《工业控制网络》复习题
一、概念题
1、现场总线：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、模拟数据编码：分别用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态的，称为模拟数据编码。
3、数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态的，称为数字数据编码。
4、单极性码：信号电平是单极性的数字数据编码。
5、双极性编码：信号电平为正、负两种极性的数字数据编码。
6、归零码（RZ）：在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的数字数据编码。
7、非归零码（NRZ）：在整个码元时间内维持有效电平的数字数据编码。
8、差分码：用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”的数字数据编码。
9、基带传输：就是在数字通信的信道上按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制。
10、载波传输：采用数字信号对载波进行调制后实行传输。
11、单工通信：指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。
12、半双工通信：指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。
13、全双工通信：指能同时作双向通信。
14、广播式网络：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。短的消息，即按某种语法组织的分组或包，可以被任何机器发送并被其它所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查它的地址字段。如果是发送给它的，则处理该分组，否则将它丢弃。
15、点到点网络：由一对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。
16、类：一组表示同种系统组件的对象。一个类是一个对象的一种概括。一个类中所有的对象在形式和行为上是相同的，但是它们可以包含不同的属性值。
17、实例：一个对象的一个明确的真实（物理）事件。
18、属性：一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。
19、广播风暴：当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪，这就发生了“广播风暴”。一个数据帧或包被传输到本地网段（由广播域定义）上的每个节点就是广播；由于网络拓扑的设计和连接问题，或其他原因导致广播在网段内大量复制，传播数据帧，导致网络性能下降，甚至网络瘫痪，这就是广播风暴。20、封装：分层协议使用的一种技术，即当前层将头部信息添加到来自上一层的协议数据单元（PDU）。
二、填空题
1、现场总线控制系统硬件包括：通信线、连接在通信线上的设备；软件包括：组态工具软件、组态通信软件、控制器编程软件、用户程序软件、设备接口通信软件、设备功能软件、监控组态软件。
2、在现场总线控制系统中，总线设备主要分为6类：变送器/传感器；执行器；控制器；监控/监视计算机；现场总线网桥/网关；其它现场总线设备，如人机界面、条形码识别器等。
3、现场总线具有数字化、开放性、分散性、互操作性、互换性、现场环境的适应性等特点。
4、模拟数据编码的三种编码方法是：ASK（幅度键控）、FSK（频移键控）、PSK（相移键控）。
5、较为常见的网络拓扑结构有星形、环形、总线形和树形。
6、网络中常用的传输介质有：电话线、同轴电缆、双绞线、光纤、无线与卫星通信。
7、传输介质的特性主要包括：物理特性、传输特性、连通特性、地理范围、抗干扰性、相对价格。
8、按连接距离分类网络可分为局域网、城域网和广域网。
9、服务原语可分为请求、指示、响应、证实4类。
10、ISO OSI开放系统互联参考模型分为7层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
11、TCP/IP参考模型分为4层，即主机至网络层、互联网层、传输层、应用层。
12、标准格式的CAN数据帧，不计填充位，最短为44位，最长为108位。若计填充位，最短为44位，最长为132位。
13、在CAN总线中存在5种不同的错误类型，即：位错误、填充错误、CRC错误、形式错误、应答错误。
14、CAN总线在传输速率为5kbps及其以下时，传输距离可达10Km；传输距离在40m及其以下时，传输速率可达1Mbps。
15、CAN总线报文传送由4种不同类型的帧表示和控制：数据帧、远程帧、错误帧、超载帧。
16、CAN总线数据帧由7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束。
17、PROFIBUS现场总线由3个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。
18、CAN总线错误帧的位长度为14~20。
19、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。
20、PROFIBUS-DP协议是为自动化制造工厂中分散的I/O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。
22、 PROFIBUS主站具有总线存取控制权，从站没有总线存取控制权。
23、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。
24、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。
25、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。
26、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。
27、 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。
28、 PROFIBUS-DP主要有以下3种运行模式：运行、清除、停止。
29、工业以太网链路模块有光链路模块（OLM）和电气链路模块（ELM）。
30、工业以太网采用基于事件驱动机制的用户接口提高实时性。
二、单选题
1、下面哪个国际标准不是关于现场总线的：
A.IEC61158
B.IEC62026
C.ISO11898
D.IEC1158 答案：（D）
2、现场总线是当今3C技术发展的结合点，这里的3C是指：
https://www.doczj.com/doc/2d9991001.html,PUTER、COMMUNICATION、CONTROL
B.CHINA、COMPULSARY、CERTIFICATION
https://www.doczj.com/doc/2d9991001.html,PUTER、COMMUNICATION、CONTENTS
D.CAD、CAPP、CAM
答案：（A）
3、下面哪个现场总线国际标准是关于低压开关设备和控制设备的：
A.IEC61158
B.IEC62026
C.ISO11898
D.IEC1158 答案：（B）
4、在关于“道路交通工具数字信息交换”的国际标准ISO11898和ISO11519中以下列
哪一通信速率区分高速和低速通信控制器局域网？
A. 1Mbps
B. 500Kbps
C. 250 Kbps
D. 125 Kbps 答案：（D）
5、下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？
A. Lonworks
B. HART
C. CC-Link
D. Sensoplex2 答案：（A）
6、双绞线按规则螺旋结构排列的目的是
A. 使各线对之间易于区别
B. 使各线对之间的电磁干扰最小
C. 使各线对的韧性更强
D. 以上皆不是答案：（B）
7、 SJA1000是：
A. CAN控制器接口芯片
B. CAN控制器驱动芯片
C. 在片CAN控制器芯片
D. 独立CAN控制器芯片答案：（D）
8、标准格式的CAN数据帧，不计填充位，
A. 最短为41位，最长为105位
B. 最短为42位，最长为106位
C. 最短为44位，最长为108位
D. 最短为47位，最长为111位答案：（C）
9、标准格式的CAN数据帧，若计填充位，
A. 最短为42位，最长为125位
B. 最短为42位，最长为129位
C. 最短为44位，最长为127位
D. 最短为44位，最长为132位答案：（D）
10、 CAN总线使用的数据编码是：
A. 归零码（RZ）
B. 非归零码（NRZ）
C. 曼彻斯特编码
D. 差分曼彻斯特编码答案：（B）
11、在CAN总线中，当错误计数值大于多少时，说明总线被严重干扰？
A. 96
B. 127
C. 128
D. 255 答案：（A）
12、在CAN总线2.0B技术规范中，扩展帧具有的标识符位数为：
A. 8位
B. 11位
C. 15位
D. 29位答案：（D）
13、ISO11898对CAN总线典型电平规定如下：
A. 显性：VCAN–H＝VCAN–L＝2.5V，Vdiff =0V；隐性：VCAN–H＝3.5V,VCAN–L=1.5V, Vdiff =2V。
B. 隐性：VCAN–H＝VCAN–L＝2.5V，Vdiff =0V；显性：VCAN–H＝3.5V,VCAN–L=1.5V, Vdiff =2V。
C. 显性：VCAN–H＝1.75V,VCAN–L=3.25V, Vdiff =-1.5V；隐性：VCAN–H＝4V，VCAN –L＝1V，Vdiff =3V。
D. 隐性：VCAN–H＝1.75V,VCAN–L=3.25V, Vdiff =-1.5V；显性：VCAN–H＝4V，VCAN –L＝1V，Vdiff =3V。答案：（B）
14、 CAN总线两端应加终端电阻，其标准阻值为：
A. 75Ω
B. 120Ω
C. 200Ω
D. 330Ω答案：（B）
15、 CAN总线中，若具有下列报文ID的4个标准格式数据帧争用总线，胜出的是：
A. 11001100001
B. 11001101001
C. 11001000001
D. 11001000010 答案：（C）
16、使用CAN控制器接口PCA82C250的CAN总线系统，总线至少可连接多少个
节点？
A. 32个
B. 64个
C. 110个
D. 127个答案：（C）
17、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
A． 5位 B ．3位 C ．4位 D． 2位答案：（C）
18、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
A ．2倍
B ．4倍
C ．1/2倍 D． 1倍答案：（C）
19、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
A．100Mbit/s B． 150Mbit/s C．200Mbit/s D．1000Mbit/s 答案：（C）
20、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。
A．双绞线 B．同轴电缆 C．光纤 D．微波答案：（C）
21、集线器和路由器分别运行于OSI模型的（）
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．物理层和网络层答案：（D）
22、在 TCP/IP 参考模型中TCP协议工作在
A．应用层B．传输层C．互连层D．主机-网络层答案：（D）
23、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 A．转接器 B．路由器 C．网桥 D．中继器答案：（B）
四、判断题
1、现场总线与现场总线控制系统或现场总线系统/网络往往是不做区分的。（正确）
2、差分码不可能是归零码。（正确）
3、光纤传输采用幅移键控ASK调制方法，即亮度调制。（正确）
4、多模光纤性能优于单模光纤。（错误）
5、光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响（正确）
6、 CSMA的1-坚持退避算法缺点是介质的利用率较低。（错误）
7、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。（正确）
8、 CAN总线在传输距离为10Km时，其最大传输速率可达1Mbps。（错误）
9、标准格式的CAN报文标识符（11位）可达2048个。（错误）
10、 CAN总线数据帧的数据长度码DLC指明数据场的字节数目，为4位，允许的
数据字节数目为0，1，……， 14，15。（错误）
11、 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，不
包括填充位。（正确）
12、 CAN总线远程帧不存在数据场，所以DLC的数值应永远被设置为0。（错误）
13、 CAN总线错误帧中的错误标志叠加区的长度可为6至12位。（正确）
14、 CAN总线中，数据帧和远程帧均以帧间空间与总线上前面所传的帧分隔开。
（正确）
15、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。（错误）
16、根据CAN总线2.0B技术规范规定，标准格式数据帧最多可传送8字节数据，
而扩展格式数据帧最多可传送24字节数据。（错误）
17、在CAN总线中，无论是数据帧还是远程帧，仲裁场即是指标识符，控制场即
是指DLC。（错误）
18、在CAN总线中，标识符的高7位不能全是隐性位。（正确）
19、在CAN总线2.0技术规范中，振荡器容差额定值提高到1.58%，使得采用陶
瓷振荡器即可达到CAN总线最高通信速率1Mbps。（错误）
20、在CAN总线中，当引起重同步的沿的相位误差数值大于重同步跳转宽度时，
若相位误差为正，则相位缓冲段1延长数值等于重同步跳转宽度；若相位误差为负时，则相位缓冲段2缩短数值等于重同步跳转宽度。（正确）
21、在EtherNet/IP中，无论何时使用UDP来发送一个封装报文，整个报文都应在
一个独立的UDP数据包中被发送。（正确）
五、简答题
1、简述现场总线的技术特点。
答：（1）现场总线是现场通信网络；（2）现场总线是数字通信网络；（3）现场总线是开放互连网络；（4）现场总线是现场设备互连网络；（5）现场总线是结构与功能高度分散的系统；（6）现场设备的互操作性与互换性。
2、简述现场总线的优点。
答：（1）导线和连接附件大量减少；（2）仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少；（3）设计、安装和调试费用大大降低；（4）维护开销大幅度下降；（5）系统可靠性提高；（6）系统测量与控制精度提高；（7）系统具有优异的远程监控功能；（8）系统具有强大的（远程）故障诊断功能；（9）设备配置、网络组态和系统集成方便自由；（10）现场设备更换和系统扩展更为方便；（11）为企业信息系统的构建创造了重要条件。
3、简述IEC61158国际标准不得不采纳多种现场总线的原因。
答：主要有以下两方面。一是技术原因。目前尚没有一种现场总线对所有应用领域在技术上都是最优的。每种现场总线都有其适用范围。二是利益驱动。出于保护自身投资利益的需要，各大公司和总线组织都力争使自己支持的现场总线成为国际标准。相互讨价还价，导致多种现场总线进入了IEC61158。
4、简述宽带网与基带网的主要区别。
答：一是数据传输速率不同，基带网的数据速率范围为0～10 Mb/s，宽带网可达0～400 Mb/s；二是宽带网可划分为多条基带信道，提供良好的通信路径。
5、简述不坚持、1-坚持和P-坚持三种CSMA坚持退避算法。
答：不坚持CSMA。假如介质是空闲的，则发送。假如介质是忙的，则等待一段随机时间，重复第一步。
1-坚持CSMA。假如介质是空闲的，则发送。假如介质是忙的，继续监听，直到介质空
闲，立即发送。假如冲突发生，则等待一段随机时间，重复第一步。
P-坚持CSMA。假如介质是空闲的，则以P的概率发送，或以（1—P）的概率延迟一个时间单位后重复处理。该时间单位等于最大的传输延迟。假如介质是忙，继续监听直到介质空闲，重复第一步。
6、简述服务与协议的关系。
答：服务和协议是完全不同的概念。服务是各层向它上层提供的一组原语（操作）。尽管服务定义了该层能够代表它的上层完成的操作，但丝毫也未涉及这些操作是如何完成的。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。
与之相对比，协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则。实体利用协议来实现它们的服务定义。只要不改变提供给用户的服务，实体可以任意地改变它们的协议。这样，服务和协议就被完全分离开来。
7、简述CAN总线的非破坏性逐位仲裁机制。
答：当多个节点同时开始向总线发送报文时，通过逐一比较发送位与监听到的位，发送较低优先级报文的节点会主动停止发送，而发送最高优先级报文的节点不受任何影响地继续发送报文。
8、如何区分CAN总线的标准格式数据帧、标准格式远程帧、扩展格式数据帧、扩展格式远程帧？
答：对于标准格式数据帧，11位标识符后是2个显性位；对于标准格式远程帧，11位标识符后是一个隐性位和一个显性位。据此可将标准格式数据帧与标准格式远程帧分开。对于扩展格式数据帧、扩展格式远程帧，11位标识符后为两个隐性位，据此可将扩展格式数据帧、扩展格式远程帧与标准格式数据帧、标准格式远程帧分开。而扩展格式数据帧、扩展格式远程帧之间可由扩展ID后的RTR位分开：扩展格式数据帧中RTR位为显性位，扩展格式远程帧中RTR位为隐性位。
9、简述MAC（煤体访问控制子层）的CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）控制方案。
答：先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其它站的发送信号。如果介质是空闲的，则可以发送。如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。每个工作站发
送信息之后，还要继续监听线路，判定是否有其它站正在与本站同时向传输线发送，一旦发现，便中止当前发送。
10、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。
11、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。
12、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。
13、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。
14、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。15、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。
16、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。
17、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。
18、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。
六、分析综合题
1、CAN现场总线的发送器和接收器均使用SJA1000，采用CAN2.0A规范，发送器发送的4个报文的ID分别为：
（1）11001100001；（2）11001101001；（3）11001000001；（4）11001001001。
欲使接收器只接收报文（1）、（3），应如何设置接收器SJA1000的ACR和AMR？答：SJA1000采用CAN2.0A规范，其接收滤波公式为报文ID的ID.10-ID.3先与ACR的AC.7-AC.0按位同或，所得8位二进制数再与AMR的AM.7-AM.0按位或，最终的结果如果为二进制数11111111，则具有该ID的报文被接收，否则拒收。报文ID的ID.2-ID.0不参与接收滤波。观察上述四个报文ID，并经验算得知ACR=11001100（二进制）、AMR=00000100（二进制）为本题的一个易见解。
2、CAN节点使用SJA1000，振荡器频率为16MHz，若使波特率为1Mbps，如何设置SJA1000的BTR0和BTR1？
答： BTR0各位为：
SJW.1/ SJW.0/BRP.5/BRP.4/BRP.3/BRP.2/BRP.1/BRP.0 BTR1各位为：
SAM/TSEG2.2/TSEG2.1/TSEG2.0/TSEG1.3/TSEG1.2/TSEG1.1/TSEG1.0 因tCLK=1/fXTAL=1/16M=62.5纳秒，
则CAN系统时钟tscl =2 tCLK BRP=125BRP纳秒。
若使波特率为1Mbps，则每一位的位时间T须为1微秒（即1000纳秒），令其含有p（8-25的整数）个CAN系统时钟，则应使125*p*BRP=1000，故波特率预引比例因子BRP=1，p=8。因BRP=32BRP.5+16BRP.4+8BRP.3+4BRP.2+2BRP.1+BRP.0+1，故BRP.5-BRP.0各位皆应为0。
可取同步跳转宽度（不应超过下文的pTSEG1或pTSEG2）SJW为1，则SJW.1-SJW.0各位皆应为0。
故解得BTR0=0x00。
因波特率为1Mbps，属高速总线，所以应采用1次采样，SAM取值0。因每一位时间
T=tSYNCSEG+tTSEG1+tTSEG2，所以有：
p=pSYNCSEG+pTSEG1+pTSEG2 8=1+ pTSEG1+pTSEG2
可令pTSEG1=5，pTSEG2=2
则TSEG2.2=0、TSEG2.1=0、TSEG2.0=1
TSEG1.3=0、TSEG1.2=1、TSEG1.1=0、TSEG1.0=0 故解得BTR1=0x14。
所以BTR0=0x00、BTR1=0x14为本题的一组解。
（另外，本题还可有其它解，BTR0、BTR1可分别为0x00、0x23；0x40、0x14；0x40、0x23；0x80、0x23。）
3、如何理解协议分层？服务与协议的关系如何？
答：为了减少协议设计的复杂性，协议将复杂的网络传输工作细化分解到具体的几层。
服务与协议是两个完全不同的概念。服务是底层的协议向上层协议提供的一组原语（操作），尽管服务定义了该层能够代表他的上层完成的操作，但丝毫也为涉及这些操作是如何完成的。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。协议是通信同层对等实体之间交换的帧、报文、分组的格式及意义的规则，实体利用协议来实现他们的服务定义。只要不改变他提供给用户的服务，实体可以任意改变他们的协议。这样，服务和协议就被完全分离开来。（服务通过协议完成，协议通过服务体现；服务代表功能、能力，协议代表标准化；用户只能见到服务；协议控制同层实体间的通信，服务由下层向上层提供。）
4、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。
5、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
哈工大 2010 年 春 季学期 工业控制网络 试题A 一、填空题（共5分，每空0.5分） 1、罗克韦尔推出的现场总线控制系统的三层网络结构，其设 备层、控制层、信息层三层网络分别为：DeviceNet 、ControlNet 、 EtherNet/IP 。 2、传输介质的特性主要包括：物理特性、传输特性、连通特性、地理范围、抗干扰性、相对价格。 3、DeviceNet 现场总线网络上节点数最多可达64个，支持 125kbps 、250kbps 、500kbps 三种波特率。 二、单选题（共5分，每小题 1分） 1、下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？ A. L onworks B. HART C. C C-Link D. Sensoplex2 答：（ A ） 第 1 页 （共 11页）
试题：工业控制网络班号：姓名： 2、CAN控制器接口PCA82C250的作用可归纳为： A. 驱动和隔离 B. 驱动和保护 C. 保护和隔离 D. 以上都不是答：（B ） 3、独立CAN控制器SJA1000采用BasicCAN模式，关于其接收滤波公式，下列表述正确的是： A. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)同或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收 B. (ID.10-ID.3)先和(A C.7-AC.0)异或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收 C. (I D.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位同或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收 D. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位异或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收答：（C ） 4、在DeviceNet现场总线I/O连接中，使用分段协议取决于下面哪种情况？ A. 须发送的数据超过7字节 B. 须发送的数据超过8字节 C. 生产_连接_长度属性值超过7 D. 生产_连接_长度属性值超过8 答：（D ） 5、ControlNet现场总线是由下面哪个公司推出的： A. S iemens B. Boeing C. R ockwell D. Fisher-Rosemount 答：（C ） 第 2 页（共11页）
习题（一） 一、判断题（每空2分，共20分） 1.工业控制网络是计算机网络技术、通信技术与控制技术相结合的产物。（） 2.模拟信号传输的优点是精度高，但易受干扰。（） 3.实时性表现在对外部事件能及时地响应并做出相应的处理，不丢失信息、不延 误操作。（）4.现场总线是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产 物。（） 5.在涉及系统实际数据传送能力时，使用比特率。（） 6.曼彻斯特码属于不归零码。（） 7.基带网的线路工作方式一般只能为双工方式。（） 8.网络层负责将逻辑地址和名字转化为物理地址，交给数据链路层处理。（） 9.在异步TDM中，时间片是预先分配好的。（） 10.共享式局域网是各站点共享传输媒介的带宽。（） 二、选择题（每题2分，共20分） 1、通信是两点或多点之间借助某种传输介质以（）形式进行信息交换的过程。 A、十进制 B、二进制 C、八进制 D、十六进制
2、香农公式的正确表达方式是（）。 A、错误!未找到引用源。 B、错误!未找到引用源。 C、错误!未找到引用源。 D、错误!未找到引用源。 3、下述选项中不属于模拟数据编码方式的是（）。 A、时间键控（TSK） B、幅移键控（ASK） C、频移键控（FSK） D、相移键控（PSK） 4、下述选项中不属于HART通信协议层次的是（）。 A、物理层 B、数据链路层 C、传输层 D、应用层 5、为了保持发送设备和接收设备的同步，HART采用的通信模式是（）。 A、异步模式 B、同步模式 C、并行模式 D、串行模式 6、HART通信协议支持的设备类型有（）。 A、主设备 B、从设备 C、成组模式从设备 D、主设备、从设备、成组模式从设备 7、下述选项中，不属于HART协议的三种帧的是（）。 A、主设备到从设备或成组模式从设备的帧 B、从设备到成组模式从设备的帧 C、从设备到主设备的帧 D、成组模式从设备到主设备的帧 8、实现数字数据的模拟传输的通信设备是（） A、路由器 B、交换机 C、网卡 D、调制解调器 9、通信系统按通信方式分为三种，它们是（） A、单工 B、半双工 C、双工 D、以上都对
工业控制网络实验报告 班级：信科14-4班 姓名：温华强 学号：08143080
实验四 S7-200与S7-300(S7-400)的以太网通讯 一、实验目的 1．学习使用STEP 7 Micro/WIN32软件； 2．学会如何使用以太网建立S7-200与S7300之间的通讯； 3．掌握S7-200与S7300之间的以太网通讯是如何进行的； 二、实验必备条件 1．带有STEP 7和STEP 7 Micro/WIN32（版本 3.2 SP1以上）软件的编程设备； 2．PC/PPI 电缆和PC适配器或者 CP5611/5511/5411 和MPI电缆； 3．一个CPU22X，符合以下类型要求： CPU 222 Rel. 1.10 或以上、CPU 224 Rel. 1.10 或以上、CPU 226 Rel. 1.00 或以上、CPU 226XM Rel. 1.00 或以上； 4．一个CP243-1，订货号为 6GK7 243-1EX00-0XE0； 5．一个HUB和网络电缆或者以太网直连电缆； 6．一套 S7-300/400 PLC 包括以下器件：电源、CPU、CP343-1或CP443-1 三、实验步骤 1．将CP243-1配置为CLIENT。使用STEP 7 Micro/WIN32中的向导程序。在命令菜单中选择Tools--> Ethernet Wizard。 2．点击Next>按钮，系统会提示您在使用向导程序之前，要先对程序进行编译。点击Yes编译程序。
3．在此处选择模块的位置。在线的情况下，您也可以用Read Modules按钮搜寻在线的CP243-1模块。点击Next>按钮。 4．在此处填写IP地址、子网掩码、通讯类型，点击Next>按钮。
题型有概念10分、填空30分、选择10分、判断10分、挑错10分、计算，简答共30分一．概念（名词解释） 1．现场总线：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．DC S:集中采集控制系统和集散控制系统 3．FCS:现场总线控制系统 4．TCP：传输控制协议 5．UDP：用户数据报协议 6．UCMM：未连接报文管理器 7．NUT：网络更新时间 二．填空或简答 1．现场总线的优点，特点 （1）现场总线的特点： 现场总线是现场通信网络； 现场总线是数字通信网络； 现场总线是开放互连网络； 现场总线是现场设备互连网络； 现场总线是结构与功能高度分散的系统； 现场总线是现场设备的互操作性与互换性网络 （2）优点： 导线和连接附件大量减少； 仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少； 设计、安装和调试费用大大降低； 维护开销大幅度下降； 系统可靠性提高； 系统测量与控制精度提高； 系统具有优异的远程监控功能； 系统具有强大的（远程）故障诊断功能； 设备配置、网络组态和系统集成方便自由； 现场设备更换和系统扩展更为方便； 为企业信息系统的构建创造了重要条件 2．现场总线系统
3．现场总线国际标准，中国标准 国际标准：IEC61158：工业控制系统用现场总线（Fieldbus for use in industrial Control System）IEC62026：低压开关设备和控制设备（Low-V oltage Switchgear and Controlgear）用现场总线（设备层现场总线） ISO11898：道路交通工具－数字信息交换－用于高速通信的控制器局域网（CAN）ISO11519：道路交通工具－低速串行数据通信 中国标准： GB/T20540-2006 测量和控制数字式数据通信工业控制系统用现场总线3：PROFIBUS GB／T18858.1－2002 低压开关设备和控制设备控制器－设备接口(CDI)第1部分总则 GB／T18858.2－2002 低压开关设备和控制设备控制器－设备接口(CDI)第2部分执行器-传感器接口（AS-i） GB／T18858.3－2002 低压开关设备和控制设备控制器－设备接口(CDI)第3部分DeviceNet 4．OSI参考模型的层对应关系（那个协议属于哪层） 5．TCPIP传输层的层对应关系（那个协议属于哪层）
《工业控制组网与组态技术》教学大纲 课程代码：01ANN803 适用专业：自动化专业 教学时数：56 学时其中实践56 学时 一、课程简介及基本要求 本课程主要是现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（Human Machine Interface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。 二、课程实验目的要求 通过课程的教学与实践使学生掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法；掌握HMI的设计方法；结合S7-300 PLC工程实例，达到一定运用能力。 三、主要仪器设备 I／A S小型集散控制系统、过程控制实验装置 四、实验方式与基本要求 1、试验方式：综合设计 2、基本要求：掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法 五、考核与报告（小四号黑体字） 1、考核方式：以平时考核（考勤、课堂组织纪律、课堂讨论发言）、平时实训完成度和期末考试(大作业)相结合的方式进行，综合评价学生的学习成绩 2、成绩评定：平时成绩（20%）+实训操作成绩（30%）+期末成绩（50%） 3、报告填写要求：不少于6次 六、实验项目设置与内容（小四号黑体字） 序号实验名称内容提要 实验 学时 每组 人数 实验 属性 开出 要求 备注 1 集散控制系统的组 态 1、掌握软件组态 2、学习集散控制方法 8 6 验证必做 2 基于DCS的温度控制 系统的设计与实施 1、系统设计、硬件连接 2、组态和实现控制 8 6 综合必做 3 基于DCS的液位控制 系统的设计与实施 1、掌握系统设计、硬件连接 2、验证组态和实现控制 8 6 综合选做 4 基于FCS的温度控制 系统的设计与实施 1、掌握系统设计、硬件连接 2、验证组态和实现控制 8 6 综合必做 5 基于FCS的液位控制 系统的设计与实施 1、掌握系统设计、硬件连接 2、验证组态和实现控制 8 6 综合必做 6 PROFIBUS-DP应用1、掌握网络系统故障及诊断 2、掌握STEP7使用方法 8 6 综合选做 7 HMI组态软件 1、掌握HMI的使用 2、完成基本PLC功能 8 6 综合选做 七、教材及实践指导书 1、使用教材：陈在平．《工业控制网络与现场总线技术》第三版．机械工业出版社．2006年． 2、参考教材： 杨卫华．《工业控制网络与现场总线技术》．机械工业出版社，2008． 何衍庆，俞金寿．《工业数据通信与控制网络》．化学工业出版社．2002年.
工业控制网络作业题
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工业控制网络作业题 一、现场总线技术 1.现场总线的定义。 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.现场总线网络的特点。 1)适应工业应用环境。 2)要求实时性强，可靠性高,安全性好。 3)多为短帧传送。 4)通信的传输速率相对较低。 3.现场总线系统的组成。 4.在现场总线控制系统中,总线设备主要分为6类。 1)输入设备（变送器/传感器)； 2)输出设备（执行器等); 3)控制器； 4)监控／监视计算机; 5)网络互联设备（网桥/网关／中继器/集线器/交换机／路由器）； 6)其他现场总线设备(ＨMI)。 5.现场总线上的数据输入设备有哪些?输出数据用于什么? ●总线上的数据输入设备：包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀门等，传 输其位置状态、参数值等数据； ●总线上的输出数据用于:驱动信号灯、接触器、开关、阀门等。
6.几种有影响的现场总线 基金会现场总线(FＦ总线)、ＣＡN、PRＯＦIBUS、LｏnＷｏｒks、 ContrｏｌＮeｔ、DevｉceNet、Hart 7.请给出现场总线的技术特点。 1)现场通信网络 2)数字通信网络 3)系统的开放性 4)现场设备互连网络 5)系统结构和功能的高度分散性 6)互操作性与互换性网络 8.请给出５个现场总线的优点。 1)导线和连接附件大量减少 2)仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少 3)设计、安装和调试费用大大降低 4)维护开销大幅度下降 5)提高了系统的可靠性 6)提高了系统的测量与控制精度 7)系统具有优异的远程监控功能 8)系统具有强大的(远程）故障诊断功能 9)用户具有高度的系统集成主动权 10)现场设备更换和系统扩展更为方便 11)为企业信息系统的构建创造了重要条件 9.请列举现场总线的一些应用领域。 ●连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造纸,过程自动化仪表;火 车、汽车、轮船、机器人、数控机床;智能传感器 ●楼宇自控、仓储； ●智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络) ●农、林、水利、养殖等 二、数据通信基础 10.工业数据通信系统的基本组成:发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、 通信协议 有效性指标:数据传输速率；比特率；波特率;频带利用率;协议效率；通信效率 可靠性指标: 误码率 11.数据传输方式: 根据代码的传输顺序可分为串行传输、并行传输 根据数据信号传输时的同步方式可分为同步传输、异步传输 12.请说明数据通信方式（通信线路的工作方式）都有哪几种,并简单说明其不 同之处。 数据通信方式有单工、半双工、全双工3种。 1)单工通信：指所传送的信息始终朝着一个方向，而不进行与此相反方向的传 送
实 验 一 Automation Studio 的使用和基本程序编程及调试 一、实验目的 1、掌握Automation Studio 的基本使用技巧和方法 2、熟悉Automation Studio 的基本命令 3、学会和掌握Automation Studio 程序的调试方法 二、实验设备 PC机一台，装有Automation Studio编程软件；贝加莱PLC-2003一台； 各PC机与PLC-2003通过RS232电缆连接进行通信。 详见附录一。 三、实验内容 熟悉并练习Automation Studio的使用，用选定的编程语言编制、调试控制程序。Automation Studio是贝加莱公司为其自动化控制设备PLC（可编程计算机控制器）开发的一种可使用多种编程语言的PLC开发环境，如附录二所示。 1．PLC硬件配置： 根据所给实验装置，使用Automation Studio对系统硬件进行配置。 配置方法见本指导书附录B。 2．实验程序1： 使用Automation Basic或其它PLC编程语言，编制一段小控制程序，实现以下功能：利用实验装置上的第一个模拟量旋钮（电位器），来控制模拟量输
出，当旋转该电位器时，第一个模拟量输出随之变化，旋钮逆时针旋到底时（模拟量输入为最小值0），要求模拟量输出为0（光柱无显示），当旋钮顺时针旋到底时（模拟量输入为最大值32767），要求模拟量输出为最大值（光柱全显示）； 同时，第二个模拟量输出的状态正好与第一个模拟量输出相反。 3．实验程序2： 使用Automation Basic或其它PLC编程语言，编制一段小控制程序，实现以下功能：利用实验装置上的两个开关，来控制模拟量输出，当接通（合上）其中一个开关（另一个应处于断开状态）时，第一个模拟量输出从0开始随时间逐渐增大，达到其最大值后，再从0开始…，周而复始；当接通（合上）另一个开关时，第二个模拟量输出从0开始随时间逐渐增大，达到其最大值后，再从0开始…，同时，第二个模拟量输出从其最大值开始随时间逐渐减小，达到0后，再从其最大值开始…，周而复始。 四. 思考题 1．在Automation Studio中为什么要对PLC系统硬件进行配置？ 2．为什么要为用户编制的控制程序命名？ 3．为用户程序选择循环周期的原则是什么？ 4．Automation Studio为用户提供多种编程语言有什么好处？
1，自动控制系统的发展及其体系结构 模拟仪表控制系统（分散的） 直接数字控制系统（集中的） 集散控制系统（分散控制，集中管理） 现场总线控制系统 2，DCS的结构：分散过程控制装置部分；集中操作和管理系统部分；通信部分 特点：分散控制，集中管理 3，现场总线的基本概念 现场总线定义为应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向、串行、通信系统，也被称为开放式，数字式，多点通信的底层控制网络。 国际ISEC61158对现场总线的定义：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。 4，在现场总线控制系统中，总先设备分为：变送器，传感器，执行器，驱动器，控制器，控制监控器，网络互联设备，其他现场总线设备。 5现场总线控制系统的技术特点：系统的开放性；互可操作性与互用性；现场设备的智能化与功能的自治化；系统结构的高度分散性；对现场环境的适应性。6·IEC61158第二版现场总线标准类型：IEC61158TS; ControlNet Tm；profibus Tm p-Net；FF HSE ；SwiftNet Tm WorldFIP Interbus 7·通信系统的组成：信息源；（发送、接收）设备；信息接受者；传输介质 8·数据编码的编码方式：数字编码、模拟编码 9·通信网络的拓扑结构机器优缺点：（1）星型结构：缺点:可靠性低 （2）环形结构：优点:键路控制简化缺点：节点数量较多时会影响通信速度，另外，环是封闭的不便于扩展。 （3）总线型结构：优点：结构简单，便于扩展缺点：通信距离短。 10·传输介质：双绞线、同轴电缆、光缆11·ISO/OSI模型将各种协议分为七层：物理层、键路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。12·RS-232与RS485的区别： RS-232：她规定数据信号按照负逻辑进行工作，采用全双工工作方式。25针的接口插件，最高的传输速率为19.2kbit/s，最大传输距离为15m，主要用于只有一个发送器和接收器的通信线路，采用MAX232芯RS-485：它可以在一条通信线路上接多个发送器和接收器，（最多可接受32个），9针D型插头连接器，半双工工作方式，最大传输速率为10mbps,最大传输距离为1200m，采用MAX485芯片。 13·网络访问控制协议：时分多路访问法；查询法；令牌法；带有冲突的载波帧听多路访问法；扩展环形法。 14`PROFIBUS的三个兼容的协议：PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA PROFIBUS-FMS 15·总线存取控制机制的系统配置： 纯主--主系统（令牌传递机制） 纯主—从系统（主从机制） 混合系统 16·PROFIBUS-DP的设备类型：一级DP 主站；二级DP主站；DP从站17·PROFIBUS控制系统的组成：一类主站；二类主站；从站 18·现场设备是否具有profibus接口可分为三种形式：总线接0型；单一总线型；混合型。 19·西门子S7-300有哪些模块：电源模块ps；CPU模块；SM模块；IM模块；FM 模块；CP模块。 20`step-7功能：项目管理；硬件组态，网络组态；软件编程；运行监控。21·step-7组成：SIMATIC Manager ；符号编辑器；硬件配置；通信；信息功能。22·step-7软件的三中编程语言：梯形图；功能块图；语句表。 23·WinAC的功能：控制功能；计算功能；可视化功能；网络功能；工艺技术功能。24·WinAC的特点：提高处理性能；满足实时性能；简化通信接口；降低网络负担；易于集成用户控制要求；编程调试简单方便；节省投资成本；节约安装空间。
一、绪论 1. 与普通计算机网络相比，工业控制网络具有哪些特点？实时性、稳定性、安全性 2. 现场总线的定义：一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术 3. 判断题：工业以太网具有更高的传输速率，因此可以完全取代现场总线协议（x ）错误，现场总线主要用于底层现场设备间互联，工业以太网主要用于上层信息系统集成。 4. 网络控制系统具有哪些优点？A、结构简单，安装、维护方便b、信息集成度高c、现场设备测控功能强 5. 控制网络和信息网络的集成，有哪几种实现方式？硬件实现、dde实现、统一协议标准实现、数据库访问技术实现、opc技术实现 二、CAN总线 1.CAN协议可以划分为CAN对象层层、CAN传输层层和物理层； 2.CAN的4种帧类型分别为：数据帧，远程帧，错误帧和过载帧 3.CAN的数据帧由SOF、仲裁域、控制域、数据域、校验域、应答域和帧尾组成，其中校验域是根据SOF到数据域结束的数据计算得到的15 位的crc 校验码。 4. CAN总线中显性电平表示数字逻辑0 ，隐性电平表示数字逻辑 1 。 5.MCP2515属于（Ｃ） A．CAN控制器接口芯片； B.CAN控制器驱动芯片； C.独立CAN控制器芯片； D. 集成了CAN控制器的单片机 6.CAN总线使用的数据编码为（Ｂ） A．归零码（RZ）；B. 不归零码（NRZ）；C. 曼彻斯特编码；D. 差分曼彻斯特编码7.CAN总线的终端匹配电阻值为（Ｄ） A．50Ω； B. 60Ω；C. 100Ω；D. 120Ω 8.CAN 总线协议2.0B规定扩展帧的标志位有（Ｄ） A．8位； B.11位；C.18位；D.29位 9.下面关于TJA1050的特征描述不正确的一项是（Ｃ） A．最高传输速度可达1Mbps； B. 输入级兼容3.3V和5V电平； C.最多可以连接110个节点； D. TXD有防止钳位在显性电平的超时功能。 10.在CAN总线中，当错误计数值大于（Ａ）时，说明总线被严重干扰。 A. 96 B. 127 C. 128 D. 255 11.MCP2515与单片机间的通信采用了下面哪一种接口？（Ｄ） A. 并口 B.1-wire C. I2C D. SPI 12.下面哪种说法是错误的（Ｃ）。 A、CAN总线协议被广泛用于汽车工业。 B、CAN为多主工作方式，而且不分主从 C、CAN采用破坏总线仲裁技术 D、CAN的直接通信距离可达10Km 13.CAN总线的全称是( Ａ) A．Controller Area Network B. Common Auto Network C. Complex Area Network D. Chinese Advanced Network 14.CAN总线通信参考模型中定义了OSI模型中的（Ｃ） A．物理层、应用层； B. 物理层、传输层、应用层 C．物理层、数据链路层；D. 物理层、数据链路层、应用层
《工业控制网络》复习题 一、概念题 1、现场总线：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、模拟数据编码：分别用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态的，称为模拟数据编码。 3、数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态的，称为数字数据编码。 4、单极性码：信号电平是单极性的数字数据编码。 5、双极性编码：信号电平为正、负两种极性的数字数据编码。 6、归零码（RZ）：在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的数字数据编码。 7、非归零码（NRZ）：在整个码元时间内维持有效电平的数字数据编码。 8、差分码：用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”的数字数据编码。 9、基带传输：就是在数字通信的信道上按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制。 10、载波传输：采用数字信号对载波进行调制后实行传输。 11、单工通信：指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。 12、半双工通信：指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。 13、全双工通信：指能同时作双向通信。 14、广播式网络：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。短的消息，即按某种语法组织的分组或包，可以被任何机器发送并被其它所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查它的地址字段。如果是发送给它的，则处理该分组，否则将它丢弃。 15、点到点网络：由一对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。 16、类：一组表示同种系统组件的对象。一个类是一个对象的一种概括。一个类中所有的对象在形式和行为上是相同的，但是它们可以包含不同的属性值。 17、实例：一个对象的一个明确的真实（物理）事件。 18、属性：一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。
级工业控制组网与组态技 术 The latest revision on November 22, 2020
《工业控制组网与组态技术》教学大纲 课程代码：01ANN803适用专业：自动化专业 56学时其中实践56学时 教学时 数： 一、课程简介及基本要求 本课程主要是现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（HumanMachineInterface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。 二、课程实验目的要求 通过课程的教学与实践使学生掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法；掌握HMI的设计方法；结合S7-300PLC工程实例，达到一定运用能力。 三、主要仪器设备 I／AS小型集散控制系统、过程控制实验装置 四、实验方式与基本要求 1、试验方式：综合设计 2、基本要求：掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法 五、考核与报告（小四号黑体字） 1、考核方式：以平时考核（考勤、课堂组织纪律、课堂讨论发言）、平时实训完成度和期末考试(大作业)相结合的方式进行，综合评价学生的学习成绩 2、成绩评定：平时成绩（20%）+实训操作成绩（30%）+期末成绩（50%） 3、报告填写要求：不少于6次 七、教材及实践指导书
1、使用教材：陈在平．《工业控制网络与现场总线技术》第三版．机械工业出版社．2006年． 2、参考教材： 杨卫华．《工业控制网络与现场总线技术》．机械工业出版社，2008． 何衍庆，俞金寿．《工业数据通信与控制网络》．化学工业出版社．2002年.
工业控制网络》复习题 一、概念题 1、现场总线：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、模拟数据编码：分别用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态的，称为模拟数据编码。 3、数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1 状态的，称为数字数据编码。 4、单极性码：信号电平是单极性的数字数据编码。 5、双极性编码：信号电平为正、负两种极性的数字数据编码。 6、归零码（RZ）：在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的数字数据编码。 7、非归零码（NRZ ）：在整个码元时间内维持有效电平的数字数据编码。 8、差分码：用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“ 0”的数字数据编码。 9、基带传输：就是在数字通信的信道上按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制。 10、载波传输：采用数字信号对载波进行调制后实行传输。 11、单工通信：指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。 12、半双工通信：指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。 13、全双工通信：指能同时作双向通信。 14、广播式网络：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。短的消息，即按某种语法组织的分组或包，可以被任何机器发送并被其它所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查它的地址字段。如果是发送给它的，则处理该分组，否则将它丢弃。 15、点到点网络：由一对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。 16、类：一组表示同种系统组件的对象。一个类是一个对象的一种概括。一个类中所有的对象在形式和行为上是相同的，但是它们可以包含不同的属性值。 17、实例：一个对象的一个明确的真实（物理）事件。 18、属性：一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。
《工业控制网络》课程教学大纲 课程编码：T1060260 课程中文名称：工业控制网络 课程英文名称：INDUSTRIAL CONTROL NETWORK 总学时：40讲课学时：28 实验学时：12学分: 2.5 授课对象：电气工程及其自动化专业 先修课程：电路集成电子技术嵌入式系统原理及应用 一、课程教学目的 工业控制网络即现场总线是3C（Computer,Communication and Control）技术发展汇集成的结合点，是信息技术、数字化智能化网络发展到现场的结果。现场总线是自动化及电气工程领域当前和今后的发展热点。现场总线已在国民经济各个领域和国防领域中获得了广泛应用，而且应用得越来越普遍。例如，对于电气工程领域，在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中、在数字化变电站、配电系统/继电保护装置中、在智能电器中、在楼宇自动化装置中，几乎均要求配置现场总线通信接口；对于国防领域，在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。 本课程以现场总线基本技术及其节点设计为主要内容，目的是使学生掌握现场总线通信与网络基本知识，学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一般设备的现场总线通信接口，掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为学生进行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。 二、教学内容及基本要求 本课程的主要内容包括计算机网络与现场总线的基础知识、国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范、现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础。 第1章绪论 现场总线的发展历程、概念、组成、技术特点与优点，标准及应用领域。 第2章数据通信与计算机网络基础 数据编码方式、信号传输方式、通信方式等数据通信基础知识；网络拓扑结构、传输介质、硬件组成与介质访问控制方式等计算机网络基础知识；协议分层、接口和服务、服务原语等计算机网络基本理论；OSI参考模型和TCP/IP参考模型及其优缺点，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。 第3章控制器局域网——CAN CAN总线的产生及其发展历程，CAN总线的技术特点，CAN节点的分层结构，CAN的一些基本概念，报文传送及其帧类型，错误类型及其界定，位定时要求，CAN总线基本技术阐释与分析，CAN控制器及接口芯片：SJA1000、82C250，CAN节点设计，CAN系统应用实例。 第4章DeviceNet DeviceNet简介，DeviceNet的连接（CAN标识符区的DeviceNet使用、连接建立概述、预定义主/从连接组、客户机和服务器的连接终点），DeviceNet信息协议（显式信息、输入/输出信息、分段/ 重组、重复MAC ID检测协议），DeviceNet通信对象类，网络访问状态机制，预定义主/从连接组，构建DeviceNet网络的步骤及所需的硬件和软件，DeviceNet节点设计、DeviceNet系统应用实例。 第5章ControlNet
《工业机器人》 一、填空题 1、按坐标形式分类，机器人可分为、、球坐标型 和四种基本类型。 2、作为一个机器人，一般由三个部分组成，分别是、 和。 3、机器人主要技术参数一般有、、、重复定位精 度、、承载能力及最大速度等。 4、自由度是指机器人所具有的的数目，不包括的开 合自由度。 5、机器人分辨率分为和，统称为。 6、重复定位精度是关于的统计数据。 7、根据真空产生的原理真空式吸盘可分为、和 等三种基本类型。 8、机器人运动轨迹的生成方式有、、和空间曲 线运动。 9、机器人传感器的主要性能指标有、、、重复性、、 分辨率、响应时间和抗干扰能力等。 10、自由度是指机器人所具有的的数目。 11、机器人的重复定位精度是指。 12、机器人的驱动方式主要有、和三种。 13、机器人上常用的可以测量转速的传感器有测速发电机和增量式码盘。 14、机器人控制系统按其控制方式可以分为控制方式、控制方式和 控制方式。 15、按几何结构分划分机器人分为：串联机器人、并联机器人。 二、单项选择题(请在每小题的四个备选答案中，选出一个最佳答案。) 1、工作范围是指机器人或手腕中心所能到达的点的集合。 A 机械手 B 手臂末端 C 手臂 D 行走部分。
2、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。 A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 3、滚转能实现360°无障碍旋转的关节运动，通常用来标记。 A R B W C B D L 4、RRR型手腕是自由度手腕。 A 1 B 2 C 3 D 4 5、真空吸盘要求工件表面、干燥清洁，同时气密性好。 A 粗糙 B 凸凹不平 C 平缓突起 D平整光滑 6、同步带传动属于传动，适合于在电动机和高速比减速器之间使用。 A 高惯性 B 低惯性 C 高速比 D 大转矩 7、机器人外部传感器不包括传感器。 A 力或力矩 B 接近觉 C 触觉 D 位置 8、手爪的主要功能是抓住工件、握持工件和工件。 A 固定 B 定位 C 释放 D 触摸。 9、机器人的精度主要依存于、控制算法误差与分辨率系统误差。 A传动误差 B 关节间隙 C机械误差 D 连杆机构的挠性 10、机器人的控制方式分为点位控制和。 A 点对点控制 B点到点控制 C 连续轨迹控制 D 任意位置控制 11、焊接机器人的焊接作业主要包括。 A 点焊和弧焊 B 间断焊和连续焊 C 平焊和竖焊 D气体保护焊和氩弧焊 12、作业路径通常用坐标系相对于工件坐标系的运动来描述。 A 手爪 B 固定 C 运动 D工具 13、谐波传动的缺点是。 A扭转刚度低 B 传动侧隙小 C惯量低 D 精度高 14、机器人三原则是由谁提出的。（D） A 森政弘 B 约瑟夫·英格伯格 C 托莫维奇 D 阿西莫夫 15、当代机器人大军中最主要的机器人为：（A） A 工业机器人 B 军用机器人 C 服务机器人 D 特种机器人 16、手部的位姿是由哪两部分变量构成的？（B） A 位置与速度 B 姿态与位置 C 位置与运行状态 D 姿态与速度
西南科技大学2014-2015年《工业控制网络与现场总线技术》期末复习题 一、填空题 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，还是一个借助网络完成控制功能的自控系统。 4.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。 5. 参照ISO/OSI标准模型，CAN通信模型包括物理层和数据链路层两层。 6. CAN的报文帧有以下四种类型：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。 7. 同步是数据传输中必须要解决的重要问题，在报文帧的传送过程中有三种同步方式：位同步、字同步和帧同步。 8.工业控制系统经历了基地式仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统等主要阶段。 9.CAN总线是有效支持分布式实时控制的串行通信网络，从定位时的同步方式考虑，它属于异步通信。 10.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。 11.CAN总线支持位仲裁的介质访问方式，是多主工作方式。
12.CAN通信协议规定了4种不同类型的帧：数据帧，远程帧，错误帧，过载帧。 13.CAN总线上用显性和隐性两个互不的逻辑值表示0和1。 14.CAN协议可以检测到位错误，填充错误，CRC错误，格式错误，应答错误。 15. CAN总线是多主工作方式，任意节点可以主动发送信息。通过非破坏性总线仲裁机制解决多节点同时发送时的冲突问题。 16.CAN的ISO/OSI参考模型包括两层：数据链路层、物理层。 17.CAN空闲时网络电平保持隐性1位。 18.现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。 19.RS-422接口通信需要4根线，它是全双工的，RS-485接口通信需要2根线，它是半双工的。 20.Modbus基于串行链路的通信方式有ASCII和RTU。 21.PROFIBUS-DP协议的两个主要部分是用户接口层和直接数据链接映射层。 22.目前的PROFIBUS标准IEC61158提供了三种传输方式：双绞线、同轴电缆、光纤。 23.基于PROFIBUS的远程监控系统由三层组成：底层控制层、SCADA层（现场监控层）、远程监控层。 24.CAN的直接通信距离最远达10km ，通信速率最高可达1Mbps。 25.DeviceNe的应用层采用的是控制与信息协议（CIP）,CIP也是ControlNet/和Ethernet/IP所采用的应用层协议。 26.报文接受节点根据网络上报文的目的地址段是否与自己的地址相同，来判断报文是否是发给自己的。 27.CIP要发送的报文分为显式报文和隐式报文两种。
《工业控制网络及组态技术》课程教学大纲 课程代码：010132053 课程英文名称：Industrial Control Network and HMI Technology 课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0 适用专业：机械电子工程 大纲编写（修订）时间：2010.7 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 1.本课程是机电一体化专业的专业选修课 2.现场总线/工业以太网技术是当今工业控制系统的主流组网技术，是控制向分散化、网络化、智能化方向发展的技术基础。 本课程主要包括：现场总线/工业以太网的网络通讯基本原理，面向底层PLC控制，构建控制网络，人机交互界面HMI（Human Machine Interface）实现远程监视及优化控制，并以工程实践为例，从整体上掌握现代大中型自动化系统的实施过程。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.掌握大中型自动化系统的控制网络基本原理、设计方法、实施方法。 2.掌握HMI的设计方法。 3.结合S7-300 PLC工程实例，达到一定运用能力。 （三）实施说明 本课程应重点讲授工业控制网络原理、设计方法、结合PLC系统，以实例为主线，以作业、讲解等互动形式，调动学生的积极性。 （四）对先修课的要求 本课程的先修课有：计算机基础、机电传动控制、电工及电子技术、控制工程基础。 （五）对习题课、实践环节的要求 1.习题要求：习题应促进学生消化、巩固所学内容。习题要密切配合教师的讲授内容，注意要使概念类、分析类和设计类习题并存，培养学生的分析和设计能力。教师通过习题发现问题，改进教学，同时习题也是考核学生的依据之一。 2．实验要求：根据课时较短，同时仿真系统在脱离实验设备亦能进行的实际情况，实验环节以作业形式安排在课后，以实例、作业、互动来完成实践过程，不单独设置实验课。 （六）课程考核方式 1.考核方式：课程大作业。 2.考核目标：在考核学生对控制网络基本知识和方法掌握的基础上，重点考核学生实际运用能力。 3.成绩构成：出勤（约占20%），平时考察（约占30%），课程大作业（占50%） （七）参考书目 《S7-300/400 PLC 应用技术》，廖常初编，机械工业出版社，2008 《工业控制网络与现场总线技术》，陈在平，机械工业出版社，2006 《工业控制网络技术》，杨卫华，机械工业出版社，2008。 二、中文摘要
1、工业控制网络技术的特点：（1）具有实时性和时间确定性（2）、信息多为短帧结构且交换频繁 3可靠性和安全性较高 4网络协议简单实用 5网络结构具有分散性 6易于实现与信息网络的集成 1、工业控制网络技术包括：1.现场总线技术：一种应用于生产现场，在现场设备之间，现场设备与控制装置之间实行双向串行多节点数字通信的技术 2.工业以太网技术：采用与商用以太网兼容的技术，选择适应工业现场环境的产品构建的工业网络 2、自动控制系统的发展主要经历了那几个阶段：1 气动信号控制阶段 2 模拟信号控制阶段3 集中式数字控制 4 集散式数字控制 5网络控制 3、网络控制系统的优点；1结构简单、安装维护方便 2 信息集成度高3 现场设备测控功能强 4 易于实现远程控制 4、控制网络与信息网络的区别：1 控制网络具有较高的数据传输实时性和系统响应实时性2控制网络具有较强的环境适应性和较高的可靠性 3 控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中的相互兼容问题 5、控制网络和信息网络集成的实现方式：1 采用硬件实现 2采用DDE实现 3采用统一的协议标准实现 4采用数据库访问技术实现 5采用OPC实现 第二章CAN （控制器局域网） 1、CAN总线特点：1.AN为多主方式工作 2.AN网络上的节点信息分成不同的优先级3.CAN 采用非破坏性总线仲裁技术 4.采用报文滤波 5.直接通信距离可达10km 6结点取决于总线驱动电路 7.采用短帧结构传输时间段抗干扰能力强，有较好的检错结果 8.每次信息都有CRC检验及其他检错措施 9.通信介质可为双绞线，同轴电缆或光线选择灵活 10.CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能 2、CAN通信模型：遵循ISO/OSI标准模型，分为数据链路层和物理层。数据链路层包括逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层 3、报文传送类型：数据帧、远程帧、错误帧和超载帧 4、报文结构：1.帧的组成：由7个不同位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC 场、应答场、帧结束 5、错误类型：位错误、填充类型、CRC错误、格式错误、应答错误 6、正常位时间组成：分为几个互不重叠的时间段，包括：同步段、传播段、相位缓冲段1、相位缓冲段2 7、显性隐性类：显性“0”状态以大于最小阀值的差分电压表示隐形“1” 8、CAN通信控制器：（1）sja1000通信控制器实现了can总线物理层和数据链路成的所有功能。其功能组成：接口管理逻辑（iml）、发送缓冲器（txb）、接受缓冲器（rxb、rxfifo，b字节） 工作模式：basiccan模式、elican模式。 （2）tn82527can通信控制器。（3）内嵌can控制器的p8xc591。 10，CAN总线io器件：82c150 主要功能：can接口功能io功能。 11，节点设计 CAN总线系统有两类节点：不带微处理器的非智能节点和带微处理器的智能节点，1.硬件电路设计：采用898c51作为节点的微处理器，在can总线通信接口中，can 通信控制器采用sja1000，can总线收发器采用82c250 2.软件设计：三部分 can节点初始化，报文发送和报文接收。 第三章 Profibus(国际现场总线标准） 1.profibus分为哪三部分，个部分结构主要用途是什么？ 答：profibus--FMS：用于解决车间一级通用性通信任务。 Profibus--DP：用于解决设备一级的告诉数据通信。