《现场总线》历年期末试卷答案

《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。

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。

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：系统开放性，互可操作性，通信的实时性与确定性，现场设备的智能性与功能自治性，对现场环境的适应性。

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。

4.现场总线通信模型有哪些主要特点？

答：

a) 场总线通信模型是对OSI 参考模型进行简化，通常只采用OSI 模型的第1层和第2层及最高层应用层。目的简化通信模型结构，缩短通信开销，降低成本及提高实时性能。

b) 各种类型现场总线并存，并在各自的应用领域获得良好应用效果。

c) 通信数据的信息量较小，因此，相对其他通信网络来说，通信模型相对简单，结构更紧凑，实时性更好，通信速率更快，成本更低。

5.基金会现场总线的通信模型包括哪些层次，各自的作用是什么？

分为4层，从下至上分别为物理层、数据链路层、应用层、用户层。

物理层规定了信号如何发送；

数据链路层规定如何在设备间共享网络和调度通信；

应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式；

用户层则用于组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能块、设备管理，实现网络管理、系统管理等。

6.工业以太网络有哪些特点？

(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。

8．简述什么是令牌传递总线方式？

这种方式和CSMA/ CD 方式一样, 采用总线网络拓扑, 但不同的是在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。

四、计算题：

1.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：1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 11

2.用速率为2400bps 的调制解调器（无校验位，一位停止位），30秒内最多能传输多少个汉字（一个汉字为两个字节）。

（1）30秒传输位数 （2）每个汉字传输位数 （3）30秒传输的汉字数

解：（1）30秒传输位数：2400×30=72000位

（2）每个汉字传输位数：（8＋1＋l ）×2=20位

（3）30秒传输的汉字数：72000÷20=3600个

五、作图题：

1.试分别画出数字量：（1）65H 和（2）BAH 的不归零、归零及差分曼彻斯特编码的信号波形图。

2. 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，最张实现数据的共享等。

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。

六、分析题

1. 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。

2. 基金会现场总线有哪几种虚拟通信关系，试分析它们通信特点，信息类型分别是什么及它们主要应用在什么方面？

3．试分析基金会现场总线数据链路层数据活动控制方法。

答案在课本130到131页。