简答题
1. 请简述现场总线的概念及其技术特点
答：
现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。由此网络构成的系统称为现场总线控制系统。
a) 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。b) 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。c) 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。d) 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。
2. Profibus由那三个子集组成，其技术特点各有哪些？
答：
Profibus由Profibus Dp，Profibus FMS 和Profibus PA三个子集组成；a) Profibus Dp 是专为自动控制系统与设备级分散IO之间的通信而设计的，用于分布式控制系统设备间的高速数据传输 b) Profibus FMS适用于承担车间级通用性数据通信，可提供通信量大的相关服务，完成中等传输速度的周期性和非周期性通信任务。 c) Profibus PA是专为过程自动化而设计的，采用IEC1158-2中规定的通信规程，适用于安全性要求较高的本质安全应用，及需要总线供电的场合。
3.试述CAN总线的同步机制及规则。
答：
同步机制：CAN总线的位同步只有在节点检测到隐性位1到显性位0的跳变时才会产生，当跳变沿不位于位周期的同步段之内时将会产生相位误差，该相位误差就是跳变沿与同步段结束位置之间的距离。如果跳变沿发生在同步段之后采样点之前，则为正的相位误差；如果跳变沿位于同步段之前采样点之后，则为负的相位误差，相位误差源于节点的振荡器漂移，网络节点之间的传播延迟及噪声干扰等。CAN协议规定了两种类型的同步：硬同步和重同步。同步规则：①在一个位时间内仅允许一种同步；②只要先前采样点检测到的数值不同于边沿后即现的总线数值，边沿即用于同步；③总线空闲期间，当存在隐性至显性的跳变沿时即完成硬同步；④所有满足规则①②的其他隐性至显性的跳变沿用于重同步；例外情况是，若只有隐性至显性沿用于重同步，则由于具有正相位误差的隐性至显性沿的结构，发送器将不完成重同步。
4.现场总线控制网络与上层网络的连接方式有哪几种？
答：
一是采用专用网关完成不同通信协议的转换，把控制网段或DCS连接到以太网上。二是将现场总线网卡和以太网卡都置入到工业PC的PCI插槽内，在PC内完成数据交换。三是将WED服务器直接置入到PLC或现场控制设备中，借助WED服务器和通用浏览工具，实现数据信息的动态交互。
5.传输差错的类型，冗余校验技术的类型有哪些？
答：
一般按照单位数据域内发生差错的数据位数及其分布分为以下三种错误类型：（1）单比特错误：在单位数据域内只有一个数据位出错。（2）多比特错误（离散错误）：在单位数据域内有1个以上不连续的数据位出错。（3）突发错误：在单位数据域内有2个或2个以上连续的数据位出错。差错检测中广泛采用冗余校验技术。即在基本数据信息的基础上加上附加位，在接收端通过这些附加位的数据特征，校验判断是否发生了传输错误。（1）
奇偶校验（2）纵向冗余校验LRC（Longitudinal Redundancy Check）（3）循环冗余校验CRC（Cyclic Redundancy Check）
6.循环冗余校验的工作原理
答：
原理如图所示：
注意：（1）k为生成多项式G(x)的最高幂值；（2）CRC校验码生成是采用二进制模二算法，即减法不借位，加法不进位。这是一种异或操作。【例】设数据为1011010，生成多项式为G（x）＝x4+x+1，求数据1011010的CRC编码。求解过程如下：余数多项式对应的校验码为：1111, 所求的CRC编码为10110101111。
7、网络传输介质的访问控制方式有哪些？各自特点
答：
a．载波监听多路访问/冲突检测（ CSMA/CD ）载波监听CSMA的控制方案是先听再讲。一个节点要发送数据，首先需监听总线。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。这种避免冲突的发送等待策略，称为坚持退避算法。冲突检测：由于传输线上不可避免的有传输延迟，有可能多个节点同时监听到线上空闲并开始发送，从而导致冲突。故每个工作节点发送信息之后，还要继续监听线路，判定是否有其他节点正与本节点同时向传输线发送。一旦发现，便中止当前发送。
b. 令牌（token) 令牌方式是一种按一定顺序在各站点传递令牌的方法。谁得到令牌，谁才有权发起通信。（1）令牌环（token-ring）方式用于环形局域网。表示发送权的令牌在环形信道上不断循环。环上每个相应站点都可获得发报权，而任何时刻只会有一个站点利用环路传送报文。（2）令牌总线（token- bus）方式用于总线网络拓扑。网上各工作站按一定顺序形成一个逻辑环。每个工作站在环中均有一个指定的逻辑位置，末站的后站就是首站，即首尾相连。每站都了解先行站（PS）和后继站（NS）的地址，总线上各站的物理位置与逻辑位置无关。
c. 时分复用（Time Division Multiplex ，TMD）是指为共享介质的每个节点预先分配好一段特定的占用总线的时间。各个节点按分配好的时间及其先后顺序占用总线的介质访问控制方式。（1）同步时分复用：指为每个节点分配相等的时间，而不管通信数据量的大小。（2）异步时分复用：指为每个节点分配的时间长度不一，根据通信数据量的大小不同而不同。
8.按不同用途，CAN报文帧的类型主要有哪些？
CAN2.0A规范所规定的报文帧被称为标准格式的报文帧； CAN2.0B规范规定了标准和扩展两种不同的帧格式；标准格式具有11位标识符；扩展格式具有29位标识符。（1）根据报文帧标识符的长度，可分为标准帧和扩展帧。（2）根据CAN报文帧的不同用途，可分为：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧。
9.PROFIBUS的物理层传输技术有什么？分别应用于那个子集？
答：
DP和FMS采用RS-485传输技术, PA的IEC 1158-2传输技术
10.PROFIBUS的介质存取控制协议是什么？
答：
三种PROFIBUS（DP、PA、FMS）均使用到介质存取控制协议—Token Passing。(令牌环协议)。介质存取控制（MAC）具体控制数据传输的程序，必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。主站之间采用令牌传送方式，主站和从站之间采用主从方式。
11.信号在电缆上高速传输时，如何避免信号反射引起的信号畸变？
答：
通常在电缆的两端接入终端电阻，用来吸收传到两端的能量。
12．什么是监控组态软件？
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。
13．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。
14.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。
15.通信方式按照信息的传输方向分为哪几种?
答：
单工 (simplex)方式；半双工(Half duplex)方式；全双工 (Full duplex)方式
16.什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。
答：
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。
17.现场控制网络完成哪些通信任务？
答：
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。
18.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？
答：
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
19.工业控制系统的发展分为几个阶段？
答：
工业控制系统大致经历了基地试仪表控制系统、集中式数字控制控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统等几个主要阶段。每个阶段的控制系统在结构上都有明显的改进，都有一种标志性的设备。
20.现场总线与一般计算机通信的区别？
答：
1.功能不同
2.性能指标的差异3．网络结构的不同
21.简述RS-485传输技术的基本特征。
答：
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
22.什么是本质安全：
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。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。
23.什么是控制网络：
答：
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。
24.什么是总线仲裁？
答：
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。
25.请简述现场总线技术的特点
答：
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。
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。
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。
a)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。
26.工业以太网络有哪些特点？
答：
(1)工业生产现场环境的高温、潮湿、空气污浊以及腐蚀性气体的存在，要求工业级的产品具有气候环境适应性，并要求耐腐蚀、防尘和防水。
(2)工业生产现场的粉尘、易燃易爆和有毒性气体的存在，需要采取防爆措施保证安全生产。
(3)工业生产现场的振动、电磁干扰大，工业控制网络必须具有机械环境适应性（如耐振动、耐冲击）、电磁环境适应性或电磁兼容性等。
(4)工业网络器件的供电，通常是采用柜内低压直流电源标准，大多的工业环境中控制柜内所需电源为低压24V直流。
(5)采用标准导轨安装，安装方便，适用于工业环境安装的要求。工业网络器件要能方便地安装在工业现场控制柜内，并容易更换。
27. 分析一下CAN总线如何进行位仲裁的？
答：
利用CSMA访问总线，可对总线上信号进行检测，只有当总线处于空闲状态时，才允许发送。利用这种方法，可以允许多个节点挂接到同一网络上。当检测到一个冲突位时，所有节点重新回到‘监听’总线状态，直到该冲突时间过后，才开始发送。在总线超载的情况下，这种技术可能会造成发送信号经过许多延迟。为了避免发送时延，可利用CSMA/CD方式访问总线。当总线上有两个节点同时进行发送时，必须通过“无损的逐位仲裁”方法来使有最高优先权的的报文优先发送。在CAN总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11位或29位数字的ID。CAN总线状态取决于二进制数‘0’而不是‘1’，所以ID号越小，则该报文拥有越高的优先权。因此一个为全‘0’标志符的报文具有总线上的最高级优先权。可用另外的方法来解释：在消息冲突的位置，第一个节点发送0而另外的节点发送1，那么发送0的节点将取得总线的控制权，并且能够成功的发送出它的信息。
28.什么是现场总线？现场总线出现的历史背景是怎样的？
定义：1、用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化的、双向、多站的
通信系统；2、广义上是控制系统与现场检测仪表、执行装置进行双向数字通信的串行总线系统；3、基于智能化仪表及现场总线的控制系统FCS；4、一种数字化的串行双向通信系统。从20世纪50年代至今一直都在使用着一种信号标准，那就是4一2OmA的模拟信号标准。20世纪70年代，数字式计算机引人到测控系统中，而此时的计算机提供的是集中式控制处理。
20世纪80年代，微处理器在控制领域得到应用，微处理器被嵌人到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。
随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能的智能设备。一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图等功能
通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开始得到广泛应用。与此同时，基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记录、环境监视需求的增加，都要求仪表能在当地处理信息，并在必要时允许被管理和访问，这些也使现场仪表与上级控制系统的通信量大增。另外，从实际应用的角度出发，控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。由此，导致了现场总线的产生
29.与DCS系统相比，FCS有哪些特点？有哪些优越性？
答：
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自治性系统结构的高度分散性对现场环境的适应性
优越性：FCS实现全数字化通信 FCS实现彻底的全分散式控制 FCS实现不同厂商产品互联、互操作 FCS增强系统的可靠性、可维护性 FCS降低系统工程成本4.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能?
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。
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。
30.以太网技术作为现场总线技术具有哪些技术优势？
答：
1）采用以太网作为现场总线，可以保证现场总线技术的可持续发展
2）以太网受到广泛的开发技术支持
3）由于以太网是应用最广泛的计算机网络技术，它也受到硬件开发商的高度重视，这使得以太网系统的设计有广泛的硬件产品可供选择。
（4）由于以太网己被使用多年，以太网具有大量的软件资源，人们对以太网设计、应用有很多的经验，对以太网技术十分熟悉。
最重要的是，如果采用以太网作为现场总线技术，可以避免现场总线技术游离于计算机网络技术的发展主流之外，使现场总线技术和计算机网络技术的主流技术很好地融合起来，形成现场总线技术和一般的计算机网络技术相互促进的局面。
31.简述自动控制系统的发展四个阶段及其体系结构
答：
1.模拟仪表控制系统(ACS) 缺点：信号变化缓慢，计算速度精度比较低、信号传输的抗干扰能力较差。
2.直接数字控制系统(DDC) 优点：集中管理、控制、监视、报警和收集历史
数据等。缺点：布线费用高、不便于扩展、危险集中、可靠性低等。3 集散控制系统（DCS)系统主要缺点（1）信息集成能力不强（2）系统不开放、可集成性差、专业性不强（3）可靠性不易保证4）可维护性不高。4、现场总线控制系统（FCS)现场总线技术主要特征是采用数字式通信方式取代设备级的4-20mA(模拟量)/24VDC(开关量)信号，使用一根电缆连接所有现场设备。
32.与DCS相比FCS在结构上有哪些优越性？
答：
1 实现全数字化通信；2实现彻底的全分散式控制；3实现不同厂商产品互连、互操作；4增强系统的可靠性、可维护性；5降低系统工程成本。
什么是系统实时性？
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。
33.简述影响系统实时性因素
答：
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
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
四、应用题
1.某企业想要建设工业以太网，其现场设备包括Profibus DP的设备、模拟数字信号的采集、设备的流程控制等，按照工业以太网的三层网络标准，请画出相应的以太网络图，并列出主要的设备及其功能。答：其主要以太网图形如下：
网络中主要包括以下设备：控制或设计用计算机、交换机、网关等，其功能如下：
计算机，主要用来实现企业管理层的决策、网络的组态及维护，生产设备的日常调度及控制等 。
网关，主要实现以太网协议与Profibus 协议的转换，方便不同协议的网络实现互联，最终实现数据的共享等。
交换机，是以太网组建的主要硬件载体，其功能是实现网络上各设备间的数据链路功能。
2. CRC 校验码是网络通信中普通采用的形式，假设待发送的消息为1000100101，生成多项式
选用G=X 5+X 4+X 2+1，CRC 校验码为多少，发送方发出的信息为什么？
解:根据待发送的消息10 0010 0101,可得
信息字段代码: 952()1m x x x x =+++ 代码为: 10 0010 0101
生成多项式: 542()
1G x x x x =+++ 代码为:11 0101 5141075()m x x x x x x =+++ 代码为:100 0100 1010 0000
5()m x x 再与()G x 进行模2的除法运算，相当于按位异或，即
1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0
1 1 0 1 0 1
------------------------------------
0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0
1 1 0 1 0 1
------------------------------------
0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0
1 1 0 1 0 1
------------------------------------
0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0
1 1 0 1 0 1
------------------------------------
0 1 0 0 0 1 0 0 0
1 1 0 1 0 1
------------------------------------
0 1 0 1 1 1 0 0
1 1 0 1 0 1
------------------------------------
0 1 1 0 1 1 0
1 1 0 1 0 1
------------------------------------
0 0 0 0 1 1 <----余数 即校验码
发送方发出的信息：100010010111
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
《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。
现场总线复习资料2015-6 考试形式：闭卷带2B铅笔与橡皮 题型：选择题、填空题简答题 一、选择题 1. 在ISO通信模型中，用于定义如何开始、控制和结束一个会话的是（B） A 应用层 B 会话层 C表示层D网络层 2. MPI网络通过加中继器最大通信距离可扩展到（C.）。 A. 2100m B. 5100m C. 9100m D. 12100m 3. S7-300的MPI全局数据包通信方式中，全局数据包的最大长度为（C.）。 A. 76B B. 128B C. 22B D. 54B 4. 在S7基本通信的单边通信方式中，CPU要调用（B） A. “GET”、” PUT” B. “X_GET”、”X_PUT” C. “I_GET”、” I_PUT” D. “U_GET”、”U_PUT” 5. 下列哪种现场设备不能使用PROFIBUS-PA总线技术通信（D） A 启动执行器 B 电磁阀 C 测量变送器 D 电动机 6. 下列那种协议或通信技术不属于PROFIBUS总线技术（D） A DP B PA C FMS D PROFINET 7. 每个DP系统均由不同类型的设备组成，这些设备分为不包括哪一类（D） A 1类DP主站 B 2类DP主站 C 从站 D 3类DP主站 8. CP1613是带有微处理器的（B.）以太网卡。 A. PS2 B. PCI C. USB D. IDE 9.下列哪一型号的网络交换机不具备网络管理功能？（ A） A. SCALANCE X100 B. SCALANCE X200IRT C. SCALANCE X300 D. SCALANCE X400 10.下列通信接口中不属于串行通信接口的是（C） A. RS-232C接口 B. RS-485接口 C. PROFIBUS接口 D. 20mA TTY接口 11. 下列选项中，哪个不属于全集成自动化的三个统一性（C） A 统一的数据管理 B 统一的通信 C 统一的系统设计 D 统一的组态和编程 12. 在S7基本通信的双边通信方式中，CPU要调用(A)功能块。 A. “X_SEND”、” X_RCV” B. “USEND”、”URCV” C. “AG_SEND”、” AG_RCV” D. “BSEND”、”BRCV” 13. S7基本通信方式可以传输的最大用户数据量为（D.）。 A. 22B B. 54B C. 64B D. 76B
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
南京工程学院 现场总线大作业 课程名称基于CANopen总线的温度测量节点的设计 院（系、部、中心）自动化学院 专业自动化 班级、姓名数控133 吴雅雯 起止日期 2016/11/4 -2016/12/14 3 7
目录 一、设计任务 3 二、总体方案 3 三、硬件设计 4 四、软件设计 6 五、设计总结 8 六、参考文献 8
一、设计任务 1．系统整体方案设计，包括 （1）课题分析，方案选择； （2）主控制器和通信控制器的选择； （3）温度传感器的选择 （4）系统总体结构框图及各模块功能。 2．系统硬件设计，包括： 2.1测量对象的数据采集 （1）测量电路的设计； （2）数据采集电路的设计； 2.2 CAN通信最小系统的设计 （ 1）主控制器最小系统电路 （2）根据主控制器的类型（是否集成CAN控制器功能）设计CAN通信接口与驱动电路； 3．CANopen通信节点的软件设计； （1）数据采集模块程序流程； （2）主程序流程设计； （3）底层CAN通信程序流程设计，及各功能模块子程序设计，包括：初始化程序设计、接收报文程序设计、发送 报文程序设计； （4）应用层的CANopen协议程序设计； （5）CANopen对象字典部分的程序设计，依据DS301和DS401对CANopen 对象字典进行配置； 二、总体方案
CAN是 Contro l erAreaNetwork的缩写, 即控制器局部网,通常称为CANbus(CAN总线),是一种支持分布式控制的串行通信协议。CAN最初出现在汽车工业中,是20世纪80年代德国 Bosch 公司为汽车的监控、控制系统而设计的,主要是解决汽车中的电子控制装置之间的通信,减少不断增加的信号线。CAN总线的直接通信距离最远可以达到10 km, 此时通信速率为 5 kbps以下;而通信速率最高可达1 Mbps, 此时通信距离长为 40 m。同时 CAN总线的通信媒介采用双绞线或光纤,选择灵活,其结构较简单,总线接口芯片支持8位、16位的CPU。 由于CAN总线采用短帧结构,在标准格式中,短帧的字节数为8个,因此传输时间短,受干扰的概率低,重新发数据帧的时间短,并且每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,这样可以保证极低的数据出错率。CAN总线上的节点在错误严重时,可以自动关闭总线的功能,使总线上的其它操作不受到影响。由于CAN总线的数据通信具有卓越的特性及极高的可靠性,因而非常适合工业过程监控设备互连,也是最有前途的现场总线之一[2]。由于CAN 总线的特点,使得其广泛地应用于电力、航空航天、治金、交通工具、机器人、医疗设备、环境监控和家用电器等众多领域。本文提出基于CAN总线的温度测量节点的设计。 1系统总体结构设计 图1分布式温度测量节点结构框图
现场总线考试复习资料计算机科学学院 第二章现场总线与工业控制网络技术基础 1.数据概念 信息是指有用的知识或消息，网络通信的目的就是为了交换信息。数据是信息的表达方式，可以是数字，文字，声音，图像和图形等。信号时数据在传输过程中的电磁波表达形式 2.模拟信号和数字信号 模拟信号是指信号的因变量对时间的取值是连续变化的信号。数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号通常表现为离散的脉冲形式。 3.通信方式有几种？串行通信，并行通信 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
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.发电机组并入电网后，应能迅速进入状态，其暂态过程要，以减小对电力系统的扰动。c A 异步运行，短B异步运行，长 C 同步运行，短D同步运行，长 2.最大励磁限制是为而采取的安全措施。d A 防止发电机定子绕组长时间欠励磁B防止发电机定子绕组长时间过励磁 C 防止发电机转子绕组长时间欠励磁D防止发电机转子绕组长时间过励磁 3. 当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压落后电网电压，则发电机。d A 发出功率，发电机减速B发出功率，发电机增速 C 吸收功率，发电机减速D吸收功率，发电机增速 4.同步发电机的运行特性与它的值的大小有关。d A 转子电流B定子电流 C 转速D空载电动势 5.自动并列装置检测并列条件的电压人们通常成为。a A 整步电压B脉动电压 C 线性电压D并列电压 6只能在10万千瓦以下小容量机组中采用的励磁系统是。b A 静止励磁机系统B直流励磁机系统 C 交流励磁机系统D发电机自并励系统 7. 自动低频减载装置是用来解决事故的重要措施之一。c A 少量有功功率缺额 B 少量无功功率缺额 C 严重有功功率缺额D严重无功功率缺额
8. 并列点两侧仅有电压幅值差存在时仍会导致主要为的冲击电流，其值与电压差成。b A有功电流分量，正比 B 无功电流分量，正比 C有功电流分量，反比D无功电流分量，反比 9.由于励磁控制系统具有惯性，在远距离输电系统中会引起。d A 进相运行B高频振荡 C 欠励状态 D 低频振荡 10.容量为的同步发电机组都普遍采用交流励磁机系统。d A 50MW以下 B 10万千瓦以下 C 10万兆瓦以上 D 100MW以上 11电网中发电机组在调速器的工作情况下是电网的特性。b A 功率特性B一次调频频率特性 C 二次调频频率特性 D 调节特性 12.调差系数δ〉0时为调差系数，调节特性为。a A 正，下倾B负，下倾 C 正，上翘 D 负，上翘 13.发电机并列操作中，当相角差较小时，冲击电流主要为。a A 有功电流分量B无功电流分量 C 空载电流分量D短路电流分量 14.调速器通常分为机械液压调速器和调速器。c A 电子液压调速器B电机液压调速器 C 电气液压调速器D电瓶液压调速器 15.对励磁系统进行分析，首先要求写出控制系统各个单元的。b
FF现场总线及应用实例 l.FF 现场总线特点 基金会现场总线(Foundation Fieldbus)通常称为FF 现场总线，它分为HI 和四两级总线。HI 采用符合IEC 61158-2 标准的现场总线物理层;H2 则采用高速以太网为其物理层。 HI 现场总线物理层的主要电气特性如下:采用位同步数字化传输方式;传 输波特率为31. 25kb/s;驱动电压9~32VDC;信号电流土如lA.;电缆型式屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线型、树型、星型或者符合型;电缆长度小于等于1900m(无中继器时);分支电缆的长度30~12Om;挂界设备数量小于等于32 台(无中继器时);可用中继器小于等于4 台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。 HI 现场总线在一根屏蔽双绞线电缆上完成对多台现场仪表的供电和双向数字通信。控制系统所配备的HI 网卡通常只负责与现场仪表的双向通信。而总线的供电则需由专门的FF 配电器完成。HI 总线以段为单位，每块HI 网卡 有两个端口，每个端口连接一个段，而每一段需配一台FF 配电器。总线的两 端还需各配一个终端电阻，以消除高频信号的回声。 2.基于FF 现场总线的球团竖炉控制系统 根据FF 总线系统体系结构，结合竖炉造球生产的工艺特点，将竖炉造 球控制系统结构设计如下，如图10-2 所示。 整个系统由配料烘干电气控制系统、造球筛分电气控制系统、竖炉本体 电气控制系统、成品运输电气控制系统和过程检测(仪表)控制系统等子系统组成。过程检测(仪表〉控制系统包括若干HI 子系统，采用总线拓扑结构，通过HSEJHl 网关与网络集线器连接;系统中的各电气控制系统由NCS-300OFF 分布
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
基于现场总线的程序测试模拟设备 作者：丁孟喜 来源：《时代汽车》2020年第15期 摘要：随着市场需求水平的提高及输送机设备的发展，实践中需要自动化程度更高输送机设备以提高效率，这促使相应的控制程序也更为复杂。本文的内容主要是在此背景之下，基于现场总线程序的测试模拟系统设备的研究，本人以自身实践的角度对此设备进行了创新，以此来测试输送机设备控制程序的可行性，希望通过本文的研究能够让此测试模拟系统设备的信息对输送机控制技术领域的發展有所助益。同时，也体现了对输送机设备应用的生产领域提供的现实意义。 关键词：程序测试模拟设备自动化输送机设备 1 技术背景 输送机设备本身价格昂贵，且输送机线体较长，致使在设备运行时容易出现失误，因此其调试工作不容有失。以往的调试工作，在施工安装后才能进行。如此，输送机设备的调试周期及程序都难以得到保障。虽然配备了专业人员对设备运行进行观察，以便及时调整程序错误，减少了程序失误的可能性，但是这样的操作需要投入大量的人力，且花费时间较多也不能完全避免失误，工程成本很高。为此，创新输送机设备调试方法是必然之举，也是提高工程质量和效率，减少成本的有效方法。 现场总线是联系现场设备、仪表与自动控制装置、系统三者的数据总线，具有双相通信、串行和多点等特征，并由此构成了双向的数字通讯网络，将现场装置与控制系统有效连接。当前，针对应用需求开发出了多种为多设备间提供通信的现场总线，如Interbus、DeviceNet、Arcnet等。总之，现场总线是一个开放性的协议。 控制程序随着输送机设备的发展而发展。目前，输送设备的自动化程度越来越高，相应的控制程序也更为复杂，使得设备调试工作任务越来越多。一定程度上，控制程序的优化有助于输送机设备效能的有效发挥。因此，相应的程序测试模拟系统设备开发十分必要。 从控制程序的编制上看，变送器和传感器等故障信息为人身安全、设备安全提供了很好的保障。但是在实践中，遭遇的故障信息是很难预料的，使得控制程序之外的故障信息控制有一定的困难，需要更精确的检测。 输送机设备的运行是按照设计要求完成的，因此控制程序的作用就是保障其依照此步骤运行。输送机设备庞大，部件精密，调试人员在进行工作时做出准确而直接的判断比较困难。这要求新的控制程序融合直观和简洁的调试特点，有所完善。
0、现场总线 四个发展阶段20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；60年代直接数字控制系统；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。 DCS分布式控制系统包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分 现场总线(Fieldbus)定义：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。 FCS（现场总线控制系统）比DCS（分布式控制系统）优点：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 常用现场总线名称 基金会现场总线FF、Lonworks、PROFIBUS、CAN、Modbus、RS485、RS232、HART 各总线结构的区别 基金会现场总线FF。它以ISO／OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。速率分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31．25kbps，通信距离可达1900mH2的传输速率可为1Mbps 和2.5Mbps两种，通信距离分别为750m和500m。介质：双绞线、光缆、无线发射 支持本质安全防爆环境和总线供电 LonWorks采用了ISO／OSI模型的全部七层通讯协议，采用了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。通信速率从300bps至 1.5Mbps，直接通信距离2700m LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的神经元芯片中而得以实现。 集成芯片中有3个8位CPU，第一个用于完成开放互连模型中第1和第2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理； 第二个用于完成第3～6层的功能，称为网络处理器，进行网络变量的寻址、处理、背景诊断、路径选择、软件计时、网络管理，并负责网络通信控制，收发数据包等。 第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。 介质：双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线 支持本质安全防爆环境 PROFIBUS DP型用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，PROFIBUS－FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA型则是用于过程自动化的总线类型。采用了OSI模型的物理层、数据链路层。FMS还采用了应用层。速率为9.6kbps～12Mbps，最大传输距离在12Mbps时为100m，1.5Mbps时为400m，可用中继器延长至10km介质：双绞线、光缆 支持本质安全防爆环境和总线供电 现场总线技术特点：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自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性 现场总线优点：节省硬件数量和投资、节省安装费用、节省维护开销、用户具有高度的系统集成主动权、提高系统准确性与可靠性、设计简单，易于重构。全数字化具有强大的故障诊断功能、精度高、抗干扰性强 现场总线和企业网络之间的关系
《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。
一. 填空题 1.控制网络与计算机网络相比主要特点有：、及。 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。 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。 10、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。
基于现场总线的工业机器人监控系统研究 摘要：机器人技术和企业信息化技术是提高制造业生产效率和工艺水平的两大关键技术。本文在分析现场总线网络控制技术的基础上，介绍了一种利用Lonworks总线将工业现场中各机器人联网的方案，在实现多机器人的协作及遥操作控制的同时，为企业信息化的实现创造了条件。 关键词：现场总线;Lonworks;遥操作;企业信息化 1 引言 机器人技术和企业信息化技术是当前国内制造业企业提高生产效率和工艺水平的两大关键技术，前者针对技术问题，后者则针对管理问题，是制造业进行技术革新和增效创利的重要途径，具有可观的经济效益和应用价值。 在现代制造业中的智能机器人技术集传感、控制、信息处理、人工智能和网络通信于一体，其功能日益强大，结构更趋复杂和完善，其所装备的各种传感器和执行器数量不断增加。而现场总线作为工业控制现场的底层网络，一方面面向生产现场的各种设备，可以使单个分散的现场机器人设备连接成能够相互通信和协作的网络式控制系统，另一方面又可通过企业的内部局域网实现生产数据的全厂传输和共享。目前，基于现场总线技术而建立的网络控制系统正成为我国大中型企业实现以信息化带动工业化的主要解决方案。 2 Lonworks现场总线技术 2.1现场总线 现场总线是建立在网络化控制基础之上，应用于生产现场、在微机化测控设备之间实现双向串行多字节数字通信的系统，是一种开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它面向于生产控制设备，多采用短帧方式传输数据，网络速率通常可达几k～10Mbps，具有良好的实时性。现场总线技术为构造网络集成式全分布控制系统提供了有效途径。 现场总线技术与集散控制相比，具有开放性、网络化信息共享、智能化、高度分散性、功能自治性和高可靠性等优点，可以大幅度节省硬件数量和投资，便于安装、扩展、维护。目前的现场总线技术主要有基金会总线Foundation Field-bus、PROFIBUS（DP、PA、FMS）、CAN、Lonworks、工业以太网等，每种总线都在网络协议、传输速率和距离、应用场合和站点个数限制等方面具有不同的特点。 2.2 Lonworks技术 Lonworks（Local Operating Networks）现场总线技术是由Echelon公司推出的一种先进的
Lonworks 总线及其应用
2008-2-27 17:03:00 来源：
一、现场总线 现场总线是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的。 随着微处理器与计算机功能的不断增强和价 格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自 动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产 现场与外界的信息交换。现场总线是应用在生产现场、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。 迄今为止，比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型： 1.FF，2.Profibus，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net， https://www.doczj.com/doc/f66038229.html,-link，11.AS-i，12.controllnet。 由于现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求， 设备一对一的分别进行连线的结构 形式。把原先 DCS 系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有 通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底 的分散控制。 现场总线系统在技术上具有以下特点： (1)系统具有开放性和互用性 通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产 品组成开放互连的系统。 系统间、 设备间可以进行信息交换， 不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。 (2)系统功能自治性 系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成 自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。 (3)系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。 (4)系统具有对环境的适应性 现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采 用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。 由于现场总线结构简化，不再需要 DCS 系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线， 节省了硬件数量和投资。简单的连线设计，节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力，减 少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单，易 于重构等优点。 下面本文对 Lonworks 总线和其技术特点及原理进行详细阐述： 1. Lonworks 总线及 Lonworks 系统特点 Lonworks 是由美国 Echelon 公司于 20 世纪 90 年代初推出的现场总线， 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通讯协议， 这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线， 在工业控制系统中可同时应用在 Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外， 另外，在一个 Lonworks 控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通