現(xiàn)場總線考試練習題及參考答案

1、一. 填空題 1. 控制網絡與計算機網絡相比主要特點有： 數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和系統(tǒng)響應的實時性 2. 信號所含頻率分量的集合稱為 頻譜 ；頻譜所占的頻率寬度稱之為 帶寬 。 3. 局域網常用的拓外結構有總線、星形和_環(huán)形_ _三種。著名的以太網（Ethernet）就是采用其中的_總線_結構。 4. 按交換方式來分類，可以分為 _電路交換 _ 、 _報文交換_和_分組交換_三種。 5. 開放系統(tǒng)互連參考模型 OSI 中，共分七個層次，分別是 應用層 和物理層。 6.常用的有線通信介質主要有 雙絞線 、 同軸電纜 和 光纜 。 、 表達層 、 會話層 、 傳輸層 、 網絡層 、 數(shù)據(jù)鏈路層 、 高可

2、靠性 及 互可操作 。 7. PROFIBUS 由以下三個兼容部分組成: PROFIBUS-DP 、 PROFIBUS-PA 和 PROFIBUS-FMS 。 8. LonWorks 擁有三個處理單元的神經元芯片：一個用于 鏈路層的控制 9 LonTalk 協(xié)議提供了 應答方式 、 請求/響應方式 ，一個用于 網絡層的控制，另一個用于 用戶的應用程序 。 和 非應答方式 四種類型的報文服務。 、 非應答重發(fā)方式 10.FF 現(xiàn)場總線的拓撲結構較靈活，通常包括 點到點 型、 帶分支的總線 型、 菊花鏈型 和 樹型 。 11. FF 總線由 低速（FF-H1） 和 高速(FF-HSE 兩部分組成。

3、 12. 按照地理分布距離和覆蓋范圍來看，計算機網絡可以分為 廣域網 13. FF 的網絡管理主要由 網絡管理者 、 網絡管理代理 、 城域網 和 局域網 。 。 和 網絡管理信息庫 14.PROFIBUS 的總線存取方式有：主站之間采用_令牌方式 _傳送，主站和從站之間采用_ 主從方式 _傳送。 17. PROFIBUS 的 OSI 模型由_應用層_ _、_數(shù)據(jù)鏈路層 _ _和_ 物理層 和 物理層 。 _ _組成三層模型。 18. CAN 的 ISO/OSI 參考模型的層次結構分為 數(shù)據(jù)鏈路層 19.CAN 控制器的驗收濾波器由 4 個驗收碼寄存器 和 4 個驗收屏蔽寄存器 定義。 20.

4、 CAN 總線上用 顯性和隱形 兩個互補的邏輯值表示“0”和“1” 。 21. CAN 報文的位流根據(jù) 非歸零編碼 方法來編碼。 22. 驗收濾波器的濾波模式包括 單濾波模式 23.多路復用技術有 時分多路 24. CAN 報文幀格包含 11 、 雙濾波模式 。 、 頻分多路 位標識符的 標準幀 、 碼分多路 。 和 29 位標識符的 擴展幀 。 二. 名詞解析： 1現(xiàn)場總線 2.報文過濾 3. 虛擬現(xiàn)場設備 VFD 4.工業(yè)以太網 5.本質安全技術 6.鏈路活動調度器 7.控制網絡 8. 計算機網絡 9. 總線仲裁：10.多路復用：11. 網橋： 12.網絡協(xié)議：為計算機網絡中進行數(shù)據(jù)交換而

5、建立的規(guī)則、標準或約定的集合 1、現(xiàn)場總線：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。 3、虛擬現(xiàn)場設備VFD：應用進程中的網絡可視對象和相應的OD 在FMS 中稱為虛擬現(xiàn)場設備VFD。是一個自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和行為的抽象模型。它用于遠距離查看 對象字典中定義過的本地設備的數(shù)據(jù), 其基礎是VFD 對象。VFD 對象包含有可由通信用戶通過服務使用的所有對象及對象描述。對象描述存放在對象字典中, 每個 VFD 有一個對象描述。因而虛擬現(xiàn)場設備可以看作應用進程的網絡可視對象和相應的對象描述的體現(xiàn)。 4、工業(yè)以太網是以太網、甚至是互聯(lián)網系列技術延伸到工業(yè)應用環(huán)境的產

6、物；工業(yè)以太網涉及企業(yè)網絡的各個層次，無論是應用于工業(yè)環(huán)境的企業(yè)信息網絡，還 是基于普通以太網技術的控制網絡，以及新興的實時以太網，均屬于工業(yè)以太網的范疇。 5、本質安全技術是指保證電氣設備在易燃、易爆環(huán)境下安全使用的一種技術。它的基本思路是限制在上述危險場所中工作的電氣設備中的能量，使得在任何故障 的狀態(tài)下所產生的電火花都不足以引爆危險場所中的易燃、易爆物質。 6、鏈路活動調度器：總線通信中的鏈路活動調度，數(shù)據(jù)的接收發(fā)送，活動狀態(tài)的探測、響應，以及總線上各設備間的鏈路時間同步，都是通過數(shù)據(jù)鏈路層來實現(xiàn)。 每個總線網段上有一個媒體嗯控制中心，稱為鏈路活動調度器 LAS。 7、控制網絡：將多個分

7、散在生產現(xiàn)場，具有數(shù)字通信能力的測量控制儀表作為網絡節(jié)點，采用公開、規(guī)范的通信協(xié)議，以現(xiàn)場總線作為通信連接的紐帶，把現(xiàn)場 控制設備連接成為可以相互溝通信息，共同完成自控任務的網絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。 8、計算機網絡：用通信手段將空間上分散的、具有獨立處理能力的多臺計算機系統(tǒng)互連起來，按照某種網絡協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，以進行信息交換、實現(xiàn)資源共享 和協(xié)同工作的計算機系統(tǒng)的集合。 9、總線仲裁：總線在傳送信息的操作過程中有可能會發(fā)生“沖突”。為解決這種沖突，就需進行總線占有權的“仲裁”?？偩€仲裁是用于裁決哪一個主設備是下 一個占有總線的設備。 10、多路復用：在數(shù)據(jù)通信或計算機網絡系統(tǒng)中，傳輸媒體的帶寬或

8、容量往往超過傳輸單一信號的需求，為了有效地利用通信線路，可以利用一條信道傳輸多路信 號，這種方法稱為信道的多路利用，簡稱多路復用。 第 1 頁 共 4 頁 11、網橋：網橋是存儲轉發(fā)設備，用來連接同一類型的局域網。網橋將數(shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層進行差錯校驗，再送到物理層，通過物理傳輸介質送到另一個子網或 網段。它具有尋址與路徑選擇的功能，在接收到幀之后，要決定正確的路徑將幀送到相應的目的站點。 12、網絡協(xié)議：就是為進行計算機網絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定的集合。協(xié)議總是指某一層的協(xié)議，準確地說，它是對同等層實體之間的通信制定 的有關通信規(guī)則和約定的集合。 三簡答題： 1. 中繼器與放大

9、器的區(qū)別。 中繼器不同于放大器，放大器從輸入端讀入舊信號，然后輸出一個形狀相同、放大的新信號。放大器的特點是實時實形地放大信號，它包括輸入信號的所有 失真，而且把失真也放大了。也就是說，放大器不能分辨需要的信號和噪聲，它將輸入的所有信號都進行放大。而中繼器則不同，它并不是放大信號，而是重新 生成它。當接收到一個微弱或損壞的信號時，它將按照信號的原始長度一位一位地復制信號。因而，中繼器是一個再生器，而不是一個放大器。 2. 簡述鏈路活動調度器的五種基本功能。 按照基金會現(xiàn)場總線的規(guī)范要求，鏈路活動調度器應具有以下五種基本功能: 向設備發(fā)送強制數(shù)據(jù) CD。 向設備發(fā)送傳遞令牌 PT，使設備得到發(fā)送

10、非周期數(shù)據(jù)的權力，為它們提供發(fā)送非周期數(shù)據(jù)的機會 為新入網的設備探測末被采用過的地址。當為新設備找好地址后，把它們加入到活動表中。 定期對總線發(fā)布數(shù)據(jù)鏈路時間和調度時間。 監(jiān)視設備對傳遞令牌 PT 的響應，當設備既不能隨著 PT 順序進入使用，也不能將令牌返回時，就從活動表中去掉這些設備。 3.請簡述現(xiàn)場總線技術的特點 答： a b c d 開放性：相關標準的一致性和公開性；系統(tǒng)集成的透明性和開放性；產品競爭的公正性和公開性。 交互性：上層網絡與現(xiàn)場設備之間具有相互溝通的能力；現(xiàn)場設備之間具有相互溝通能力；不同廠家的同類設備可以相互替換。 自治性：單獨的現(xiàn)場設備即具有自動控制的基本功能，可以隨

11、時診斷自己的運行狀況，實現(xiàn)功能的自治。 適應性：專為惡劣環(huán)境而設計的，對現(xiàn)場環(huán)境具有很強的適應性。 4.現(xiàn)場總線通信模型有哪些主要特點？ 答： a 場總線通信模型是對 OSI 參考模型進行簡化，通常只采用 OSI 模型的第 1 層和第 2 層及最高層應用層。目的簡化通信模型結構，縮短通信開銷，降低成本及 提高實時性能。 b 各種類型現(xiàn)場總線并存，并在各自的應用領域獲得良好應用效果。 c 通信數(shù)據(jù)的信息量較小，因此，相對其他通信網絡來說，通信模型相對簡單，結構更緊湊，實時性更好，通信速率更快，成本更低。 5.基金會現(xiàn)場總線的通信模型包括哪些層次，各自的作用是什么？ 分為 4 層，從下至上分別為物

12、理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層、用戶層。 物理層規(guī)定了信號如何發(fā)送； 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、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、設備管理，實現(xiàn)網絡管理、系統(tǒng)管理等。 6.工業(yè)以太網絡有哪些特點？ (1工業(yè)生產現(xiàn)場環(huán)境的高溫、潮濕、空氣污濁以及腐蝕性氣體的存在，要求工業(yè)級的產品具有氣候環(huán)境適應性，并要求耐腐蝕、防塵和防水。 (2工業(yè)生產現(xiàn)場的粉塵、易燃易爆和有毒性氣體的存在，需要采取防爆措施保證安全生產。 (3工業(yè)生產現(xiàn)場的振動、電磁干擾大，工業(yè)控制網絡必須具有機械環(huán)境適應性（如耐

13、振動、耐沖擊）、電磁環(huán)境適應性或電磁兼容性等。 (4工業(yè)網絡器件的供電，通常是采用柜內低壓直流電源標準，大多的工業(yè)環(huán)境中控制柜內所需電源為低壓 24V 直流。 (5采用標準導軌安裝，安裝方便，適用于工業(yè)環(huán)境安裝的要求。工業(yè)網絡器件要能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場控制柜內，并容易更換。 7簡述什么是總線仲裁？ 總線在傳送信息的操作過程中有可能會發(fā)生“沖突”(contention。為解決這種沖突，就需進行總線占有權的“仲裁”（arbitration。總線仲裁是用于裁決哪 一個主設備是下一個占有總線的設備。 8簡述什么是令牌傳遞總線方式？ 這種方式和CSMA/ CD 方式一樣, 采用總線網絡拓撲, 但不同的

14、是在網上各工作站按一定順序形成一個邏輯環(huán)。每個工作站在環(huán)中均有一個指定的邏輯位置, 末站 的后站就是首站, 即首尾相連。每站都了解先行站( PS 和后繼站( NS 的地址, 總線上各站的物理位置與邏輯位置無關。 四、計算題： 1.CRC 校驗碼是網絡通信中普通采用的形式，假設待發(fā)送的消息為 1000100101，生成多項式選用 G=X +X +X +1，CRC 校驗碼為多少，發(fā)送方發(fā)出的信息為什么？ 解: 根據(jù)待發(fā)送的消息 10 0010 0101,可得 第 2 頁 （共 4 頁） 5 4 2 網絡中主要包括以下設備：控制或設計用計算機、交換機、網關等，其功能如下： 計算機，主要用來實現(xiàn)企業(yè)管

15、理層的決策、網絡的組態(tài)及維護，生產設備的日常調度及控制等。 網關，主要實現(xiàn)以太網協(xié)議與 Profibus 協(xié)議的轉換，方便不同協(xié)議的網絡實現(xiàn)互聯(lián)，最張實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享等。 交換機，是以太網組建的主要硬件載體，其功能是實現(xiàn)網絡上各設備間的數(shù)據(jù)鏈路功能。 六、分析題 1. 分析一下 CAN 總線如何進行位仲裁的？ 答： 利用 CSMA 訪問總線，可對總線上信號進行檢測，只有當總線處于空閑狀態(tài)時，才允許發(fā)送。利用這種方法，可以允許多個節(jié)點掛接到同一網絡上。當檢測到一 個沖突位時，所有節(jié)點重新回到監(jiān)聽總線狀態(tài)，直到該沖突時間過后，才開始發(fā)送。在總線超載的情況下，這種技術可能會造成發(fā)送信號經過許多延遲。為

16、 了避免發(fā)送時延，可利用 CSMA/CD 方式訪問總線。當總線上有兩個節(jié)點同時進行發(fā)送時，必須通過“無損的逐位仲裁”方法來使有最高優(yōu)先權的的報文優(yōu)先發(fā) 送。在 CAN 總線上發(fā)送的每一條報文都具有唯一的一個 11 位或 29 位數(shù)字的 ID。CAN 總線狀態(tài)取決于二進制數(shù)0而不是1 ，所以 ID 號越小，則該報文擁 有越高的優(yōu)先權。因此一個為全0標志符的報文具有總線上的最高級優(yōu)先權。可用另外的方法來解釋：在消息沖突的位置，第一個節(jié)點發(fā)送 0 而另外的節(jié)點發(fā) 送 1，那么發(fā)送 0 的節(jié)點將取得總線的控制權，并且能夠成功的發(fā)送出它的信息。 2. 基金會現(xiàn)場總線有哪幾種虛擬通信關系，試分析它們通信特點，信息類型分別是什么及它們主要應用在什么方面