工业控制网络复习重点

⼯业控制⽹络复习重点

⼯业控制⽹络

题型：

填空（15*1’）

选择（10）

分析（2）

简答（5）

操作（10’）

第⼀章1.现场总线

定义：国际电⼯委员会制定的国际标准IEC61158对现场总线（fieldbus）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。

现场总线——控制⽹络

现场总线——⼯业电话线

现场总线——底层控制⽹络2.输⼊输出设备

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。3.现场总线特点

适应⼯业应⽤环境。

要求实时性强，可靠性⾼，安全性好。

多为短帧传送。(短帧传输体现实时性)

通信的传输速率相对较低。

4.⼏种现场总线

Foundation Fieldbus，FF

LonWorks

Profibus

ControlNet

DeviceNet

CAN

Hart

5.现场总线系统组成与组织结构

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。6.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（输⼊设备）；

执⾏器（输出设备）；

控制器；

监控／监视计算机；

⽹桥／⽹关/中继器/集线器/交换机/路由器（⽹络互联设备）；

其他现场总线设备（HMI）。7.现场总线

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、系统结构和功能⾼度分散性

6、互操作性与互换性⽹络

优点（5个）：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

12.概括

现场总线是综合⾃动化的发展需要

综合⾃动化要求对企业信息的优化利⽤。

智能仪表为现场总线的出现奠定了基础

传输信号数字化是实现数字通信的基础。

现场总线将朝着开放系统、统⼀标准的⽅向发展

系统开放性是指对同⼀标准的认同和遵守。9.作业题

1.现场总线的定义。

2.现场总线系统的组成。

3.请列举4类现场总线设备。

4.请给出现场总线的技术特点。

5.请给出5个现场总线的优点。

6.请列举现场总线的⼀些应⽤领域

1.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2.楼宇⾃控、仓储；

3.智能交通、环境监测（⼤⽓、⽔污染监测⽹络）

4.农、林、⽔利、养殖等

第⼆章1.数字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、通信协议数据通信系统实际上是⼀个硬软件的结合体

信息源和信息接收者是信息的产⽣者和使⽤者。

信息源可根据输出信号的性质不同分为模拟信息源和离散信息源。

发送设备的基本功能是将信息源和传输介质匹配起来，即将信息源产⽣的信息信号

经过编码，并转换为便于传送的信号形式，送往传输介质。传输介质是指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。它可以是有线的也可以

是⽆线的。接收设备的基本功能就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。2.性能指标

衡量⼀个数据通信系统好坏的主要性能指标包括传输的有效性和可靠性的指标。

有效性指标：

数据传输速率

频带利⽤率

协议效率

通信效率可靠性指标：误码率

3.数字编码（数据在物理层的表⽰期中考试题⽬）

数据编码是指通信系统中以何种物理信号的形式表达数据

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状态称为模

拟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

模拟数据编码—调幅

幅值键控ASK中，载波信号的幅度随着调制信号⽽变化，⽽载波信号的频率、相位不变。例如在⼆进制数字信号调制后波形的时域表达式对应S A = a n A *cos w c t，a n=0，S A=0代表0，a n=1，S A波形代表1。

模拟数据编码——调频

频移键控FSK中，载波信号的频率随着调制信号⽽变化，⽽载波信号的幅度、相位不变。例如在⼆进制频移键控中、可定义为信号0对应的载波频率⼤，信号1对应的载波频率⼩。模拟数据编码——调相

相移键控PSK中，载波信号的相位随着调制信号⽽变化，⽽载波信号的幅度、频率不变。例如在⼆进制相移键控中、可定义为信号1对应的0o，信号0对应180o。

5.串⾏传输和并⾏传输

数据传输⽅式是指数据代码的传输顺序和数据信号传输时的同步⽅式

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

串⾏传输（Serial Transmission）中，数据流以串⾏⽅式逐位地在⼀条信道上传输。

每次只能发送⼀个数据位，发送⽅必须确定是先发送数据字节的⾼位还是低位。同

样，接收⽅也必须知道所收到字节的第⼀个数据位应该处于什么位置。串⾏传输具有易于实现，在长距离连接中可靠性⾼等优点。适合远距离的数据通信。

并⾏传输（Parallel Transmission）是将数据以成组的⽅式在两条以上的并⾏通道上同

时传输。它可以同时传输⼀组数据位，每个数据位使⽤单独的⼀条导线，例如采⽤8条导线

并⾏传输⼀个字节的8个数据位，另外⽤⼀条“选通”线通知接收者接收该字节，接收⽅可对并⾏通道上各条导线的数据位信号并⾏取样。若采⽤并⾏传输进⾏字符通信时，不需要采取特别措施就可实现收发双⽅的字符同

步。串⾏传输和并⾏传输的区别在于组成⼀个字符或字节的各数据位是依顺序逐位传

输还是同时并⾏地传输。6.通信⽅式

（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，如设A为发送终端，B为接收终端，数据只能从A传送⾄B，⽽不能由B

传送⾄A。单⼯通信线路⼀般采⽤⼆线制。

（2）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。如信息可以从A传⾄B，或从B传⾄A，所以通信双⽅都具有发送器和

接收器。实现双向通信必须改换信道⽅向。半双⼯通信采⽤⼆线制线路，当A站向B站发送信息时，A站将发送器连

接在信道上，B站将接收器了解接在信道上，⽽当B站向A站发送信息时，B站则要将接收器从信道上断开，并把发送器接⼊信道。

（3）全双⼯通信是指信息流可同时在两个⽅向上传输，它相当于把两个相反⽅

向的单⼯通信⽅式组合在⼀起。这种⽅式常⽤于计算机——计算机之间的通信。

7.信号的传输⽅式

基带传输

基带传输就是在数字通信的信道上直接传送数据的基带信号，即按数据波的原样进⾏传输，不包含有任何调制，它是最基本的数据传输⽅式。载波传输

载波传输（也称频带传输）采⽤数字信号对载波进⾏调制后实⾏传输。最基本的调制⽅式有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）三种宽带⽹

宽带传输是指将多路基带信号、⾳频信号和视频信号的频谱分别移到⼀个物理信道的不同频段进⾏传输的传输⽅式异步转移模式ATM

ATM 是⼀种新的传输与交换数字信息技术，也是实现⾼速⽹络的主要技术

它⽀持多媒体通信，包括数据、语⾳和视频信号，按需分配频带，具有低延迟特性8.差错控制，差错纠正

差错控制即是对数据通信中发现差错，并对差错进⾏纠正的技术。要解决的问题包括：如何保证不丢失帧，保证不乱序等。差错控制包括：差错检测和差错校正两个⽅⾯

差错检测是让报⽂分组中包含使接收端发现差错的冗余信息，但它不能确

定是哪⼀⽐特出错，⾃⼰也不能纠正传输中的差错。常⽤的纠错码如海明码差错检测原理简单，实现容易，编码与解码速度快，在⼯业数据通信中得

到⼴泛使⽤。分为检错码和纠错码

常⽤的检错码有：奇偶校检码和循环冗余码（⾃⼰去看⼀下原理和如何计算）8.作业题

1. 请说明数据通信⽅式都有哪⼏种，并简单说明其不同之处。

2. OSI 参考模型包括哪7层？

3. 应⽤层：为⽤户提供相关的服务，如：e-mail 服务，ftp 服务、www 服务

等。 表⽰层：提供多种数据格式之间的转换。 会话层：建⽴、管理和终⽌应⽤程序间的会话。

传输层：保证数据的可靠传输。

⽹络层：为处在不同位置的两个设备之间，提供连接和选择⼀条最佳路径。

数据链路层：规定了物理地址、⽹络拓扑结构、错误警告机制、所传数据帧的

排序和流量控制等。

物理层：定义了通信线路的⼀些规范。4. TCP/IP 参考模型包括哪4层？

5. 请给出TCP 、IP 、UDP 、FTP 、OSI 、ISO 对应的中⽂全称？

第四章1.串⼝通信有效⽅法

1.采⽤轮询或者中断来检测、接收信息；2、设置通信帧的起始、停⽌位；

3、建⽴连接握⼿信号；

4、对接收数据的确认、数据缓存以及错误检查。

2.EIA-232-D

EIA-232-D 是由EIA （美国电⼦⼯业协会）制定的物理接⼝标准。它定义了数据终端设备（DTE ）与数据通信设备（DCE ）之间的物理接⼝。它具有机械、电⽓、功能和过程四个特性。 110000003.RS-485

为何要使⽤RS-485?RS-232C虽然使⽤很⼴，但由于推出时间⽐较早，所以在现代通信⽹络中已暴露出明显的缺点，主要表现在：

（1）接⼝的信号电平值较⾼，易损坏接⼝电路的芯⽚，⼜因为与TTL电平不兼容故需使⽤电平转换电路⽅能与TTL电路连接。

（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。

（3）接⼝使⽤⼀根信号线和⼀根信号返回线⽽构成共地的传输形式，这种共地传输容易产⽣共模⼲扰，所以抗噪声⼲扰性弱。

（4）传输距离有限。EIA在1977年作了部分改进，制定了新标准RS-449：除了保留与RS-232-C兼容外，还在提⾼传输速率、增加传输距离、改进电⽓特性等⽅⾯做了很多努⼒，增加了RS—232-C没有的环测功能，明确规定了连接器，解决了机械接⼝问题。

在RS-449标准下，推出的⼦集有RS-423A/RS-422A，以及RS-422A的变型RS-485。4.EIA-232和485的转换

1、转换芯⽚：MAX23

2、MAX485

2、信号线：TXD、RXD、RTS

3、收发控制：当RTS为⾼电平时，MAX485处于接收状态；当RTS为低电

平时，MAX485处于发送状态。

5.屏蔽与接地（作业题）

http://www.doczj.com/doc/8715c4f9a8114431b90dd8f8.html B

定义：USB外设接⼝标准的基本思想是采⽤通⽤连接器和⾃动配置及热插拔技术和相应的软件，实现资源共享和外设简单快速连接，关键是提供设备共享接⼝来解决PC机与外部设备连接的通⽤性。USB电缆由电源线+5V (VBUS)、地线(GND)和两根数据线(D+和D-)4线组成。