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现场总线-复习资料
Ch11、 现场总线定义: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。
2、 现场总线技术特点：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3、 实时性：信号的输入、运算、输出都要在一定时间范围内完成，亦即，系统对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定时间内做出响应或者进行 控制，若超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
练习题：Ch21、 传输模式：并行、串行；异步、同步；单工，半双工，双工2、 传输损伤：衰减和衰减失真，时延失真，噪声噪声分类？热噪声、互调噪声、串扰和冲激噪声。
热噪声计算？（计算题）3、 信道容量，在给定条件下，某一通信信道上的数据所能达到的传输速率称为信道容量。
误码率，即差错发生率。
这里的差错是指发送的是0而接收的却是1，或者发送的是1而接收的却是0。
信道带宽，一个信号的绝对带宽是指它的频谱宽度信噪比它是指在传输过程中某一点的信号功率与噪声功率比,4、 香农公式 )SNR 1(log 2+=B C （计算题）奈奎斯特公式M B C 2log 2=5、 传输媒体？有线传输媒体包括？传输媒体是在数据传输系统中位于发送器和接收器之间的物理通路。
包括：双绞线，同轴电缆，光纤6、 数据编码：不归零码，曼彻斯特编码7、 奇偶校验，在7单位的ASCII 代码后增加一位,使码字中1的个数成奇数(奇校验)或偶数(偶校验).(适合随机性错误)CRC 码检错方法(计算题)8、 多路复用技术：时分复用，频分复用练习题：1,2,3，4，Ch31、 OSI 的三级抽象图3-3 OSI 的三级抽象的示意图OSI 模型OSI 服务OSI 协议包括所有可能的服务、协议及其实现包括所有可能的协议及其实现包括所有可能的实现由高到低依次是体系结构、服务定义和协议规范说明 。
2、 OSI 参考模型的分层，7层物理层:为上一层提供一个物理链接，以透明的传送比特流数据链路层：负责相邻两个节点间的链路上，无差错的传送以帧为单位的数据网络层：选择合适的路由和交换节点，透明的向目的节点交付发送发送节点所发送的数组传输层：根据通信子网的特性最佳的利用资源，并以可靠和经济的方式，在两个末端系统之间，透明的传送报文。
现场总线总复习
✓ 总线定时——总线操作用"定时"(timing)信号进行同步 。定时信号用于指明总线上的数据和地址在什么时刻 是有效的。
✓ 容错——设备在总线上传送信息出错时，如何减少故 障对系统的影响。
✓ 信源编码——信源编码是把连续信号变换为数字信号 。
✓ 曼彻斯特编码(Manchester Encoding)——这是一种常 用的基带信号编码。它具有内在的时钟信息，因而能 使网络上的每一个系统保持同步。在曼彻斯特编码中 ，时间被划分为等间隔的小段，其中每小段代表一个 比特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段 所传信号是该时间段传送比特值的反码，后半个时间 段传送的是比特值本身。可见在一个时间段内，其中 间点总有一次信号电平的变化。因此携带有信号传送 的同步信息而不需另外传送同步信号。
➢ 通信系统模型 ➢ 传输介质 ➢ 通信速率 ➢ 通信距离 ➢ 网络大小 ➢ 数据帧的长度 ➢ 控制器芯片 ➢ 收发器 ➢ 工作方式
第2章 网络与通信基础
基本概念
✓ 总线 ——总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵 循同一技术规范的连接与操作方式。
✓ 总线主设备——可在总线上发起信息传输的设备叫做 “总线主设备。
✓ 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状态的，称为数字数据编码。
✓ 基带传输——采用数字数据编码，在基本不改变数据 信号频率的情况下，直接传输数据信号的传输方式， 称为基带传输。基带传输可以达到较高的数据传输速 率，是目前广泛应用的数据通信方式。
第2章 网络与通信基础
基本概念（续）
✓ 现场控制网络的单个节点面向的控制信息量不大，信 息传输的任务相对也比较简单，但对实时性、快速性 的要求较高。
现场总线——复习文档
以下是前三章的一些内容，后续内容会陆续发下来。
请同学们全部手写完成，打印复印一律作废！请独立完成！填空题1.现场总线控制系统的英文表达为Fieldbus Control System ，缩写为FCS 。
2.基于现场总线的数据通信系统由数据的发送设备、接收设备、作为传输介质的现场总线、传输报文、通信协议等及部分组成。
3.按通信帧的长短，可以把现场总线的数据传输总线分为传感器总线、设备、现场总线。
比如ASI 总线就属于位级的传感器总线，CAN 总线就属于设备总线，PROFIBUS 总线就属于典型的现场总线。
4.以现场总线为基础的企业网络系统可以分为三个层次：企业资源规划层ERP 、制作执行层MES 、现场控制层FCS 。
5. 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个时刻具有总线占有权的设备。
总线为获得总线占有权而等待仲裁的时间叫做访问等待时间。
设备占有总线的时间叫做总线占有期。
6.数据通信系统可以采用无线传输媒体，比如电磁波、红外线等；也可以采用双绞线、电缆、电力线、等有线媒体。
7.通信设备之间用于控制数据通信与理解通信数据意义的一组规则，称为通信协议，其关键要素是语法、语义、时序。
8.工业数据通信中常用的数据传输速率有9600b/s 、31.25Kb/s 、500kb/s 、1Mb/s 等。
9.衡量数字通信系统可靠性的指标是误码率Pe ，即数字通信中二进制码元出现传输出错的概率。
10.介质带宽不能小于（大于/小于）信号带宽，否则信号会产生失真。
11.信噪比指信号功率S与噪声功率N的比值，单位为分贝。
12.采用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据0、1状态的称为模拟数据编码，比如幅值键控ASK 、频移键控FSK 、相移键控PSK 。
其中频移键控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。
13.用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据0、1状态的称为数字数据编码，比如单极性码。
现场总线与控制网技术复习资料
v1.0 可编辑可修改１１一、填空题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．LonWorks 技术的核心是神经元芯片，主要包括( MC143150 )和( MC143120 )两大系列。
4．GSD 文件一般可分为（总规范）、（与主站有关的规范）和（与从站有关的规范）三个部分。
5．LonTalk 协议的网络地址有三层结构，分别为（ 域 ）、（ 子网 ）和（ 节点 ）。
6．网络拓扑结构主要有( 星型拓扑 )、（树型拓扑）、( 环型拓扑 )、( 总线型拓扑结构 )等拓扑结构。
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。
11．PROFIBUS 总线中提供了( RS484传输 )、( IEC1158-2传输 )和( 光纤传输 )三种传输技术。
12．以现场总线为基础的企业网络系统按功能可分为（ERP ）、（MES ）和（FCS ）三层。
13．最常用的两种差错校正方法是（自动重传）和（ 前向差错纠错 ）。
14．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。
15．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）。
16. 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。
17．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）。
现场总线技术复习题
现场总线技术复习题
1. 现场总线技术的定义是什么？
2. 现场总线技术的主要特点有哪些？
3. 请列举至少三种常见的现场总线技术。
4. 简述现场总线技术在工业自动化中的应用。
5. 现场总线技术与传统的模拟信号传输相比有哪些优势？
6. 描述现场总线系统的组成结构。
7. 现场总线技术中，主站和从站的功能是什么？
8. 请解释现场总线技术中的“实时性”概念。
9. 现场总线技术中的“冗余”设计有什么作用？
10. 列举现场总线技术中的几种常见的通信协议。
11. 现场总线技术在安全性方面有哪些考虑？
12. 简述现场总线技术在远程监控中的应用。
13. 描述现场总线技术在数据采集和处理中的作用。
14. 现场总线技术在设备诊断和维护中的优势是什么？
15. 请举例说明现场总线技术在智能建筑中的应用。
16. 现场总线技术在节能减排方面的贡献有哪些？
17. 简述现场总线技术在提高生产效率方面的作用。
18. 现场总线技术在系统集成中的重要性是什么？
19. 现场总线技术在现代制造业中的地位如何？
20. 现场总线技术的未来发展趋势是什么？。
现场总线复习提要
现场总线复习提要第一章（思考与练习）1、过程控制系统的发展经历了那几代控制系统基地式仪表控制系统、模拟式仪表控制系统、直接式数字控制系统（DDC）、集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）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。
9、什么是现场总线现场总线有哪些特点答：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现双向、串行、多节点数字通信的技术。
特点：开放性、互操作性和互用性、现场设备的智能化和功能自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性。
10、现场总线的本质含义表现在哪些方面答：现场设备的互连、现场通信网络、互操作性、分散功能块、总线供电、开放式互联网络12、常用现场总线有哪些它们各有什么特点第二章（思考与练习）3、总线的寻址方式有哪些各有什么特点答：3种。
1物理寻址、2逻辑寻址、3广播寻址。
特点：1.用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备做为响应者。
2.用于指定存储区单元某一通用区，而不顾及这些存储器单元在设备中的物理分布。
3.用于选择多个响应者。
4、数据通信系统由哪些设备组成各起什么作用答：1.信息源 2.发送设备 3.传输介质 4.接收设备 5.信息接受者作用：1.把各种消息转换成原始电信号；2.将信息源产生的消息信号变换成适合在传输介质中传输的信号，使信息源和传输介质匹配；3.传输信号的媒介4.完成发送设备的反变换，即对信息进行解调、译码和解码等。
5.将复原的原始信号转换成相应的消息。
6、什么是数据传输率它的单位是什么答：单位时间内传送的数据量。
单位有比特率S和波特率B7、试比较串行通信和并行通信的优缺点答：串行通信缺点：传输速度较慢优点：传输线少、连线简单，特别适合多位数据的长距离通信；并行通信缺点：若数据位数较多、传送距离较远时，则线路复杂，成本较高且干扰大，不适合远距离传送。
并行通信的缺点：优点：传送数据速度很快，传输效率高，8、什么是异步传输什么是同步传输各用于什么场合答：异步传输：串行通信的一种，在通信中发送方和接收方不保持同步，即时钟频率不同。
现场总线技术期中考试复习总结要点.doc
现场总线技术期中考试复习要点一、现场总线技术基本概念部分什么是现场总线、常用现场总线的名称、工业控制系统发展过程中典型的控制系统及结 构特点、现场总线的技术特点与结构特点、企业管理层与现场总线控制系统的关系与网络体系结构。
1. 相关作业的内容。
什么是现场总线：现场总线是应用在纶产现场、在微机化测量控制设备之间实现双 向串行多节点数宁通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网2. 3.常用现场总线的名称：基金会现场总线（FF ）, Lonworks, profibus, can, harto 工业控制系统发展过程中典型的控制系统及结构特点：• 基地式气动仪表控制系统：各测控点形成自封闭状态，无法与外界沟通信息, 操作人员只能通过生产现场的巡视，了解生产的过程。
• 集中式数字控制系统：用一台计算机取代控制室的几乎所有的仪表盘，可靠性 还较差，一旦计算机出现某种故障，就会造成所有控制回路瘫痪、生产停产的 严重局面。
• DCS 分布式控制系统：集中与分散相结合，不同厂家的设备不能互连在一起, 难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多休1难。
• 新型现场总线控制系统：遵守同一协议规范，新型全分布式结构，把控制功能 彻底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。
4. ■■ 现场总线的技术特点与结构特点：• 结构特点：1. 分散控制，全分布。
2.相互数字通信• 技术特点：1. 系统的开放性（统一协议）2. 互可操作性与互用性3.现场设备的智能化与功能自治性 4. 系统结构的高度分散性 5.对现场环境的适应性企业管理层与现场总线控制系统的关系：以现场总线为基础的企业信息系统，企业 网络屮的信息是多层次的，要把多层次的信息互联成网络，实现信息的沟通汇集与 数据分享，则需要结合现场总线控制系统。
企业管理层与现场总线控制系统的网络体系结构：< 血M 络） Ell II 一*一 J mcrnc,[矗陌 其他工作屹二、MODBUS 协议与应用部分功能码1〜6的定义、根据产品说明书写th MODBUS报文、对给出的主站或从站报文分析其中的意义。
现场总线复习题
（一）、现场总线是什么：现场总线是以测量控制设备作为网络节点，以双绞线等传输介质作为纽带，把位于生产现场、具备了数字计算和数字通信能力的测量控制设备连接成网络系统，按照公开、规范的网络协议，在多个测量控制设备之间、以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成适应各种应用需要的自动控制系统。
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现场总线的主要优点：一对N结构、增强了现场级信息集成能力、开放式、互操作性、互换性、可集成性系统可靠性高、可维护性好、降低了系统及工程成本请列举4类现场总线设备：基金会现场总线、LonWorks、Profibus、CAN、HART、RS-485（二）、通信线路的工作方式：根据通信过程中信息流的传输方向，可将通信线路的工作方式分成：单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式：通信系统的性能指标：衰减、延迟、噪声（三）、OSI参考模型的分层及其功能划分：物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层：提供与传输介质的接口、与物理介质相连所涉及到的机械的、电气的功能和规程方面的特性，最终达到物理的连接。
提供了位(bit)传送的物理通路。
数据链路层：用于链路连接的建立、维持和拆除，实现无差错传输。
网络层：处理路径选择和分组交换技术，提供报文分组从源节点至目的节点间可靠的逻辑通路，且担负着连接的建立、维持和拆除。
传输层：完成收发之间的数据传送控制，在源节点到目的节点提供端到端的可靠传输服务会话层：两应用进程间建立起一次联络表示层：实现用户或应用程序之间交换数据的格式转换应用层：实现各种应用进程之间的信息交换，为用户提供服务。
（四）、PCA82C250收发器的典型应用如图：SJA1000的RX和TX分别通过光电隔离电路连接到82C25082C250的差动收发端CANH和CANL连接到总线电缆。
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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)
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。
9•什么是现场总线？现场总线有哪些特点？
答：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现双向、串行、多节点数字通信的技术。
特点：开放性、互操作性和互舟性、现场设备的智能化和功能自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性。
10.现场总线的木质含义表现在哪些方面？
答：现场设备的互连、现场通信网络、互操作性、分散功能块、总线供电、开放式互联网络
12•常用现场总线有哪些？它们各有什么特点？
答:FF Profibus LonWorks CC-Link Modbus
特点：FF：采用ISO/OSI参考模型的简化模型。
只具备其中的3层，即物理层、数据链路层和应用层，另外增设了川户层。
FF分低速H1和高速H2 两种通信速率。
Profibus:采用了ISO/OS【模型中的3层，，即物理层、数据链路层和应用层，另外增设了用户层，由.Profibus-DP/Profibus-PA/Profibus-FMS 这3各版本组成。
Profibus釆取主站之间令牌传递方式和主、从站之间的主-从通信方式。
LonWorks：采用ISO/OSI模型的全部7层通信协议，并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。
3.总线的寻址方式有哪些？各有什么特点？
答：3种。
1物理寻址、2逻辑寻址、3广播寻址。
特点：1•用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备做为响应者。
6•什么是数据传输率？它的单位是什么？
答：单位时间内传送的数据量。
单位有比特率S和波特率B
7.试比较串行通信和并行通信的优缺点？
答：串行通信缺点：传输速度较慢
优点：传输线少、连线简单，特别适合多位数据的长距离通信；
并行通信缺点：若数据位数较多、传送距离较远时，则线路复杂，成木较高且干扰大，
不适合远距离传送。
优点：传送数据速度很快，传输效率高，
8•什么是异步传输？什么是同步传输？各用于什么场合？
答：异步传输：串行通信的一种，在通信中发送方和接收方不保持同步，即时钟频率不同。
同步传输：串行通信的一种，在通信屮发送方和接收方保持同步，即时钟频率相同。
异步传输主要应用于中、低速数据通信；
同步传输主要应用于高速通信。
9.串行通信接口标准有哪些？试分别阐述其电气特性？
答：1.RS-232C 通信接口、2. RS-422A 通信接口、3. RS-485 通信接口。
电气特性：1•其中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系，电气接口采川单端驱动、单端接收电路，容易受到公共底线上的电位差和外部引入的干扰信号的影响。
12.常用网络控制方法有哪儿种？
答：令牌方式、争用方式、主从方式
13.试阐述以令牌传递方式发送数据和接收数据的过程？
答：此题略。
14•在CSMA/CD屮，什么情况会发生信息冲突？如何解决？
答如果两个以上的节点同时发送信息就会产生线路冲突即发生信息冲突。
解决：每个站在发送数据帧前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧，每个站必须有能力随时监测冲突是否发生，一旦发生冲突, 则应停止发
送，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。
15•通常使用的数据交换技术有几种？各有什么优缺点？
答：3种。
1.线路交换方式2•报文交换方式3•分组交换方式
特点：1•优点：数据传输迅速可靠，并能保持原有序列。
缺点：一旦通信双方占有通道后，即使不传送数据，其他用户也不能使用, 造成资源浪费。
适用于时间要求高、•且连续的批量数据传输。
2•优点：交换数据效率高，信道可以复用且需要时才分配信道，可以方便地把报文发
送到多个目的节点。
缺点：延时长，不能满足实时交互式的通信要求，有时节点收到的报文太多，以致不得不丢弃或阻止某些报文，对中继器的存储容量要求较高。
3•优点：转发延时短，数据传输灵活。
缺点：目的节点要对分组进行重组，增加了系统的复杂性。
19 •简耍说明光缆传输信号的基本原理？
答^将发送信号通过光电转换器变成光信号，利用光学原理的全反射，使光在光缆中传输到达目的地。
2.Profibus有哪儿种传输技术？各有什么特点？
答：1 .用于DP和FMS的RS-485传输技术2•用于DP和FMS的光线传输技术3. 用于PA的IEC1158-2传输技术。
特点:1.RS-485是-•种简单的、低成木的传输技术，其传输过程是建立在半双工、异步和无间隙同步化基础上的，数据的发送采用NRZ编码（不归零编码），这种传输通當称为H2.网络拓扑结构为总线型，每个总线段的开头和结尾均有一个终端电阻；传输介质可以使STP或UTP,取决于电磁兼容性；站点数：每个总线段最多可接32各站，使用中继器最多可用到127个站，串联屮继器一般不超过3个；插头连接采用9针D型插头。
3.Profibus控制系统的配置有哪几种形式？
答:1.PLC或其他控制器作为1类主站，不设监控站
2以PLC或其他控制器作为1类主站，监控器通过串行口与PLC连接
3•以PLC或其他控制器作为1类主站，将监控站连接在Profibus总线上
4•使用PC+Profibus网卡做为1类主站
5•工业控制PC+Profibus 网卡+SoftPLC。
7.Profibus总线存取方式有哪两种？
答：令牌传送方式和主从传送方式。
8•什么是令牌传递总线方式？
答：此题略。
9•在Profibus网络中1类主站起什么作用？哪些设备可以做为1类主站？
答：1类主站是中央控制器，完成总线通信控制、管理及周期性数据访问。
典型的设备有：PLC、PC、支持主站功能的各种通信处理器模块等设备。
10.在Profibus网络中2类主站有什么作用？列举两种口J以做2类主站的设备？
答：2类主站完成非周期性数据访问，它可以与1类主站进行通信，也可以与从
站进行输入/输出数据通信，并未从站分配新的地址。
典型设备有：编程设备、触摸屏和操作面板等。
11 •可将Profibus网络从站设备分为几类？列举能做为其从设备的名称？
答：3类。
可以是PLC-类的控制器，也可以是不具有程序存储和程序执行功能的分散式I/O设备，还可以如SITRANS现场仪表、MicroMaster变频器等具有总线
接口的智能现场设备。
12.GSD文件有什么作用？它包括哪几部分内容？
答：GSD文件用来描述Profibus-DP设备的特性。
包括通信通用的和设备专用的规范，具体：1 •一般规范2•与DP主站冇关的规范3•与DP从站有关的规范。