应信道进行管理,因而数据也是确定性的。(3分)

5.网络管理是FF非常重要的一项功能，它主要负责哪些工作？

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(1)下载虚拟通信关系表VCRL或表中某个单一条目；(2分) (2)对通信栈组态；(1分)

(3)下载链路活动调度表LAS；(1分) (4)运行性能监视；(1分) (5)差错判断监视。(1分)

6.现场总线通信模型有哪些主要特点？

(1)对OSI参考模型进行简化，通常只采用OSI模型的第1层和第2层及最高层应用层。目的简化通信模型结构，缩短通信开销，降低成本及提高实时性能。(1.5分) (2)各种类型现场总线并存，并在各自的应用领域获得良好应用效果。(1.5分) (3)采用相应的补充方法实现被删除的OSI各层功能。(1.5分)

(4)通信数据的信息量较小，因此，相对其他通信网络来说，通信模型相对简单，结构更紧凑，实时性更好，通信速率更快，成本更低。(1.5分)

六、应用题（9分）

某企业想要建设工业以太网，如果利用S5兼容通信中的TCP方式，请选择相应的软硬件为其进行硬件组态。 根据步骤酌情给分

答（只给出了梗概，学生需要阐述）：选择的硬件包括： （1）CPU

（2）CP 343-1 IT/CP 343-1 （3）PC（带网卡） 软件为STEP 7。

步骤：(1)创建项目后，插入相应的硬件； (2)对313C-2DP组态，设置相应的参数；

(3)插入CP343-1，新建以太网，设定其地址和掩码； (4)配置网络参数。

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