现场总线习题答案
作者：张磊
第一章现场总线技术概述
1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？
大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。
2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？
包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分
3.现场总线的基本定义？
现场总线(Fieldbus)：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备（例如，变送器、执行器、控制器)与高层设备(例如主机、网关、人机接口设备)之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。
5. 现场总线控制系统的技术特点。
1.开放性；
2.全数字化；
3.双向通信；
4.互可操作性与互用性；
5.现场设备的智能化与功能自治性
6.系统结构的高度分散性
7.对现场环境的适应性
6. FCS相对于DCS具有哪些优越性？
1．FCS实现全数字化通信2．FCS实现彻底的全分散式控制3．FCS实现不同厂商产品互联、互操作4．FCS增强系统的可靠性、可维护性5．FCS降低系统工程成本
7. 分析现场总线的现状，展望其发展前景。
第二章数据通信基础与网络互联
1.何谓现场总线的主设备、从设备？
可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”，又称命令者。不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备(bus slaver)，也称基本设备。
2.总线操作过程的内容是什么？
总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫做一次总线操作。
3.寻址方式有几种？物理寻址逻辑寻址广播寻址
4.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能?
通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。
信息源和接收者是信息的产生者和使用者
发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。
传输介质指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。它可以是无线的，也可以是有线的(包括光纤)。有线和无线均有多种传输媒介，如电磁波、红外线为无线传输介质，各种电缆、光缆、双绞线等为有线传输介质。
接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。
5.通信方式按照信息的传输方向分为哪几种?
单工(simplex)方式；半双工(Half duplex)方式；全双工(Full duplex)方式
6.通信的传输模式分为哪几种?
基带传输载波（带）传输宽带传输异步转移模式ATM
7.在载带传输中有哪几种常用的数据表示方法？
调幅方式、调频方式、调幅方式
8.在数据通讯系统中，通常采用哪几种数据交换方式?
线路交换方式报文交换方式报文分组交换方式
9.比较通信系统中的几种拓扑结构。
星型结构：在星形拓扑中，每个站通过点-点连接到中央节点，任何两站之间通信都通过中
央节点进行。中央节点的结构显得比较复杂，对其要求较高。
环型结构：通过中继器进行点-点连接，构成一个封闭的环路。中继器接收前驱站发来的数据，发往后继站。链路是单向的，工作站需有较复杂的网路处理功能。
总线型结构：在总线拓扑中，传输介质是一条总线，工作站通过相应硬件接口接至总线上。一个站发送数据，所有其它站都能接收。
10. 介质访问控制方式主要有哪两种?说明各自的含义。
1.CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测) 。载波监听CSMA的控制方案是先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其他站的发送信号。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。
2.令牌访问控制方式。令牌方式是一种按一定顺序在各站点传递令牌(Token)的方法。谁得到令牌，谁才有发报权。
11.什么样的现场设备可以作为现场控制网络节点？举出几个例子。
具有计算与通信能力的测量控制设备可以作为现场控制网络节点。例如限位开关、感应开关等各类开关；条形码阅读器；光电传感器；温度、压力、流量、物位等各种传感器、变送器；可编程逻辑控制器PLC；PID等数字控制器；各种数据采集装置等。
12.现场控制网络完成哪些通信任务？
1.将现场运行的各种信息(现场设备的运行参数、状态以及故障信息等)传送到远离现场的控制室；
2.又将各种控制、维护、组态命令等送往位于现场的测量控制现场设备中；
3.现场级控制设备之间数据联系与沟通；
4.还要在与操作终端、上层管理网络的数据连接和信息共享中发挥作用。
13. ISO/OSI参考模型为哪7层？各层的主要功能是什么？
ISO/OSI的7层参考模型包括：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
物理层(physical layer)主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。
数据链路层(data link layer)的主要任务是加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路。
网络层(network layer)关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。
传输层(transport layer)的基本功能是从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。
会话层(Session layer)允许不同机器上的用户建立会话(session)关系。
表示层(presentation layer)完成某些特定功能，例如用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。
应用层(application layer)包含大量人们普遍需要的协议。
14.常用的网络互联设备有哪些？各自对应OSI参考模型的哪一层？
1.物理层使用中继器(Repeater)，通过复制位信号延伸网段长度
2.数据链路层使用网桥(bridge)，在局域网之间存储或转发数据帧
3.网络层使用路由器(Router)在不同网络间存储转发分组信号
4.传输层及传输层以上，使用网关(gateway)进行协议转换，提供更高层次的接口
第三章PROFIBUS总线
1、PROFIBUS由哪三个兼容部分组成？各自应用的行业有哪些？
2、PROFIBUS-PA、DP、FMS通信模型包括哪几层？
PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层（物理层）和第2层（数据链路层），其中FMS还采用了第7层（应用层）,另外增加了用户层。
6、PROFIBUS的总线存取控制机制是什么？
主站之间采用令牌总线机制，主站与从站之间采用主从机制。
7、PROFIBUS-DP的主要功能是什么？
1)DP主站和DP从站间的循环用户数据传输;
2)各DP从站的动态激活和撤消;
3)DP从站组态的检查;
4)强大的诊断功能，三级诊断信息;
5)输人或输出的同步;
6)通过总线给DP从站赋予地址;
7)通过总线对DP主站(DPM1)进行配置;
8)每个DP从站最大为246字节的输人和输出数据。
8、PROFIBUS控制系统有哪几部分组成？（5、一类主站、二类主站包括哪些设备？）1．一类主站
一类主站指PLC、PC或可做一类主站的控制器。一类主站完成总线通信与管理。
2．二类主站
二类主站指操作员工作站（如PC机加图形监控软件）、编程器、操作员接口等。完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。
3．从站（1）分散式I/O（2）PLC（3）驱动器、传感器、执行机构等现场设备
9、简述RS-485传输技术的基本特征。
网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻；
传输速率：9.6kbit/s—12Mbit/s；
介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决于环境条件（EMC）；
站点数：每段32站（无中继），127站（有中继）；
插头连接：9针D型插头
第五章监控组态软件的功能和使用
1. 组态及组态软件的概念
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。
开发商事先开发好一套具有一定通用性的软件开发平台，生产若干种规格的硬件模块（如I/O
模块、通信模块、控制模块），然后，再根据用户的要求在软件平台上进行二次开发以及硬件模块的连接。这种软件的二次开发工作就称为“组态”，相应的软件开发平台就称为“监控组态软件”，简称“组态软件”。
2.监控组态软件主要解决哪些问题?
（1）如何与采集、控制设备间进行数据交换；
（2）使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；
（3）处理数据报警及系统报警；
（4）存储历史数据并支持历史数据的查询；
（5）各类报表的生成和打印输出；
（6）为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；
（7）最终生成的应用系统运行稳定可靠；
（8）具有与第三方程序的接口，方便数据共享。
第六章基金会现场总线（FF）
1. FF总线特点。
可以工作在生产现场，并能适应本质安全防爆的要求，还可以通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。传输速率的典型值为31.25kbit/s。
2. 基金会现场总线通信模型只具备ISO/ OSI参考模型中的哪几层？它们各自的作用是什么？
基金会现场总线的参考模型只具备了ISO/OSI参考模型七层中的三层，即物理层、数据链路层和应用层，并在原有ISO/OSI参考模型第七层应用层之上增加了用户层。
物理层规定了信号如何发送;数据链路层规定如何在设备间共享网络和调度通信;应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式。用户层则用于组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能块、设备描述，实现网络管理、系统管理等。
3.何谓FF现场总线的通信栈？
FF总线的参考模型中的数据链路层和应用层统称为通信栈。
4.按照各部分在物理设备中要完成的功能可分为三大部分：
通信实体、系统管理内核、功能块应用进程。
5.物理层被分为哪两层？
媒体相关子层和媒体无关子层。
6. FF总线的信号由哪几种信号编码组成？
协议报文编码、前导码、帧前定界码、帧结束码。
7. FF总线通信设备类型按照各自的通信能力分为哪三类？
链路主设备、基本设备和网桥
8. FF总线的通信活动归结起来有哪两类？
受调度通信：由链路活动调度器按预定的时间表周期性依次发起的通信活动。（这种受调度通信一般用于在设备间周期性地传送控制数据。如在现场变送器与执行器之间传送测量或控制器输出信号。）
和非调度通信：在预定调度时间表之外的时间，通过得到令牌的机会发送信息的通信方式。
9. FF现场仪表的功能模块包括？资源块、功能块、转换块。
第九章CAN总线
1.CAN总线最初是有BOSCH公司设计的。
2. CAN总线的主要特点？
1. 多主方式工作。网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。
2. 网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求。
3. 非破坏性总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。
4. 采用报文滤波。即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的“调度”。
5.节点数主要取决于总线驱动电路，可达110个。
6.采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。
7.每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。
3. CAN的通信模型只采用了ISO/OSI模型中的物理层和数据链路层。
4.CAN总线具有两种逻辑状态：隐形和显性。
5.CAN的最大传输速率：1Mbit/s；最远传输距离：10KM。
6. 数据链路层包括：逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子层（MAC）
7. 报文传送由哪4种不同类型的帧表示和控制？
数据帧携带数据由发送器至接收器；远程帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；出错帧由检测出总线错误的任何单元发送；超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。
思考题
1、现场总线的定义。
现场总线是指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
2、现场总线系统的组成。
硬件：总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体/媒介/介体）。连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称为总线装置、节点（主节点、从节点）、站点（主站、从站）。
软件包括：
系统平台软件：为系统构建、运行以及为系统应用软件编程而提供环境、条件或工具的基础软件。包括组态工具软件、组态通信软件、监控组态软件和设备编程软件。
系统应用软件：为实现系统以及设备的各种功能而编写的软件，包括系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件。
组态工具软件——为用计算机进行设备配置、网络组态提供平台并按现场总线协议/规范与
组态通信软件交换信息的工具软件，如RSNetWorx for DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP 。
组态通信软件——为计算机与总线设备进行通信，读取总线设备参数或将总线设备配置、网络组态信息传送至总线设备而使用的软件，如RSLinx
监控组态软件——运行于监控计算机(通常也称为上位机)上的软件，具有实时显示现场设备运行状态参数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析及报表打印等功能。
监控组态软件可使用户通过简单形象的组态工作即可实现系统的监控功能。监控组态软件亦称上位机监控组态软件，如RSView32。
设备编程软件——为系统应用软件提供编程环境的平台软件。当设备为控制器/PLC时，设备编程软件即为控制器编程软件，如RSLogix500（用于SLC500系列和ML系列控制器的32位基于Windows的梯形图逻辑编程软件）、RSLogix5000（用于Logix平台所包括的各种控制器（如Control LogixTM）的编程软件）。
系统用户程序软件——根据系统的工艺流程或功能及其他要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序一般运行于作为主站的控制器中或计算机中。
设备接口通信软件——根据现场总线协议/规范而编写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件。
设备功能软件——使总线设备实现自身功能（不包括现场总线通信部分）的软件。
3、请列举4类现场总线设备。基金会现场总线、LonWorks、Profibus、CAN、HART、RS-485
4、请给出现场总线的技术特点。
现场通信网络数字通信网络开放互连网络现场设备互连网络结构与功能高度分散的系统互操作性与互换性网络
5、请给出5个现场总线的优点。
全数字性、精度高、抗干扰性强、内嵌控制功能、高速通信、多变量测量、多变量传送、系统综合成本低、真正的可互操作性、真正的分散控制、组态操作一致、具有强大的故障诊断功能、采用预测维护技术。
6、请列举现场总线的一些应用领域。
楼宇自动化、家庭自动化、智能通信产品、汽车工业、继电保护和电力监控、物流制药、包装、石油化工、钢铁冶金、机器人等
7、请用图解的形式描绘通信系统的组成, 以及各部分的作用
组成见右图
见第二章第4题第一页
8、请列写几种数据编码波形,并画出其典型波形图
9、数据通信系统有几种传输模式,每种模式各自的特点
基带传输：基带传输是指在基本不改变数据信号频率的情况下，在数字通信中直接传送数据的基带信号，即按数据波的原样进行传输，不采用任何调制措施。它是目前广泛应用的最基本的数据传输方式。局域网、控制局域网
特点：不用调制解调器系统价格低廉较高的数据传输速率（一般为1Mb/s～10 Mb/s）传输距离一般不超过25km 半双工方式或单工方式
载波（带）传输：在载波传输中，发送设备首先要产生某个频率的信号作为基波来承载信息信号，这个基波就称为载波信号，基波频率就称为载波频率。
载波传输是先用数字信号对载波进行调制，然后进行传输的传输模式。
最基本的调制方式有幅值键控(ASK)，频移键控(FSK)和相移键控(PSK)3种，载波传输按这3种不同方式改变载波信号的幅值、频率、相位，形成调制信号后发送。
宽带传输：由于基带网不适于传输语言、图像等信息，随着多媒体技术的发展，计算机网络传输数据、文字、语音、图像等多种信号的任务愈来愈重，因此提出了宽带传输的要求。宽带传输与基带传输的主要区别:一是数据传输速率不同，基带网的数据传输速率范围为0~l0Mb/s，宽带网可达Gb/s;二是宽带网可划分为多条基带信道，能提供良好的通信路径。一般宽带局域网可与有线电视系统共建，以节省投资。
10、当前控制网络所采用的几种网络结构,并写出其中三种结构的优缺点
局域网：（1ocal area network），简称LAN，是处于同一建筑、同一大学或方圆几千米远地域内的专用网络。局域网常被用于连接公司办公室或工厂里的个人计算机和工作站，以便共享资源（如打印机）和交换信息。LAN的覆盖范围比较小，这意味着即使是在最坏情况下其传输时间也是有限的，并且可以预先知道传输时间。知道了传输的最大时间，就可以使用某些设计方法，而在其它情况下是不能这样做的。这同样也简化了网络的管理。以太网（Ethernet）
是一种基于总线的广播式网络
城域网：（metropolitan area network），简称MAN，基本上是一种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。它可能覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市，支持数据和声音，不包含交换单元。MAN有一个分布式队列双总线DQDB（distributed queue dual bus）标准。
广域网：（wide area network），称为WAN，是一种跨越大的地域的网络，通常包含一个国家或州。运行用户应用程序的主机（host）通过通信子网（communication subnet，或简称子网）连接。
无线网：所谓无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份
互联网：互联网互联的网络集合就称为互联网（inter network或internet）。常见的互联网是通过WAN连接起来的LAN集合。“互联网（intemet）”只代表一般的网络互联意思。而Internet （大写的I译为“因特网”）是指特定的世界范围的互联网，它被广泛地用于连接大学、政府机关、公司和个人用户。
11、请列写几种传输介质,并详细描绘其物理特性
双绞线：由按规则螺旋结构排列的两根或四根绝缘线组成。一对线可以作为一条通信线路，各个线对螺旋排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小。
同轴电缆：由内导体（电缆铜芯）、绝缘层、外导体（铜网）及外部保护层（外绝缘层）组成。同轴介质的特性参数由内、外导体及绝缘层的电参数和机械尺寸决定。
光纤：是一种直径为50～100μm的柔软、能传导光波的介质，各种玻璃和塑料可以用来制造光纤，其中用超高纯度石英玻璃纤维制作的光纤可以得到最低的传输损耗。在折射率较高的单根光纤外面用折射率较低的包层包裹起来，就可以构成一条光纤通道，多条光纤组成一束就构成光纤电缆。
一、概念题 1、现场总线 现场总线是指安装在制造或过程区域的现场设备与控制室内的自控制装置 之间数字式、串行、多点通信的数据总线。 2、模拟数据编码 用模拟信号的不同幅度、频率、相位来表达数据的0、1状态。 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。 4、单极性码 信号电平是单极性的。 5、双极性编码 信号电平为正、负两种极性的。 6、归零码（RZ） 归零码在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码。可以很方便地确定每个码元的界限和信号电平。 7、非归零码（NRZ） 非归零码在整个码元时间内维持有效电平。如果两个码元数据相同（例如都是1），则电平保持不变。而这种情况下要求区分每个码元的 电平就必须对每个码元的占用时间做精确确定。否则，就会带来不同步 的问题。 8、差分码 差分码用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”。变化为“1”，不变化为“0”。 9、基带传输 人们把数字数据信号固有的频带称为基带，相应的矩形脉冲信号称为基带信号。 10、载波传输 把数字基带信号记载到连续的高频载波上进行传输的系统叫载波传输或调制传输。 11、单工通信
数据单向传输（无线电广播） 12、半双工通信 数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机） 13、全双工通信 数据可同时双向传输（电话） 两个方向的信号共享链路带宽： 1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或 2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输 14、广播式网络 在广播式网络中，所有连网计算机都共享一条公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他的计算机都会“收听”到这个分组。 15、点到点网络 与广播式网络相反，在点到点网络中，每条物理线路连接一对计算机。 假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储与转发，直至目的结点。 采用分组存储转发与路由选择机制是点到点式网络与广播式网络的重要区别之一。 16、广播风暴 网络上的一个错误数据包的广播，它会引起多个主机立刻响应，一般说来，这种平等的错误数据包会引起风暴严重地成指数增长。 17、本质安全 18、总线供电 19、CSMA/CD 20、CTDMA 21、总线仲裁 二、填空题
几种现场总线技术的介绍比较 ---- [编者按]: 现场总线技术是自动化领域计算机、通讯和网络技术的发展而发展起来的新兴技术，它是先进的电子技术、仪表技术、计算机技术和网络技术的集成体。现场总线（Filedbus）是在生产现场用于连接智能现场设备的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络，现场总线控制系统FCS（Filedbus control system）则是基于现场总线的自动控制系统，即以现场总线作为工厂底层网络，通过网络集成而构成的自动控制系统网络，按照公开、规范的通讯协议在智能设备之间、智能设备与远程计算机之间实现数据传输和信息交换，从而实现控制与管理一体化的综合自动控制系统。纵观控制系统的发展过程，任何一种新的控制系统的出现都是针对旧的控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，并在用户需求和市场竞争等外部因素的推动下占据主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生和发展也经历了同样的过程。[FCS的发展与历史] 现场总线技术(FCS)简介 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、 制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的 基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是 一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算 机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发 展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都 先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设 备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成 本低的特点 :具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短 帧传送、信息交换频繁等特点。 由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网 的特色。所谓PAC，ARC咨询公司率先提出这一概念，他们提出，“目前自动化技术领域出 现了一种新的发展趋势，即高端PLC的功能正在接近小型DCS和SCADA系统的功能，而同时 一种新兴的技术——可编程自动化控制器（PAC）的出现，开始改变PLC市场格局。相比PLC， 这种PAC产品具有更强的通讯能力，更大的存储容量和更快的CPU速度，使PLC成为一种通 用的自动化平台组件。”同时，他们还对PAC的概念进行了详细定义：诸如在一种平台上实 现逻辑控制、传动控制、运动控制和过程控制等多种功能；具有公用对象标记和统一数据库 的多学科开发平台；控制软件允许用户根据多个设备或多个过程单元之间的过程流进行控制 设计具有开放和模块化的结构，无论是工厂的机械设计还是过程行业的单元运行，都能满足 其生产过程特点；网络接口和编程语言等都采用事实上的工业标准，能够实现不同供应商的
《现场总线及其应用第2版主编郭琼课后习题答案》 机电职业技术学院电气工程系 作者：卡尔二毛第一章： 1.过程控制系统的发展经历了那几代控制系统？ 答：共5代。1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC）4.集散控制系统（DCS）5.现场总线控制系统（FCS） 2.阐述DDC控制系统的结构及工作过程？ 答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、输出设备组成。 工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合系统要求性能指标。 3.计算机在DDC控制系统中起什么作用？ 答：完成对生产过程的自动控制、运行参数监视等。 4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？ 答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。 输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。 5.计算机的软件包括哪两大类？各起什么作用？ 答：用户软件和系统软件。用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。 6.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？ 答：集散控制系统：由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机控制系统。核心思想：集中管理、分散控制。 7.简述集散控制系统的层次结构及各层次所起的作用？ 答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级； 分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。 集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。 综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。 8.生产过程包括哪些装置？ 答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。
集散控制系统期末考试试题库及答案解析 一、填空 4. TDC3000系统中，一条LCN网最多可连40 个模块，通过扩大器可连64 个模块。 5. CS3000系统主要由操作站、现场控制站、工程师站、通信总线、通信网关等部分组成。 7.现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构、计算机局部网络的底层控制网络。 9.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、现场总线-电流变换器等。 10. PROFIBUS现场总线的组态软件是STEP7。 11.计算机控制系统由:工业控制机生产过程组成。 12.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、单片机控制 20. CS3000集散控制系统的FCS有标准型、扩展型、紧凑型三种。 22.计算机控制系统按其结构不同可分为集中结构、分散结构大类。 23.集散控制系统由:工业控制机、通信网络、现场检测控制设备大部分组成。 25.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 。
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。 现场总线控制系统：利用现场总线将分布在工业现场的各种智能设备和I/O单元方便的连接在一起构成的系统。 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。 现场总线：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。组态：利用软件工具将计算机的软硬件及各种资源进行配置，使其按预定的功能实现特定的目的。 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，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。 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。 六、问答题 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。
1.计算机控制系统的发展经历了哪几个阶段？各有何特点？ 一、数据采集与处理：计算机并不直接参与控制，对生产过程不会产生直接影响，能对整 个生产过程进行集中监视，可进行越限报警，可以得到大量统计数据。 二、直接数字控制系统（DDC）：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统 有一个功能较齐全的运行操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少，多数情况下应用为单回路控制。 三、监督计算机控制系统（SCC）：一般由两级计算机组成，第一级计算机与生产过程连接， 并承担测量和控制任务，即完成DDC控制，第一级计算机和第二级计算机之间的数据通信，通常采用串行数据链路规程，传送效率一般较低。 四、集散控制系统（DCS）：采用网络技术实现数据的高速远距离传送；采用分布的、相对 独立的控制站在一定程度上避免了多回路集中控制的风险；通过控制站得冗余设计提高了控制系统的可靠性。 五、现场总线控制系统（FCS）：采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协 议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实际需要的控制系统。 2.什么是现场总线？简述现场总线出现的背景？ 1.在生产现场的测量控制设备之间实现双向、串行、多点数字通信的系统称为现场总线； 2.出现的背景是：一是技术基础：现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟 信号及普通开关量信号的传输；二是技术开发和标准制定的战争：不同的国际标准化组织对现场总线的优缺点存在激烈争论。 3.什么是现场总线控制系统？简述现场总线系统技术特点？ 1.现场总线控制系统采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位 于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，各种适应实际需要的控制系统； 2.现场总线系统技术特点：（1）开放性（2）互可操作性与互换性（3）设备智能化（4） 彻底分散（5）现场环境适应性（6）系统可靠性（7）信息一致性（8）经济性（9）易于安装和维护。 4.简述FCS与DCS的区别？FCS有何优点？ 区别是FCS是放弃常规的4~20mA模拟信号传输标准，采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实际需要的控制系统； 5.主流现场总线有哪些？其特点如何？ 1.主流现场总线有DDC，DCS，FCS； 2.DDC：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统有一个功能较齐全的运行 操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少，多数情况下应用为单回路控制。 DCS：采用网络技术实现数据的高速远距离传送；采用分布的、相对独立的控制站在一定程度上避免了多回路集中控制的风险；通过控制站得冗余设计提高了控制系统的可靠性。 FCS：采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实
几种常见的现场总线简介从1984年IEC开始制订现场总线国际标准至今，经过16年的努力和有关各方的协商妥协，最终，采用包括8种类型现场总线的IEC6lI58标准，并于1999年底的投票中得以通过。 2.1 Type l IEC技术报告（即FF H1）FF H1现场总线的网络协议是按照ISOOSI参考模型建立的，它由物理层、数据链路层、应用层，以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。基金会现场总线（FF）是Type1现场总线的一个子集（Subset）。 2.2 Type 2 ControlNet ControlNet现场总线得到美国Rockwell公司支持。它采用了一种新的通信模式：生产者/客户（Producer/Consumermodel）模式。这种模式允许网络上的所有节点，同时从单个数据源存取相同的数据。这种模式最主要的特点是增强了系统的功能，提高了效率和实现精确的同步。 2.3 Type 3 Profibus Profibus得到德国Siemens公司支持。Profibus数据链路层总线存取有两种方式，即令牌环（Token-Ring）方式和主站/从站（Master/Slave）方式。Profibus系列由3个兼容部分组成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA。Profibus-DP适用于设备级控制系统与分散I/O之间高速通信，它使用物理层、数据链路层以及用户接口。Profibus-FMS适用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。Profibus-PA专为过程自动化设计，它能够将变送器和执行器连接到一根公共总线，符合IEC61158.2物理层规范，
现场总线课后答案 现场总线课后答案第一章现场总线技术概述 1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。控制系统的结构包括哪几部分？包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分 3.现场总线的基本定义？现场总线(Fieldbus)：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备传输宽带传输异步转移模式ATM 7.在载带传输中有哪几种常用的数据表示方法？调幅方式、调频方式、调幅方式8.在数据通讯系统中，通常采用哪几种数据交换方式? 线路交换方式报文交换方式报文分组交换
方式9.比较通信系统中的几种拓扑结构。星型结构：在星形拓扑中，每个站通过点-点连接到中央节点，任何两站之间通信都通过中央节点进行。中央节点的结构显得比较复杂，对其要求较高。环型结构：通过中继器进行点-点连接，构成一个封闭的环路。中继器接收前驱站发来的数据，发往后继站。链路是单向的，工作站需有较复杂的网路处理功能。总线型结构：在总线拓扑中，传输介质是一条总线，工作站通过相应硬件接口接至总线上。一个站发送数据，所有其它站都能接收。 10.介质访问控制方式主要有哪两种?说明各自的含义。/CD(载波监听多路访问/冲突检测) 。载波监听CSMA的控制方案是先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其他站的发送信号。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。 2.令牌访问控制方式。令牌方式是一种按一定顺序在各
精品文档过程控制系统考试试题汇总(预测) 编辑：郭长龙河南工业大学 一：填空题28分 1?过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程、测量变送等环节组成。 2.过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3?过程控制仪表的测量变送环节由传感器和变送器两部分组成。 4.过程检测仪表的接线方式有两种：电流二线制四线制、电阻三线制 5?工程中，常用引用误差作为判断进度等级的尺度。 6?压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测 7?调节阀按能源不同分为三类：气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀&电动执行机构本质上是一个位置伺服系统。 9 ?气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 10. 理想流量特性有四类，分别是直线、对数、抛物线、快开。 11. 过程数学模型的求取方法有三种，分别是机理建模、试验建模、混合建模。 12?PID调节器分为模拟式和数字式两种。 13?造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长期存在偏差。 14?自动控制系统稳定运行的必要条件是：闭环回路形成负反馈。 15?DCS的基本组成结构形式是三点一线”。 二：名词解释20分 1?过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2?积分饱和：在积分控制范围内，积分控制输出与偏差的时间积分成正比，当控制输出达到一定限制后就不在继续上升或下降，这就是积分饱和现象。 3?串级控制系统：值采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 4?比例控制系统：凡是两个或多个参数自动维持一定比例关系的过程控制系统，称为比例控制系统。5均匀控制系统：控制量和被控量在一定范围内都缓慢而均匀的变化的系统，称为均匀控制系统。6?超驰控制系统：指在一个控制系统中，设有两个控制器，通过高低值选择器选出能适应安全生产状态的控制信号，实现对生产过程的自动化控制。 7?分程控制系统：一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上调节阀动作的系统称为分程控制系统。 8?阀位控制系统：是综合考虑快速性、有效性、经济性和合理性的一种控制系统。 9?集散控制系统：是把控制技术、计算机技术、图像显示技术及通信技术结合起来，实现对生产过程的监视控制和管理的系统。 10?现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三：简答题32分 1?什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用？怎样控制？ 答：PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为： (1 )比例参数KC,作用是加快调节，减小稳态误差。 (2)积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度 精品文档
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
主流现场总线简介 下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。 1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF） 这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。 基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。 2、CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域网） 最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN 支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。 3、Lonworks 它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。采用Lonworks技术和神经元芯片的产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。 4、DeviceNet DeviceNet是一种低成本的通信连接也是一种简单的网络解决方案，有着开放的网络标准。DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信而且提供了相当重要的设备级阵地功能。DebiceNet基于CAN技术，传输率为125Kbit/s至500Kbit/s,每个网络的最大节点为64个，其通信模式为：生产者/客户（Producer/Consumer），采用多信道广播信息发送方式。位于DeviceNet网络上的设备可以自由连接或断开，不影响网上的其他设备，而且其设备的安装布线成本也较低。DeviceNet总线的组织结构是Open
填空题 控制网络与计算机网络相比主要特点有：、及。 信号所含频率分量的集合称为频谱；频谱所占的频率宽度称之为带宽。 局域网常用的拓外结构有总线、星形和___环形__ _三种。著名的以太网（Ethernet）就是采用其中的___总线____结构。 按交换方式来分类，可以分为_电路交换_ 、_报文交换__和__分组交换___三种。 开放系统互连参考模型OSI中，共分七个层次，分别是应用层、表达层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。 6.常用的有线通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆。 7. PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: PROFIBUS-DP 、PROFIBUS-PA 和PROFIBUS-FMS 。 8. 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。 9 LonT alk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。 10.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。 11. FF总线由低速（FF-H1）和高速(FF-HSE) 两部分组成。 12. 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。 13. FF的网络管理主要由网络管理者、网络管理代理和网络管理信息库。 14.PROFIBUS的总线存取方式有：主站之间采用_令牌方式_传送，主站和从站之间采用_ 主从方式_传送。 17. PROFIBUS的OSI模型由_应用层_ __、__数据链路层_ __和_ 物理层_ _组成三层模型。 18. CAN的ISO/OSI参考模型的层次结构分为数据链路层和物理层。 19.CAN控制器的验收滤波器由4个验收码寄存器和4个验收屏蔽寄存器定义。 CAN总线上用显性和隐形两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。
现场总线试题
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 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
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 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
常用现场总线种类介绍公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
常用现场总线种类介绍 1、PROFIBUS Profibus 作为一种快速总线，被广泛应用于分布式外围组件(PROFIBUS-DP)。除了 PROFIBUS-DP 和 FMS 以外，Beckhoff 还支持驱动器通讯标准 PROFIBUS MC。过程现场总线 2、EtherCAT EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology，用于控制和自动化技术的以太网)是一种用于工业自动化的实时以太网解决方案，性能优越，使用简便。 3、Lightbus 这种经过验证的 Beckhoff 光纤总线系统具有极为优秀的抗 EMI 性能，易于安装，数据流快速、循环且具有确定性。 4、Interbus Interbus 易于配置，通讯快速而可靠。主/从系统的移位寄存器协议可提供高效循环通讯。 5、CANopen 通过有效利用总线带宽，CANopen 可在即使相对较低的数据传输速率时也能实现较短的系统响应时间。秉承了 CAN 的传统优点，例如数据安全性高且具备多主站能力。 6、ControlNet ControlNet 是一种开放式标准现场总线系统。该总线协议允许循环数据和非循环数据通过总线同时进行交换，而两者之间互不影响。 7、SERCOS interface SERCOS 最初作为用于驱动器的快速光纤总线系统研发。采用 Beckhoff SERCOS 总线耦合器，I/O 设备可以实现高速率数据传输和较短的循环时间。 8、Ethernet
（1）CAN的ISO/OSI参考模型的层次结构分为物理层和数据链路层。（2）CAN报文帧格包含11位标识符的标准帧和29位标识符的扩展帧。（3）微控制器和SJA1000之间状态、控制和命令信号的交换都是在控制段中完成的。 （4）SJA1000检测到有复位请求，中止当前报文收、发工作，进入到复位模式，当复位请求位出现1到0的变化，CAN控制器将返回到操作模式。（5）验收滤波器由验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器定义。 （6）改变验收滤波器配置的途径：在运行中改变和在复位模式改变。（7）CAN总线智能节点的软件设计包括：CAN节点初始化、报文发送和报文接收。 （8）CAN总线上用显性和隐性两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。 （9）验收滤波器的滤波模式包括单过滤模式和双过滤模式。 2.远程帧由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 4. CAN总线报文传送由4种不同类型的帧表示，分别是数据帧、远程帧、错误帧、过载帧。 8.过载帧由过载标志和过载界定符组成。 9. CAN总线的同步方式有两种：硬同步和重新同步。 10. SJA1000有两种操作模式：支持CAN2.0A协议的BasicCAN模式和支持CAN2.0B 协议的PeliCAN模式。 18. 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、格式错误、应答错误。 （1）CAN报文中帧类型不包括（C）。 A、数据帧 B、远程帧 C、应答帧D错误帧 （2）SJA1000中，状态寄存器对于微控制器来说是（B）。 A、只写寄存器 B、只读寄存器 C、可读可写 D、以上均不对（4）CAN发送缓冲区列表中，数据长度最大为（D）字节。 A、5 B、6 C、7 D、8 (5) 在（C）模式中才能对CAN寄存器的进行设置。 A、工作模式 B、操作模式 C、复位模式 D、自检模式 （7）可以作为CAN总线的传输介质是（D）。 A、光纤 B、双绞线 C、同轴电缆 D、以上均可 （8）下面哪种说法是错误的（C）。 A、CAN是目前为止唯一有国际标准的现场总线。 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。 （9）在一个给定的CAN系统中，位速率是（C）。 A、唯一的 B、固定的 C、唯一且固定 D、唯一但不固定
《现场总线》历年期末试卷答 一. 填空题 1.控制网络与计算机网络相比主要特点有：数据传输的及时性和系统响应的实时性、高可靠性及互可操作。 2.信号所含频率分量的集合称为频谱；频谱所占的频率宽度称之为带宽。 3.局域网常用的拓外结构有总线、星形和___环形__ _三种。著名的以太网（Ethernet）就是采用其中的___总线____结构。 4.按交换方式来分类，可以分为 _电路交换 _ 、 _报文交换__和__分组交换___三种。 5.开放系统互连参考模型OSI中，共分七个层次，分别是应用层、表达层、会话层、传输层、网络层、数据链路层 和物理层。 6.常用的有线通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆。 7. PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。 8. 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。 9 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。 10.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。 11. FF总线由低速（FF-H1）和高速(FF-HSE)两部分组成。 12. 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。 13. FF的网络管理主要由网络管理者、网络管理代理和网络管理信息库。 14.PROFIBUS的总线存取方式有：主站之间采用_令牌方式 _传送，主站和从站之间采用_ 主从方式_传送。 17. PROFIBUS的OSI模型由_应用层_ __、__数据链路层 _ __和_ 物理层 _ _组成三层模型。 18. CAN的ISO/OSI参考模型的层次结构分为数据链路层和物理层。 19.CAN控制器的验收滤波器由4个验收码寄存器和4个验收屏蔽寄存器定义。 20.CAN总线上用显性和隐形两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。 21.CAN报文的位流根据非归零编码方法来编码。 22. 验收滤波器的滤波模式包括单滤波模式、双滤波模式。 23.多路复用技术有时分多路、频分多路、码分多路。 24. CAN报文帧格包含11位标识符的标准帧和29位标识符的扩展帧。 二. 名词解析： 1．现场总线2.报文过滤3. 虚拟现场设备VFD 4.工业以太网5.本质安全技术6.链路活动调度器7.控制网络8. 计算机网络9. 总线仲裁：10.多路复用：11. 网桥：12.网络协议 1、现场总线：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。 2、报文过滤：一个用软件或硬件设备对向网络上传或下载的数据流进行有选择的控制过程。 3、虚拟现场设备VFD：应用进程中的网络可视对象和相应的OD 在FMS 中称为虚拟现场设备VFD。是一个自动化系统的数据和行为的抽象模型。它用于远距离查看对象字典中定义过的本地设备的数据, 其基础是VFD 对象。VFD 对象包含有可由通信用户通过服务使用的所有对象及对象描述。对象描述存放在对象字典中, 每个VFD 有一个对象描述。因而虚拟现场设备可以看作应用进程的网络可视对象和相应的对象描述的体现。 4、工业以太网是以太网、甚至是互联网系列技术延伸到工业应用环境的产物；工业以太网涉及企业网络的各个层次，无论是应用于工业环境的企业信息网络，还是基于普通以太网技术的控制网络，以及新兴的实时以太网，均属于工业以太网的范畴。 5、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。 6、链路活动调度器：总线通信中的链路活动调度，数据的接收发送，活动状态的探测、响应，以及总线上各设备间的链路时间同步，都是通过数据链路层来实现。每个总线网段上有一个媒体嗯控制中心，称为链路活动调度器LAS。 7、控制网络：将多个分散在生产现场，具有数字通信能力的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，以现场总线作为通信连接的纽带，把现场控制设备连接成为可以相互沟通信息，共同完成自控任务的网络系统与控制系统。 8、计算机网络：用通信手段将空间上分散的、具有独立处理能力的多台计算机系统互连起来，按照某种网络协议进行数据通信，以进行信息交换、实现资源共享和协同工作的计算机系统的集合。 9、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”。为解决这种冲突，就需进行总线占有权的“仲裁”。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。
1.集散控制系统的核心思想是集中管理、分散管理。 2.比特率是一种数字信号的传输速率，表示单位时间内传送的二进制代码的有效位数。 3.在网络控制方法中，常用的介质访问控制方法有总线方式的CSMACD方法、环形结构的 令牌环方法、令牌总线方法。 4.Profibus现场总线根据应用特点和用户不同的需要可分为Profibus–FMS、Profibus–DP、 Profibus–PA三个家族成员。 5.集线器是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。 6.Profibu s网络的硬件又主站、从站、网络部件、网络工具等组成。 7.经过扩展的诊断功能是对故障进行快速定位，诊断信息分为站诊断信息、模块诊断信息 和通道诊断信息等3级。 https://www.doczj.com/doc/957958002.html,–link采用主从通信方法，可由1个总站和64个从站组成，为防止主站出现故障而导 致整个系统瘫痪，系统可设置备用主站。 9.串行通信可分为同步传输和异步传输两种传输方式。 10.波特率是一种数字信号的调制速率，指数据信号对载波的调制速率，用单位时间内载波 的调制状态的改变次数来表示。 11.在数据通信系统中通常采用数据交换方式有线路交换、报文交换和分组交换。 12.交换机一种基于MAC地址识别，采完成封装转发数据包功能的网络设备，又称多端口。 13.现场总线控制系统的核心思想是功能分散、危险分散、信息集中。 14.Profibus的总站有4种工作方式，分别为离线模式、停止模式、消除模式、操作运行模 式。 15.根据现场设备控制系统中起的作用不同，现场设备可为1类主站、2类主站和从站3种类 型。 16.信息帧主要包括设备地址、功能代码、数据段错误检测域。 二、判断题 1、多模光纤性能优于单模光纤。× 2、光纤不受外界电磁干扰与噪声影响。√ 3、令牌访问原理可用于环形网络，不可用于总线网，构成令牌总线网络。× 4、如果需要检测5个错误，则海明距离知识应为6. √ 5、在网络互连时，网桥可以实现相异网络在网络层的互连。× 6、在理论上看，并行传输的信号传输速率比串行传输的信号传输速率高。√ 7、在Profibus网络中，从站数目最多只有126.× 8、在Profibus–PA网络中，采用单股屏蔽的A型电缆允许最大电缆总长度为1900. √ 9、在Profibus系统中，使用的连接模块不占用DP网络中的从站地址。× 1.简述控制系统的发展历程，并举例说明该时期的控制系统特点。 答：（1）基地式仪表控制系统非电物理量（0.02-0.1MPa气动信号）、需要工人现场巡视（2）模拟仪表控制系统模拟电量（0-10V、4-20mA电信号）、集中控制 （3）直接式数字控制系统数字电量（单片机、PLC等）、集中控制 （4）集散控制系统模拟电量和数字电量混合、集中控制，分散管理 （5）现场总线控制系统全数字电量（智能节点设备、PLC等）、信息集中，危险分散，功能分散 2.简述通信系统的组成。 答：（1）信息源：信息的来源，作用是将原始信息转换为相应的信号（通常称为基带信号）。电话机的话筒、摄像机等都属于信源。 （2）发送设备：对基带信号进行各种变换和处理，如放大、调制等，使其适合在信道中传输。（3）传输介质：发送设备和接收设备之间用于传输信号的介质。 （4）接收设备：功能与发送设备相反，对接收信号进行必要的处理和变换后，恢复为相应的基带信号。 （5）接收者：信息的接收者，与信源相对应，将恢复的基带信号转换成相应的原始信息。电话机的听筒、耳机以及显示器等都属于信宿。 （6）干扰源：信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处噪声的集中表现。 3.在现场总线电缆上主要的干扰源有哪些?针对这些不同的干扰，所采取的抑制干扰的方法是什么? 答：（1）内部噪声，选择高质量的、标配的传输介质 （2）信号反射，使用终端电阻器。 （3）不同类型导线间的干扰。同一类型的电缆可以放在一起，同方向地安置在同一个电缆槽中。不同种类的电缆相互之间必须保持一定的距离，并且当它们相互交叉时必须正交交叉，不能有任何平行（即便是很短的距离）排列。不同类型的电缆相互之间必须保持的最小距离。可以使用相互隔离的电缆槽把不同种类的电缆排列在一起，必须做到相互之间完全用金属槽隔离，金属槽的结合部要使用低电阻和低电感的导体可靠地连接起来（最好焊接，但要防止被腐蚀），然后接地，金属槽应和建筑物等电势。 （4）在有高频干扰的地方，电缆屏蔽层的两端必须可靠地接地，但在电气环境恶劣的某些工厂，比较明显地存在着电势差，从而造成屏蔽层中流过电流。 4.请给出3种在现场总线网络中使用RS485中继器的场合。答：（1）扩展网络（2）改变网络拓扑（3）信号隔离 7. 举例简述海明码的编码规则。 （1）发送端的编码 根据要传输的数据单元的长度，确定冗余位的个数；确定各冗余位在数据单元中的位置； 计算出各冗余校验位的值；排列成包含冗余校验位的数据序列，按此序列发送。 a. 确定冗余位的个数 设纠正单比特错误需增加的冗余位数为r，r应满足：2r≥m + r + 1；m为数据单元的长度。如7位的ASCII码，m为7，取r为4可满足上式；且r为4是满足上式的最小取值。要纠正7位ASCII码中的1位错误，需要增加4个冗余位。 b. 确定各冗余位在数据单元中的位置 将4个冗余位分别编号为R1, R2, R3, R4 ，按海明码的编码规则，这4个冗余位应分别插到数据单元的20, 21, 22, 23位置上，即R 1, R2, R3, R4将被分别插入到数据单元的D1，D2，D4，D8的位置上。 c. 计算出各冗余校验位的值 海明码的每个冗余位的值都是一组数据的奇偶校验位。冗余比特位R 1, R2, R3, R4分别是4组不同数据位的奇偶校验位，采用二进制数据来表示海明码11个数据位数有0001；0010；0011；0100；0101；0110；0111；1000；1001；1010，1011这11种情况,对这11种情况中位数最低位为1的位置进行偶校验，即对0001；0011；0101；0111；1001，1011这6个数据位做偶校验，得到的偶校验码为R 1的值,即R 1为对从低位数起的第1、3、5、7、9、11这6位作偶校验而得到的校验位。 （2）接收端的解码判断 按与发送方相同的方法，计算出接收数据的冗余校验位；排列成包含冗余校验位的数据序列；将按计算结果排列出的数据序列与接收到的数据序列比较，判断传输过程是否有错；是哪一位出错，并将出错位取反，以纠正该错误。 9.简要列举6种比较有影响的现场总线。（12分） （1）FF-----基金会总线（FF，Foundation Fieldbus）是在过程自动化领域得到广泛支持和具有专有良好发展前景的技术。 （2）Profibus------过程现场总线的缩写，于1989年正式成为现场总线的国际标准。是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。 （3）CAN-------是控制器局域网的简称，由德国BOSCH公司提出，最早用于汽车内部测量和执行部件之间的通信。 （4）Lonworks-------是局部操作网络的缩写，1992年由美国Echelon公司和Motorola、Toshiba 公司倡导；最初主要应用于楼宇自动化。 （5）CC-Link-------- 1996年由日本三菱电机主导的公司推出，唯一起源于亚洲地区的总线系统。CC-Link是控制与通信链路系统的缩写。 （6）Modbus---------是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。 10.常用的网络互连设备有哪些？他们的主要作用是什么？（8分） 答：（1）中继器：在相同网络中实现信号的复制，增加网络长度，即重发器，作用为物理层之间的简单连接，复制比特信号。 （2）网桥：在相似网络中实现信号存储转发设备，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。 （3）路由：在相异网络中实现信号传输的设备，路由可为信号传输选择一条最佳的路径。（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。 11. 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3种解决该问题的方法。（6分） 答：(1)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16mm2），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。 (2)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。 (3)使用光缆传输。 14.假设准备发送的数据信息码是1101011011，生成多项式为G(x)=x4+x+1,求T(x)。（10分） ①计算信息编码多项式T(x) M(X)=1101011011 G(x)=10011 生成多项式的最高次幂r=4，信息码附加4个0后形成新的多项式。 M'(x)：11010110110000 ②用模2除法求M'(x)/G(x)的余数 ③得出要传输的循环冗余校验码多项式 将余数1110直接附加在M(x)的后面得T(x)=11010110111110 ④接收端对接收到的T(x)进行校验 设接收端接收到的数据为多项式T’(x)，将T’(x)除以G(x)，若余数为0，即T’(x)=T(x)，则认为没有错误。 T’(x)/G(x)=(Q(x)×G(x)+R(x)+R(x))/G(x) =(Q(x)×G(x))/G(x)=Q(x)