2009～2010第一学期《现场总线技术》试卷A答案 (1)

淮海工学院11-12学年第1学期现场总线与控制网技术试卷(A)半开卷一、填空题（本大题共10小题，每空1分，共30分）1．物理层传送数据的单位是( 比特 )，数据链路层传送数据的单位是( 帧 )，传输层传送数据的单位是( 报文 )，应用层传送数据的单位是( 报文 )。

2．OSI参考模型中物理层的四个重要特性是（机械特性）、（电气特性）、（功能特性）和（规程特性）。

3．存储转发交换分为（报文存储转发交换）和（报文分组存储转发交换）两种。

4．LonTalk协议提供了四种类型的报文服务，依次是（应答方式）、（请求/响应方式）、（非应答重发方式）和（非应答方式）。

5. 通信电路的工作方式有（单工通信）、（半双工通信）和（全双工通信）三种。

6．CAN总线中存在5种错误类型，分别是（位错误）、（填充错误）、（CRC错误）、（格式错误）和（应答错误）。

7．LON总线中，对双绞线支持的3类收发器是（直接驱动收发器）、（EIA-485收发器）和（变压器耦合收发器）。

8．PROFIBUS系统由三类站点组成,分别是( 1类主站 )、(2 类主站 )和(从站 )。

9．OSI参考模型的通信功能划分为（ 7 ）个层次。

10.被誉为通用控制网络的是（LonWorks ）总线技术。

二、简答题（本大题共5小题，每题6分，共30分）1．什么是现场总线？现场总线相对于DCS具有哪些优越性？（6分）参考答案：IEC对现场总线的定义：现场总线是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。

现场总线相对于DCS具有如下优越性：（1）现场总线实现全数字通信。

（2）现场总线实现彻底的全分散式控制。

（3）现场总线实现不同厂商产品互连、互操作。

（4）现场总线增强系统的可靠性、可维护性。

（5）现场总线降低系统工程成本。

2．PROFIBUS主站的实现方案有哪些？（6分）参考答案：PROFIBUS主站的实现方案有：PLC做PROFIBUS的一类主站；PC+网卡做PROFIBUS的一类主站；自主开发PROFIBUS的主站；PLC中插入（第三方的）PROFIBUS通信模块。

现场总线期末试题及答案这是一个针对现场总线（Fieldbus）概念和应用的期末试题及答案。

现场总线是一种工业自动化网络协议，用于连接工业设备和系统，实现数据传输和控制。

以下是试题及相应答案：试题一：1. 现场总线的主要优势是什么？答：现场总线的主要优势包括：- 减少布线复杂性和成本：使用现场总线可以减少传感器、执行器和控制器之间的布线长度和数量，降低了成本和维护难度。

- 提高灵活性和可扩展性：现场总线允许设备的添加、移除和重配置，使得工业系统更具灵活性和可扩展性。

- 实时通信和快速响应：现场总线提供了实时通信和快速响应的能力，对于工业控制和监测非常重要。

- 更好的诊断和故障排查：现场总线允许对设备进行诊断和故障排查，提高了设备运行的可靠性和可维护性。

- 数据集成和共享：通过现场总线，不同设备和系统之间可以实现数据集成和共享，促进了信息流的畅通。

2. 现场总线的通信速率取决于哪些因素？答：现场总线的通信速率取决于以下因素：- 网络拓扑结构：网络拓扑结构的不同将影响总线上设备的通信速率。

最常用的拓扑结构是总线型、星型和树型结构。

- 网络长度和延迟：总线长度的增加会导致信号传输的延迟增加，从而影响通信速率。

- 通信介质和物理层规范：不同的通信介质和物理层规范支持的最大数据传输速率也不同。

- 网络负载和设备数量：网络负载指的是同时传输的数据量，增加网络负载和设备数量会降低通信速率。

3. 现场总线的种类有哪些？请简要介绍一种现场总线协议。

答：现场总线的种类包括Profibus、Modbus、CANopen、DeviceNet 等。

以Profibus为例进行简要介绍：Profibus（Process Field Bus）是一种用于工业自动化领域的通信总线协议。

它支持数据传输和控制任务，在过程控制和工厂自动化中得到广泛应用。

Profibus具有高速传输、可靠性好、扩展性和灵活性强等特点。

它分为DP（Decentralized Periphery）和PA（Process Automation）两种类型，分别适用于不同的应用场景。

现场总线试题集预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制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？答：○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。

简述现场总线的分类及其应用领域。

答：现场总线可分为三类：○1全传感器网络○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。

简述现场总线的协议组成结构及其工作原理。

答：○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 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。

介绍CAN总线位的数值表示，并说明任意两点间的最大距离。

答: ○1图1 总线位的数值表示○2表1 CAN总线系统任意两节点之间的最大距离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）详述报文的帧结构。

11、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。

12、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。

三．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. 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。

3.请简述现场总线技术的特点答：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。

电路原理A卷一、单选题(每空1分，共计30分)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（）CA.为全0B.为全1C.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（）CA.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（）CA.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（）CA.100Mbit/sB. 150Mbit/sC. 200Mbit/sD.1000Mbit/s5.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（）DA．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（）BA．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（）。

BA．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（）。

AA．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 CA．物理层B．数据链路层C．网络层D．传输层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１2．影响数据通信性能可靠性指标的是（ A ）A．误码率B．吞吐量C．延迟D．速度3．数据同步的方式不包含下列（ D ）A．位同步B．字符同步C．帧同步D．半字同步4．全双工工通信是指（ C ）A．数据单向流通B．数据同时只能朝一个方向流通C．数据同时双向流通D．两个站点即可发送也可以接收，但不能同时进行5．利用PSK进行数据的传输属于（ B ）A．宽带传输B．载波传输C．频带传输D．基带传输6．计算机网络按地域分可分为（ A ）A．wan lan man B．wifi adsl vdsl C．wan DDN D．校园网因特网7．软实时和硬实时（ A ）A．前者任务在时限内未完成不会影响B．后者任务在时限内未完成不会影响C．两者对任务要求都一样D．任务未在时间内执行都不会产生严重后果8．下列（ C ）传输速度最快A．双绞线B．同轴电缆C．光纤D．电话线9．令牌环网络的特点是（ A ）２A．仲裁简单B．必须是环形网络C．采用CSMA/CD的仲裁方式D．不允许随意插入新站点10．关于can总线，下列说法正确的是（ D ）A．can总线通信方式为主从B．can总线的仲裁方式为CSMA\CDC．can通信必须采用双绞线D．can总线的节点可以通过总线唤醒11．数据帧和远程帧最大的区别是（ A ）A．RTR位不同B．远程帧没有帧头C．数据帧数据长度不能为0 D．数据帧无应答场12．sae j1939网络层次包含（ B ）A．物理层数据链路层B．物理层数据链路层网络层应用层C．物理层数据链路层会话层D．物理层数据链路层网络层传输层13．FF为现场设备供电方式是（ C ）A．仅能总线供电B．仅能非总线供电C．总线供电或者非总线供电D．只能选择总线供电或者非总线供电14．H1通信帧的结构不包括（ D ）A．前导码B．帧结束码C．帧前界定码D．校验码15．H1网段的系统管理实体由（ D ）组成。

一.现场总线的技术特点答：1.系统的开放性通信协议公开，各不同厂商的设备之间可实现信息交换。

2.互可操作性与互用性互连设备间、系统间的信息传送与沟通；不同制造商性能类似的设备可进行更换，实现相互替换。

3.现场设备的智能化与功能自治性将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场总线设备中完成。

4.系统结构的高度分散性现场总线已构成一种新的全分散性控制系统的体系结构，提高了可靠性。

5.对现场环境的适应性可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等多种传输介质，具有较强的抗干扰能力，采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求。

二. FCS 与DCS 的比较 FCS DCS全数字化 一对多：一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号。

一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号。

可靠性 可靠性好：数字信号传输抗干扰能力强，精度高。

可靠性差：模拟信号传输不仅精度低，而且容易受干扰。

可维护性 操作员在控制室既可以了解现场设备过现场仪表的工作情况，也能对设备进行参数调整，还可以预测或寻找故障，使设备始终处于操作员的过程监控与可控状态之中。

操作员在控制室既不了解模拟仪表的工作情况，也不能对其进行参数调整，更不能预测故障，导致操作员对仪表处于“失控”状态。

分散控制 控制功能分散在各个智能仪器中。

所有的控制功能集中在控制站中。

互连与 互操作性 用户可以自由选择不同制造商提供的性能价格比最优的现场设备和仪表，并将不同品牌的仪表互连，实现“即插即用”。

尽管模拟仪表统一了信号标准（4~20mA DC ），可是大部分技术参数仍由制造厂自定，致使不同品牌的仪表互换性差。

仪表 智能仪表除了具有模拟仪表的检测、变换、补偿等功能外，还具有数字通信能力，并且具有控制和运算能力。

模拟仪表只具有检测、变换、补偿等功能。

三.产生多个现场总线国际标准的原因1.技术方面的原因：(1)现场总线是一项新技术，正处在“百花齐放”的时期。

中国矿业大学2009～2010年度第一学期《现场总线技术》试卷(A)答案（答题时间：100分钟）班级___________ 姓名___________ 班级序号____________题目一二三四五六总分分数10 10 20 15 36 9 100 得分阅卷人一、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。

现场总线期末考试试题# 现场总线期末考试试题## 第一部分：选择题（每题2分，共20分）1. 现场总线是一种______。

A. 计算机网络B. 无线通信技术B. 有线通信技术D. 广播系统2. 以下哪个不是现场总线技术的特点？A. 多站能力B. 确定性C. 随机性D. 可靠性3. PROFIBUS是一种_______。

A. 工业以太网标准B. 现场总线标准C. 无线通信协议D. 光纤通信技术4. 现场总线控制系统中，_______是实现设备间通信的关键。

A. 传感器B. 执行器C. 通信协议D. 控制器5. 以下哪个不是现场总线技术的优势？A. 降低成本B. 提高灵活性C. 减少维护D. 增加复杂性6. 现场总线系统中，_______负责将现场设备的数据进行采集和处理。

A. 现场设备B. 通信接口C. 网络管理系统D. 控制中心7. 以下哪个不是现场总线通信介质？A. 双绞线B. 同轴电缆C. 光纤D. 空气8. 现场总线系统中，_______是实现数据交换的最小单位。

A. 数据包B. 数据帧C. 数据段D. 数据字节9. 现场总线技术中，_______是实现设备间通信同步的关键。

A. 时钟同步B. 频率同步C. 电压同步D. 电流同步10. 以下哪个不是现场总线技术的应用领域？A. 工业自动化B. 智能家居C. 军事通信D. 航空航天## 第二部分：简答题（每题10分，共30分）1. 简述现场总线技术的定义及其主要功能。

2. 描述现场总线控制系统的组成，并解释各部分的作用。

3. 现场总线技术在工业自动化中的优势是什么？## 第三部分：论述题（每题25分，共50分）1. 论述现场总线技术在现代工业自动化中的应用及其带来的变革。

2. 分析现场总线技术与传统4-20mA模拟信号传输方式的优缺点对比。

## 第四部分：案例分析题（共30分）某工厂采用现场总线技术进行生产线的自动化改造，请分析该工厂可能面临的技术挑战，并提出相应的解决方案。

I. 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。

& 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。

II. 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诵信,用干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，总线上只有丄个活动主站，多主站系统总线运行阶段，总线上有—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。

…………装订线………………装订线内不要答题，不要填写信息………………装订线…………武汉理工大学考试试题答案（A、B卷）2010 ~2011 学年1 学期现场总线课程一、名词解释每题一分1、FCS答：现场总线控制系统。

2、DCS答：分布式控制系统。

3、CAN答：控制器局域网。

4、LonWorks答：局部操作网络。

5、全双工通信答：能同时进行双向通信。

6、点对点网络（本题0.5分）答：由一对对机器之间的多条连接构成的网络。

二、填空题（共34分，每空1分）1、CAN总线中，就错误界定而言，一个单元可能处于下列3种状态之一：错误激活、错误认可和总线脱离；为了界定故障，在每个单元中都设有两种计数：发送错误计数和接收错误计数。

2、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。

3、LonTalk协议最大的特点是对OSI的七层协议的支持，是直接面向对象的网络协议，这是以往的现场总线所不支持的。

具体实现就采用网络变量这一形式。

4、标准格式的CAN数据帧最短为44位，不计填充位最长为108位，总线长度最长可达_10_km，通信位速率最高可达1M bps，报文标识符可达2032个，采用非破坏性逐位仲裁机制来解决总线访问冲突。

5、现场总线的发展经历了一个发展过程，由60年代的电动单元、发展到DCS，90年代初出现FCS。

6、PROFIBUS现场总线的优点是开放、低价、可靠、高效。

7、LonWorks技术包括以下几个组成部分：LonWorks节点和路由、LonTalk协议、LonWorks 收发器、LonWorks网络和节点开发工具8、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。

三、单选题（共5分，每题2分）答案：A D D B B四、判断题（10分，每小题1分）答案：错误错误错误错误错误正确正确正确正确错误五、请根据CAN2.0A规范，推导其数据帧在考虑位填充情况下的最大位数计算公式。