现场总线考试试题

1、什么是现场总线？

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。

2、现场总线的结构特点：各现场设备分别作为总线上的网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。总线在传输多个设备的多种信号，如运行参数值、设备状态、故障、调校与维护信息等的同时，还可为总线上的设备提供直流工作电源。现场总线系统不再费需要传统DCS系统中的模拟/数字、数字/模拟转换卡件。

3、现场总线控制网络与上层网络的连接方式有哪几种？

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。

4、基本术语

总线操作：总线上数据发送者与接收者之间的连接-数据传送-脱开这一操作序列称为一次总线操作。

总线协议：总线上的设备如何使用总线的一套规则称为“总线协议”。这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。通信协议的关键要素是语法、语义和时序

总线仲裁：是指对总线冲突的处理过程，根据某种裁决规则来确定下一时刻具有总线占有权的设备。访问等待时间（access latency）和总线占有期（bus tenancy）。分类：集中仲裁和分布式仲裁

5、一般通信系统的性能指标有哪些？

有效性：指通信系统传输消息的“速率” 问题，即快慢问题。可靠性：指通信系统传输消息的“质量” 问题，即好坏问题。

6、通信系统的性能有效性指标有哪些？

（1）数据传输速率传输速率越高，则系统的有效性越好。

比特率：数字通信系统中，每秒钟通过信道传输的信息量，即信道的位传输速率。单位bit/s 或bps。

波特率：每秒钟通过信道传输的码元数，即传输线路上信号的传输速率。单位B/s或Bps。假定一个带宽为3kHz的理想低通信道，其最高码元传输速率为6000Bps。若每个码元能携带3bit的信息量，则最高信息传输速率为多少？

（2）吞吐量（throughput）：单位时间内通信系统接收发送的比特数、字节数或帧数。

（3）频带利用率：单位频带内的传输速度。b/s·Hz

（4）协议效率：指所传数据包中，有效数据位与整个数据包长度的比值。

（5）传输延迟（传输时间）：指数据从链路或网段的发送端传送到接收端所需时间。

（6）通信效率：指数据帧的传输时间与用于发送报文的所有时间之比。

7、传输差错的类型，冗余校验技术的类型有哪些

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）求和校验（3）纵向冗余校验LRC（Longitudinal Redundancy Check）（4）循环冗余校验CRC（Cyclic Redundancy Check）

8、循环冗余校验的工作原理

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。

9、网络传输介质的访问控制方式有哪些？各自特点

网络中常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、电力电缆、光纤、无线与卫星通信等 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 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0

1 0 0 1 1 1 0 0 1 1

0 0 1 0 1 1 0

1 0 1 0 1 0 1

1 0 0 1 1

0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1

0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1

1 1 1 1

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。

10、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。

a数据帧：携带数据由发送器至接收器；数据帧由7个不同的位场组成

①帧起始（SOF）：标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个显性位构成。

②仲裁场：由标识符和远程发送请求（RTR）组成。RTR位在数据帧中必须是显性位，而

在远程帧中必须为隐性位。 标识符作为报文名称，在接收器的接收滤波和仲裁过程中都要用到。标识符的二进制数值越低，其优先权越高。

③ 控制场： 由6位组成，如图所示：保留位必须发送显性位，但接收器认可显性位与隐性位的全部组合。

数据长度码DLC 指出数

据场的字节数目。 数据长度码为4位，数据字节的允许使用数目为0~8，不能使用其他数值。 ④ 数据场：它可包括0~8个字节数据，每字节8位。首先发送的是最高有效位。

⑤ CRC 场：包括CRC 序列，后随CRC 界定符。 CRC 序列由循环冗余码求得的帧检查序列组成，被除的多项式系数由包括帧起始、仲裁场、控制场、数据场（若存在的话）在内的无填充的位流给出。

CRC 界定符，它只包括一个隐

性位。

⑥ 应答场（ACR ）：为两位，包括应答间隙和应答界定符，如图所示。

在应答场中，发送器送出两个隐性位。一个正确地接收到有效报文的接收器，在应答间隙，将此信息通过发送一个显性位报告给发送器。

应答界定符必须是隐性位。

⑦ 帧结束：由7个隐性位组成的标志序列界定。

远程帧：用于请求其他节点为它发送具有规定标识符的数据帧；

要求接收数据的节点可通过向相应的数据源节点发送一个远程帧来激活该源节点，让它把该数据发送过来。

远程帧由6个不同分位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC 场、应答场和帧结束。 远程帧的RTR 位是隐性位。远程帧不存在数据场。DLC 的数据值是独立的，它可以是0~8中的任何数值。

除数多项式为

： 151********+++++++X X X X X X X

b 错误帧：由检测到总线错误的任何节点发送，用于向总线通知出现错误；

包括两个位场：错误标志和错误界定符，如图所示。 错误标志具有两种形式：活动错误标志（active error flag ）和认可错误标志（passive error flag ）。

活动错误标志由6个连续的显性位组成，认可错误标志由6个连续的隐性位组成，除非被来自其他节点的显性位冲掉重写。出错界定符包括8个隐位。

c 超载帧：由出现超载的接收器发出，用于提供当前的和后续的数据帧之间增加附加延迟，以推迟接受下一个数据帧。包括两个位场：超载标志和超载界定符，如图。

超载标志由6个显性位组成。全部形式对应于活动错误标志形式。

超载界定符由8个隐性位组成。超载界定符与错误界定符具有相同的形式。

11、与PCA82C200相比，SJA1000在技术上有以下特点:

引脚、电气特性、软件与PCA82C200兼容。增强CAN 模式支持CAN2.0B 协议，同时支持11位和29位标识符。具有4字节的FIFO 扩展缓冲器。位通信速率高达1Mb 每秒。采用24MHZ 时钟频率。支持多种多种微处理器接口。可年编程配置CAN 输出驱动方式。单触发发送。具有不应答、不激活出错标志的只听模式。支持热插拔。接受滤波器扩展为4字节编码，4字节屏蔽。自身报文的接收。工作温度范围扩展为（-40--125摄氏度）

SJA1000还增强了以下出错功能：带读写编程设置出错报警限。最近一次错误代码寄存器。可对总线错误错中断。仲裁丢失中断带有位置细节信息。

12、PROFIBUS 总线由哪三个子集组成？

1)PROFIBUS-DP(Distribute Peripheral ，分散型外围设备)。DP 的传输速率可达12Mbps ，一般构成单主站系统。 PROFIBUS-DP 主站周期地读取从站的输入信息，并周期地向从站发送输出信息。 总线循环时间必须要比主站（PLC ）程序循环时间短。

仲裁场 控制场 帧结束

CRC 场 ACK 场帧起始 超载帧

2)PROFIBUS-PA（Process Automation，过程自动化）

3)PROFIBUS-FMS（Fieldbus Message Specification，现场总线信息规范）

13、PROFIBUS的物理层传输技术有什么？分别应用于那个子集？

DP和FMS采用RS-485传输技术,PA的IEC 1158-2传输技术

14、PROFIBUS的介质存取控制协议是什么？

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。

15、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？

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。

16、SD2报文帧中长度域LE的范围是多少字节？4≤LE≤249

17、SD2报文帧中用户数据域DU的长度范围是多少字节？1≤DU≤246

用户数据的最大长度为244

18、在PROFIBUS系统的实际运行状态下，一个网段中最多只能有多少个站点？216(0~125)

19、PROFIBUS-DP的GSD文件是什么？GSD的生成由哪些部分组成？

GSD文件被称为电子设备数据文件，是由生产从站（主站）的厂商按照统一格式建立的一个电子文件。其以文本文件形式记录了从站的各种属性，并随从站设备一同提供给用户。GSD 文件有明确定义的文件格式，主站从中便于读取各从站设备的数据参数，形成主站上的参数数据库。在组态阶段，系统自动地对输入与整个系统有关的数据的输入误差和前后一致性进行检查核对。

GSD一般分为以下三部分。

①总规范：包括厂商和设备名称、软硬件版本、波特率、监控时间间隔及总线插头的信号分配等。

②与DP主站相关的规范：包括主站的各项参数，如允许的从站个数等。

③与DP从站相关的规范：包括与从站有关的所有规范，如I/O通道的数量、类型、诊断数据等。

20、实现PROFIBUS站点的ASIC芯片有哪些？适用场合分别是什么？

ASIC芯片集成了PROFIBUS的Token-Passing协议，使得所有与总线通信有关的任务在ASIC 上得以完成。用户的开发工作可集中在对外设的应用层的控制上。

（1）适用主站的ASIC

ASPC2(Advanced Siemens PROFIBUS Controller V ersion2)可以完全控制PROFIBUS 标准IEC61158协议的第一层和第二层。

用作一个DP主站时，须增加外部微处理器MPU和Flash EPROM。Flash EPROM存储庞大的固件软件（Firmware，约64K字节）。

ASPC2通信控制器具有如下特性：

?单片支持PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA

?用户数据吞吐量高

?支持DP在非常快的反应时间内通信

?完成所有的令牌管理和任务处理

?与所有普及的处理器类型优化连接，无需在处理器上安置时间帧

（2）适用从站的ASIC

LSPM2(Lean Siemens PROFIBUS Multiplexer，Version2)/SPM2是适应简单现场设备的的低端ASIC。可工作在12Mbaud总线。

二者作为总线系统上的从站时，主站在MAC层寻址这些ASIC，两个ASIC收到正确的报文后，无需宿主MPU的支持，可以自动生成所要求的响应报文。

?用于智能型从站站点设计的SPC3

它集成了全部PROFIBUS DP协议，有效地减轻了处理器的压力，可用于12Mbaud总线。需扩充宿主MPU微处理器。

?SPC4支持DP，FMS和PA协议类型，功能基本与SPC3相同。

21、实现PROFIBUS站点的的接口模块有哪些？适用场合分别是什么？

（1）主站接口模块

①IM180是一单独模块，可通过它将第三方产品作为主站连接到PROFIBUS-DP中。该模块可完全独立完成总线控制。

该模块主要由ASIC芯片APSC2、80C165微处理器和FLASH、RAM组成。ASPC2由48MHz 晶振提供脉冲。

②IM181-1是一块ISA短插槽卡，可用于一般编程设备或PC机。

③CP5613是一块PCI接口的网络接口卡。

（2）从站接口模块

①IM183-1可将第三方设备作为从站连接到PROFIBUS-DP中。

该模块主要由ASIC芯片SPC3、80C32微处理器和EPROM、RAM和一个用于PROFIBUS-DP的RS-485接口组成。

②IM184接口模块可将一个简单从站连接到PROFIBUS-DP中。

该模块主要由LSPM2、EPROM扩展槽和一个用于PROFIBUS-DP的RS-485接口组成。

22、LonWorks控制节点主要有哪三种类型？简单说出各自的电路特点？

一个典型的现场控制节点主要包含以下几个部分，主要包括应用CPU、I/O处理单元、通信处理器、收发器和电源。

1）、以神经元芯片为核心的控制节点神经元芯片是一个VLSI（超大规模集成电路）器件，通过其独具特色的硬件、固件相结合的技术，使一个神经元芯片几乎包含一个现场节点的大部分功能--应用CPU、I/O处理单元、通信处理器。因此一个神经元芯片加上收发器便可构成一个典型的现场控制节点。

2）、采用MIP结构的控制节点

MIP即为微处理器接口程序，它将神经元芯片作为其他微处理器的通信协处理器的转换固件。采用基于主机的结构，将神经元芯片作为通信协处理器，用高性能主机的资源来完成复杂的测控功能。主处理器和神经元芯片之间实现数据交换的硬件接口是双口RAM或并口。

3）、ShortStack微服务器

是将现有设备接入LonWorks网络的最快、最简单、最便宜的方法，也是基于主机节点的另一种重要的方法。ShortStack微服务器是一固件产品。

23、神经元芯片的处理单元由什么组成？各自完成什么功能？互相之间如何通信？

1）MAC（Media Access Control）处理器完成介质访问控制，即OSI七层协议的1、2层。其中包括碰撞回避算法。它和网络PC间通过使用网络缓冲区进行数据传递。

2）网络处理器完成OSI的3~6层网络协议，它处理网络变量、地址、认证、后台诊断、软件定时器、网络管理和路由等。网络管理器使用网络缓冲区与MAC处理器进行通信，使用应用缓冲区与应用处理器进行通信。

3）应用处理器完成用户的编程，包括用户程序对操作系统的服务调用。

24、神经元芯片的存储器最大寻址空间是多少？处理器提供给外部存储器的空间是多少？

神经元芯片的存储器寻址空间最多为64KB，处理器提供给外部存储器的空间是58KB，6KB 作为系统内部映射。

25、神经元芯片通信端口为适合不同的通信介质，可以将五个通信引脚配置为哪三种接口模式？

单端模式（在LON总线中使用最广泛的一种模式）、差分模式和专用模式

26、图8.11 Service Pin电路中Service Pin做为输入和输出引脚时表示的作用是什么？

Service Pin是神经元芯片里的一个非常重要的管脚，在节点配置、安装和维护的时候都需要使用该管脚。该管脚既能输入也能输出，输出时，Service Pin通过一个低电平来点亮外部的LED，LED保持为亮表示该节点没有应用代码或芯片已坏；LED以1/2Hz的频率闪烁表示该节点处于未配置状态。输入时，一个逻辑低电平使神经元芯片传送一个包括48位的Neuron ID网络管理信息，因此在节点安装时可以通过这种方式获得节点的Neuron ID。

>>>>>27、双绞线收发器主要有哪3类收发器？

双绞线是使用最广泛的一种传输介质，对双绞线的支持主要有3类收发器，直接驱动（通信速率最大可达1.25Mbps，此时网络上最多可达64个节点，传输距离最远为30m。）、EIA-485（EIA-485接口是现场总线中经常使用的电气接口。通信速率为39Kbps，能支持32个节点，传输距离最远可达660m，共模电压－7V~+12V ）、变压器耦合

>>>>>28、变压器耦合的收发器中应用最为广泛的是什么收发器？

FTT-10A收发器FTT-10A自由拓扑收发器

>>>>.29、电力线收发器主要有哪两种类型？

载波电力线收发器和扩频电力线收发器

>>>>>30、网络变量和显示报文的最大字节长度是多少？

网络变量限制长度不超过31字节，对于超过31字节的数据可以使用显式报文。显示报文的长度最长是228个字节。

>>>>>31、Neuron C的任务调度是什么方式？

事件驱动方式

32、DeviceNet网络采用的典型拓扑结构是什么结构？每个网段最大只允许有多少个节点？典型拓扑结构是总线拓扑，采用总线分支连接方式。最大允许64个节点

33、DeviceNet的连接方式有哪两种？

输入输出连接（I/O cennection）和显示连接（explicit cennection

34、DeviceNet的连接标识CID是多少位的标识符？11

35、无线通信的常用术语有哪些？

1）频率（Radio Frequency）与频谱（Spectrum

2）ISM（Industrial Scientific Medical）频段

3）调制与解调

4）无线频率分割

5）扩频与解扩

6）直接序列扩频DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）

7）跳频扩频FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）

8）正交频分复用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）

9）接入点AP（Access Point）

10）无线漫游

11）无线网状网WMN（Wireless Mesh Network

36、蓝牙微微网中从设备的个数是多少？工作方式有哪几种？

从设备的个数为1~7个

工作模式：激活/呼吸/保持/休眠（active／sniff／hold／park）；

37、蓝牙技术的工作频段是多少？信道间隔是多少Hz，信道数是多少？

工作频段：ISM频段2.402GHz—2.480GHz

信道间隔：1MHz；

信道数：79；

38、蓝牙微微网中，能被激活的从设备的个数最多是多少？休眠设备最多有多少个？

被激活的从设备最多为7个

休眠设备最多有256个

39、蓝牙系统的节能工作模式有哪些？

呼吸、保持、休眠三种节能工作模式

40、蓝牙基带技术支持哪两种连接类型，主要特点分别是什么？

在主单元和从单元之间，蓝牙基带技术支持同步定向连接（SCO）连接和异步非连接（ACL）两种类型。

同步定向连接SCO为对称连接。连接建立后，主从设备之间可以不被选中就发送SCO数据包。SCO数据包既可以传送话音，也可以传送数据，但在传送数据时，这种连接方式只用于重发被损坏的那部分数据。

在异步非连接类型的链路中，主设备负责控制链路带宽，决定微微网中每个从设备可以占用多少带宽，并决定连接的对称性。从设备只有被选中时才能传送数据。ACL链路也支持主设备发给微微网中所有从设备的广播信息。