現場總線習題答案

1、現場總線習題答案作者： 張磊第一章現場總線技術概述1.自動控制系統(tǒng)的發(fā)展經歷了哪幾個階段？大致經歷了四個發(fā)展階段，具體如下：20世紀50年代以前是模擬儀表控制系統(tǒng)；直接數字控制系統(tǒng)；70年代中期出現集散控制系統(tǒng)；90年代后期現場總線控制系統(tǒng)。2.DCS控制系統(tǒng)的結構包括哪幾部分？包括三部分：分散過程控制裝置部分，操作管理裝置部分，通信系統(tǒng)部分3.現場總線的基本定義？現場總線(Fieldbus)：是用于過程自動化或制造自動化中的，實現智能化現場設備（例如，變送器、執(zhí)行器、控制器)與高層設備(例如主機、網關、人機接口設備)之間互聯的，全數字、串行、雙向的通信系統(tǒng)。5. 現場總線控制系統(tǒng)的技術特點。

2、1.開放性；2.全數字化；3.雙向通信；4.互可操作性與互用性 ；5.現場設備的智能化與功能自治性6.系統(tǒng)結構的高度分散性 7.對現場環(huán)境的適應性6. FCS相對于DCS具有哪些優(yōu)越性？1FCS實現全數字化通信 2FCS實現徹底的全分散式控制 3FCS實現不同廠商產品互聯、互操作 4FCS增強系統(tǒng)的可靠性、可維護性 5FCS降低系統(tǒng)工程成本7. 分析現場總線的現狀，展望其發(fā)展前景。第二章數據通信基礎與網絡互聯1.何謂現場總線的主設備、從設備？可在總線上發(fā)起信息傳輸的設備叫做“總線主設備” ，又稱命令者。不能在總線上主動發(fā)起通信、只能掛接在總線上、對總線信息進行接收查詢的設備稱為總線從設備(bu

3、s slaver)，也稱基本設備。2.總線操作過程的內容是什么？總線上命令者與響應者之間的連結數據傳送脫開，這一操作序列稱為一次總線“交易”(transaction)，或者叫做一次總線操作。3.尋址方式有幾種？物理尋址 邏輯尋址 廣播尋址 4.通信系統(tǒng)由哪幾部分組成?各自具有什么功能?通信系統(tǒng)是傳遞信息所需的一切技術設備的總和。它一般由信息源和信息接收者，發(fā)送、接收設備，傳輸媒介幾部分組成。信息源和接收者是信息的產生者和使用者發(fā)送設備的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來，即將信息源產生的消息信號經過編碼，并變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸媒介。傳輸介質指發(fā)送設備到接收設備之間信號傳遞所經媒

4、介。它可以是無線的，也可以是有線的(包括光纖)。有線和無線均有多種傳輸媒介，如電磁波、紅外線為無線傳輸介質，各種電纜、光纜、雙絞線等為有線傳輸介質。接收設備的基本功能是完成發(fā)送設備的反變換，即進行解調、譯碼、解密等。它的任務是從帶有干擾的信號中正確恢復出原始信息來，對于多路復用信號，還包括解除多路復用，實現正確分路。5.通信方式按照信息的傳輸方向分為哪幾種?單工 (simplex)方式 ；半雙工(Half duplex)方式；全雙工 (Full duplex)方式6.通信的傳輸模式分為哪幾種?基帶傳輸 載波（帶）傳輸 寬帶傳輸 異步轉移模式ATM7.在載帶傳輸中有哪幾種常用的數據表示方法？調幅

5、方式、調頻方式、調幅方式8.在數據通訊系統(tǒng)中，通常采用哪幾種數據交換方式?線路交換方式 報文交換方式 報文分組交換方式9.比較通信系統(tǒng)中的幾種拓撲結構。星型結構：在星形拓撲中，每個站通過點-點連接到中央節(jié)點，任何兩站之間通信都通過中央節(jié)點進行。中央節(jié)點的結構顯得比較復雜，對其要求較高。環(huán)型結構：通過中繼器進行點-點連接，構成一個封閉的環(huán)路。中繼器接收前驅站發(fā)來的數據，發(fā)往后繼站。鏈路是單向的，工作站需有較復雜的網路處理功能?？偩€型結構：在總線拓撲中，傳輸介質是一條總線，工作站通過相應硬件接口接至總線上。一個站發(fā)送數據，所有其它站都能接收。10. 介質訪問控制方式主要有哪兩種?說明各自的含義。1

6、.CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測) 。載波監(jiān)聽CSMA的控制方案是先聽再講。一個站要發(fā)送，首先需監(jiān)聽總線，以決定介質上是否存在其他站的發(fā)送信號。如果介質是空閑的，則可以發(fā)送。如果介質是忙的，則等待一定間隔后重試。2.令牌訪問控制方式。令牌方式是一種按一定順序在各站點傳遞令牌(Token)的方法。誰得到令牌，誰才有發(fā)報權。11.什么樣的現場設備可以作為現場控制網絡節(jié)點？舉出幾個例子。具有計算與通信能力的測量控制設備可以作為現場控制網絡節(jié)點。例如限位開關、感應開關等各類開關；條形碼閱讀器；光電傳感器；溫度、壓力、流量、物位等各種傳感器、變送器；可編程邏輯控制器PLC； PID等數字控制

7、器； 各種數據采集裝置等。12.現場控制網絡完成哪些通信任務？1.將現場運行的各種信息(現場設備的運行參數、狀態(tài)以及故障信息等)傳送到遠離現場的控制室；2.又將各種控制、維護、組態(tài)命令等送往位于現場的測量控制現場設備中；3.現場級控制設備之間數據聯系與溝通；4.還要在與操作終端、上層管理網絡的數據連接和信息共享中發(fā)揮作用。13. ISO/OSI參考模型為哪7層？各層的主要功能是什么？ISO/OSI的7層參考模型包括：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。物理層(physical layer)主要是處理機械的、電氣的和過程的接口，以及物理層下的物理傳輸介質等問題。數據鏈路層

8、(data link layer)的主要任務是加強物理層傳輸原始比特的功能，使之對網絡層顯現為一條無錯線路。網絡層(network layer)關系到子網的運行控制，其中一個關鍵問題是確定分組從源端到目的端如何選擇路由。傳輸層(transport layer)的基本功能是從會話層接收數據，并且在必要時把它分成較小的單元，傳遞給網絡層，并確保到達對方的各段信息正確無誤。會話層(Session layer)允許不同機器上的用戶建立會話 (session)關系。表示層 (presentation layer)完成某些特定功能，例如用一種大家一致同意的標準方法對數據編碼。應用層 (applicatio

9、n layer)包含大量人們普遍需要的協(xié)議。14.常用的網絡互聯設備有哪些？各自對應OSI參考模型的哪一層？1.物理層使用中繼器 (Repeater)，通過復制位信號延伸網段長度2.數據鏈路層使用網橋 (bridge)，在局域網之間存儲或轉發(fā)數據幀3.網絡層使用路由器 (Router)在不同網絡間存儲轉發(fā)分組信號4.傳輸層及傳輸層以上，使用網關 (gateway)進行協(xié)議轉換，提供更高層次的接口第三章 PROFIBUS總線1、PROFIBUS由哪三個兼容部分組成？各自應用的行業(yè)有哪些？2、PROFIBUS-PA、DP、FMS通信模型包括哪幾層？PROFIBUS通信模型參照了ISO/OSI參考模

10、型的第1層（物理層）和第2層（數據鏈路層），其中FMS還采用了第7層（應用層）,另外增加了用戶層。6、PROFIBUS的總線存取控制機制是什么？主站之間采用令牌總線機制，主站與從站之間采用主從機制。7、PROFIBUS-DP的主要功能是什么？1)DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數據傳輸;2)各DP從站的動態(tài)激活和撤消;3)DP從站組態(tài)的檢查;4)強大的診斷功能，三級診斷信息;5)輸人或輸出的同步;6)通過總線給DP從站賦予地址;7)通過總線對DP主站 (DPM1)進行配置;8)每個DP從站最大為246字節(jié)的輸人和輸出數據。8、 PROFIBUS控制系統(tǒng)有哪幾部分組成？（5、一類主站、二類主站包括

11、哪些設備？）1一類主站一類主站指PLC、PC或可做一類主站的控制器。一類主站完成總線通信與管理。2二類主站二類主站指操作員工作站（如PC機加圖形監(jiān)控軟件）、編程器、操作員接口等。完成各站點的數據讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷等。3從站（1）分散式I/O（2）PLC（3）驅動器、傳感器、執(zhí)行機構等現場設備9、簡述RS-485傳輸技術的基本特征。網絡拓撲：線性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率： 9.6kbit/s12Mbit/s；介質：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）；站點數：每段32站（無中繼），127站（有中繼）；插頭連接：9針D型插頭第五章 監(jiān)控組態(tài)軟件的功能和使用1.

12、 組態(tài)及組態(tài)軟件的概念使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到使計算機或軟件按照預先設置，自動執(zhí)行待定任務，滿足使用者要求的目的。開發(fā)商事先開發(fā)好一套具有一定通用性的軟件開發(fā)平臺，生產若干種規(guī)格的硬件模塊（如I/O模塊、通信模塊、控制模塊），然后，再根據用戶的要求在軟件平臺上進行二次開發(fā)以及硬件模塊的連接。這種軟件的二次開發(fā)工作就稱為“組態(tài)”，相應的軟件開發(fā)平臺就稱為“監(jiān)控組態(tài)軟件”，簡稱“組態(tài)軟件”。2.監(jiān)控組態(tài)軟件主要解決哪些問題?（1）如何與采集、控制設備間進行數據交換；（2）使來自設備的數據與計算機圖形畫面上的各元素關聯起來；（3）處理數據報警及系統(tǒng)報警；（4）存儲歷史數據并

13、支持歷史數據的查詢；（5）各類報表的生成和打印輸出；（6）為使用者提供靈活、多變的組態(tài)工具，可以適應不同應用領域的需求；（7）最終生成的應用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠；（8）具有與第三方程序的接口，方便數據共享。第六章 基金會現場總線（FF）1. FF總線特點。可以工作在生產現場，并能適應本質安全防爆的要求，還可以通過傳輸數據的總線為現場設備提供工作電源。傳輸速率的典型值為31.25kbit/s。2. 基金會現場總線通信模型只具備ISO/ OSI參考模型中的哪幾層？它們各自的作用是什么？基金會現場總線的參考模型只具備了ISO/OSI參考模型七層中的三層，即物理層、數據鏈路層和應用層，并在原有ISO/OS

14、I參考模型第七層應用層之上增加了用戶層。物理層規(guī)定了信號如何發(fā)送;數據鏈路層規(guī)定如何在設備間共享網絡和調度通信;應用層則規(guī)定了在設備間交換數據、命令、事件信息以及請求應答中的信息格式。用戶層則用于組成用戶所需要的應用程序，如規(guī)定標準的功能塊、設備描述，實現網絡管理、系統(tǒng)管理等。3.何謂FF現場總線的通信棧？FF總線的參考模型中的數據鏈路層和應用層統(tǒng)稱為通信棧。4.按照各部分在物理設備中要完成的功能可分為三大部分：通信實體、系統(tǒng)管理內核、功能塊應用進程。5.物理層被分為哪兩層？媒體相關子層和媒體無關子層。6. FF總線的信號由哪幾種信號編碼組成？協(xié)議報文編碼、前導碼、幀前定界碼、幀結束碼。7.

15、FF總線通信設備類型按照各自的通信能力分為哪三類？鏈路主設備、基本設備和網橋8. FF總線的通信活動歸結起來有哪兩類？受調度通信：由鏈路活動調度器按預定的時間表周期性依次發(fā)起的通信活動。（這種受調度通信一般用于在設備間周期性地傳送控制數據。如在現場變送器與執(zhí)行器之間傳送測量或控制器輸出信號。）和非調度通信：在預定調度時間表之外的時間，通過得到令牌的機會發(fā)送信息的通信方式。9. FF現場儀表的功能模塊包括？資源塊、功能塊、轉換塊。第九章 CAN總線1.CAN總線最初是有BOSCH公司設計的。2. CAN總線的主要特點？1. 多主方式工作。網絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節(jié)點發(fā)送信息

16、，而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點信息。2. 網絡上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求。3. 非破壞性總線仲裁技術。當多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動地退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數據，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。4. 采用報文濾波。即可實現點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數據，無需專門的“調度”。5.節(jié)點數主要取決于總線驅動電路，可達110個。6.采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。7.每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據出錯率極低。3. CAN的通信模型只采用了ISO/O

17、SI模型中的物理層和數據鏈路層。4.CAN總線具有兩種邏輯狀態(tài)：隱形和顯性。5.CAN的最大傳輸速率：1Mbit/s；最遠傳輸距離：10KM。6. 數據鏈路層包括：邏輯鏈路控制子層（LLC）和媒體訪問控制子層（MAC）7. 報文傳送由哪4種不同類型的幀表示和控制？數據幀攜帶數據由發(fā)送器至接收器；遠程幀通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標識符的數據幀；出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送；超載幀用于提供當前的和后續(xù)的數據幀的附加延遲。思考題1、現場總線的定義。現場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線2、現場總線系統(tǒng)的組成。硬件：總

18、線電纜，又稱為通信線、通信介質（媒體/媒介/介體）。連接在通信線上的設備稱為總線設備，亦稱為總線裝置、節(jié)點（主節(jié)點、從節(jié)點）、站點（主站、從站）。軟件包括：系統(tǒng)平臺軟件：為系統(tǒng)構建、運行以及為系統(tǒng)應用軟件編程而提供環(huán)境、條件或工具的基礎軟件。包括組態(tài)工具軟件、組態(tài)通信軟件、監(jiān)控組態(tài)軟件和設備編程軟件。系統(tǒng)應用軟件：為實現系統(tǒng)以及設備的各種功能而編寫的軟件，包括系統(tǒng)用戶程序軟件、設備接口通信軟件和設備功能軟件。組態(tài)工具軟件為用計算機進行設備配置、網絡組態(tài)提供平臺并按現場總線協(xié)議/規(guī)范與組態(tài)通信軟件交換信息的工具軟件，如RSNetWorx for DeviceNet、ControlNet、Ethe

19、rNet/IP 。組態(tài)通信軟件為計算機與總線設備進行通信，讀取總線設備參數或將總線設備配置、網絡組態(tài)信息傳送至總線設備而使用的軟件，如RSLinx監(jiān)控組態(tài)軟件運行于監(jiān)控計算機(通常也稱為上位機)上的軟件，具有實時顯示現場設備運行狀態(tài)參數、故障報警信息，并進行數據記錄、趨勢圖分析及報表打印等功能。監(jiān)控組態(tài)軟件可使用戶通過簡單形象的組態(tài)工作即可實現系統(tǒng)的監(jiān)控功能。監(jiān)控組態(tài)軟件亦稱上位機監(jiān)控組態(tài)軟件，如RSView32。設備編程軟件為系統(tǒng)應用軟件提供編程環(huán)境的平臺軟件。當設備為控制器/PLC時，設備編程軟件即為控制器編程軟件，如RSLogix500（用于SLC500系列和ML系列控制器的32位基于W

20、indows的梯形圖邏輯編程軟件）、RSLogix5000（用于Logix平臺所包括的各種控制器（如Control LogixTM）的編程軟件）。系統(tǒng)用戶程序軟件根據系統(tǒng)的工藝流程或功能及其他要求而編寫的系統(tǒng)級的用戶應用程序。該程序一般運行于作為主站的控制器中或計算機中。設備接口通信軟件根據現場總線協(xié)議/規(guī)范而編寫的用于總線設備之間通過總線電纜進行通信的軟件。設備功能軟件使總線設備實現自身功能（不包括現場總線通信部分）的軟件。3、請列舉4類現場總線設備?；饡F場總線、LonWorks、Profibus、CAN、HART、RS-4854、請給出現場總線的技術特點。現場通信網絡 數字通信網絡 開

21、放互連網絡 現場設備互連網絡 結構與功能高度分散的系統(tǒng) 互操作性與互換性網絡5、請給出5個現場總線的優(yōu)點。全數字性、精度高、抗干擾性強、內嵌控制功能、高速通信、多變量測量、多變量傳送、系統(tǒng)綜合成本低、真正的可互操作性、真正的分散控制、組態(tài)操作一致、具有強大的故障診斷功能、采用預測維護技術。6、請列舉現場總線的一些應用領域。樓宇自動化、家庭自動化、智能通信產品、汽車工業(yè)、繼電保護和電力監(jiān)控、物流制藥、包裝、石油化工、鋼鐵冶金、機器人等7、請用圖解的形式描繪通信系統(tǒng)的組成, 以及各部分的作用組成見右圖見第二章第4題第一頁8、 請列寫幾種數據編碼波形,并畫出其典型波形圖9、數據通信系統(tǒng)有幾種傳輸模式

22、,每種模式各自的特點基帶傳輸：基帶傳輸是指在基本不改變數據信號頻率的情況下，在數字通信中直接傳送數據的基帶信號，即按數據波的原樣進行傳輸，不采用任何調制措施。它是目前廣泛應用的最基本的數據傳輸方式。局域網、控制局域網特點：不用調制解調器 系統(tǒng)價格低廉 較高的數據傳輸速率（一般為1Mb/s10 Mb/s） 傳輸距離一般不超過25km 半雙工方式或單工方式載波（帶）傳輸：在載波傳輸中，發(fā)送設備首先要產生某個頻率的信號作為基波來承載信息信號，這個基波就稱為載波信號，基波頻率就稱為載波頻率。載波傳輸是先用數字信號對載波進行調制，然后進行傳輸的傳輸模式。最基本的調制方式有幅值鍵控 (ASK)，頻移鍵控

23、(FSK)和相移鍵控 (PSK)3種，載波傳輸按這3種不同方式改變載波信號的幅值、頻率、相位，形成調制信號后發(fā)送。寬帶傳輸 ：由于基帶網不適于傳輸語言、圖像等信息，隨著多媒體技術的發(fā)展，計算機網絡傳輸數據、文字、語音、圖像等多種信號的任務愈來愈重，因此提出了寬帶傳輸的要求。寬帶傳輸與基帶傳輸的主要區(qū)別:一是數據傳輸速率不同，基帶網的數據傳輸速率范圍為0l0Mb/s，寬帶網可達Gb/s;二是寬帶網可劃分為多條基帶信道，能提供良好的通信路徑。一般寬帶局域網可與有線電視系統(tǒng)共建，以節(jié)省投資。10、 當前控制網絡所采用的幾種網絡結構,并寫出其中三種結構的優(yōu)缺點局域網：（1ocal area network），簡稱LAN，是處于同一建筑、同一大學或方圓幾千米遠地域內的專用網絡。局域網常被用于連接公司辦公室或工廠里的個人計算機和工作站，以便共享資源（如打印機）和交換信息。LAN的覆蓋范圍比較小，這意味著即使是在最壞情況下其傳輸時間也是有限的，并且可以預先知道傳輸時間。知道了傳輸的最大時間，就可以使用某些設計方法，而在其它情況下是不能這樣做的。這同樣也簡化了網絡的管理。以太網（Ethernet）是一種基于總線的廣播式網絡城域網：（metropolitan area network），簡稱