工业控制网络复习题电子科技大学.docx

工业控制网络复习题一、概念题1、现场总线：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。2、模拟数据编码：分别用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态的，称为模拟数据编码。3、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。4、单极性码：信号电平是单极性的数字数据编码。5、双极性编码：信号电平为正、负两种极性的数字数据编码。6、归零码（RZ）：在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的数字数据编码。7、非归零码（NRZ）：在整个码元时间内维持有效电平的数字数据编码。8、差分码：用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”的数字数据编码。9、基带传输：就是在数字通信的信道上按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制。10、载波传输：采用数字信号对载波进行调制后实行传输。11、单工通信：指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。12、半双工通信：指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。13、全双工通信：指能同时作双向通信。14、广播式网络：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。短的消息，即按某种语法组织的分组或包，可以被任何机器发送并被其它所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查它的地址字段。如果是发送给它的，则处理该分组，否则将它丢弃。15、点到点网络：由一对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。16、类：一组表示同种系统组件的对象。一个类是一个对象的一种概括。一个类中所有的对象在形式和行为上是相同的，但是它们可以包含不同的属性值。17、实例：一个对象的一个明确的真实（物理）事件。18、属性：一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。19、广播风暴：当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪，这就发生了“广播风暴”。一个数据帧或包被传输到本地网段（由广播域定义）上的每个节点就是广播；由于网络拓扑的设计和连接问题，或其他原因导致广播在网段内大量复制，传播数据帧，导致网络性能下降，甚至网络瘫痪，这就是广播风暴。20、封装：分层协议使用的一种技术，即当前层将头部信息添加到来自上一层的协议数据单元（PDU）。二、填空题1、现场总线控制系统硬件包括：通信线、连接在通信线上的设备；软件包括：组态工具软件、组态通信软件、控制器编程软件、用户程序软件、设备接口通信软件、设备功能软件、监控组态软件。2、在现场总线控制系统中，总线设备主要分为6类：变送器/传感器；执行器；控制器；监控/监视计算机；现场总线网桥/网关；其它现场总线设备，如人机界面、条形码识别器等。3、现场总线具有数字化、开放性、分散性、互操作性、互换性、现场环境的适应性等特点。4、模拟数据编码的三种编码方法是：ASK（幅度键控）、FSK（频移键控）、PSK（相移键控）。5、较为常见的网络拓扑结构有星形、环形、总线形和树形。6、网络中常用的传输介质有：电话线、同轴电缆、双绞线、光纤、无线与卫星通信。7、传输介质的特性主要包括：物理特性、传输特性、连通特性、地理范围、抗干扰性、相对价格。8、按连接距离分类网络可分为局域网、城域网和广域网。9、服务原语可分为请求、指示、响应、证实4类。10、ISO OSI开放系统互联参考模型分为7层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。11、TCP/IP参考模型分为4层，即主机至网络层、互联网层、传输层、应用层。12、标准格式的CAN数据帧，不计填充位，最短为44位，最长为108位。若计填充位，最短为44位，最长为132位。13、在CAN总线中存在5种不同的错误类型，即：位错误、填充错误、CRC错误、形式错误、应答错误。14、CAN总线在传输速率为5kbps及其以下时，传输距离可达10Km；传输距离在40m及其以下时，传输速率可达1Mbps。15、CAN总线报文传送由4种不同类型的帧表示和控制：数据帧、远程帧、错误帧、超载帧。16、CAN总线数据帧由7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束。17、PROFIBUS现场总线由3个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。18、CAN总线错误帧的位长度为1420。19、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。20、PROFIBUS-DP协议是为自动化制造工厂中分散的I/O设备和现场设备所需要的高速数据通信而设计的。PROFIBUS-PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案。PROFIBUS-FMS的设计旨在解决车间一级的通信。22、PROFIBUS主站具有总线存取控制权，从站没有总线存取控制权。23、DP主站与DP从站间的通信基于主-从原理，一个报文循环由DP主站发出的请求帧（轮询报文）和由DP从站返回的有关应答或响应帧组成。24、PROFIBUS采用混合的总线存取控制机制，即在主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。25、DP主站（1类）循环地与DP从站交换用户数据：PLC、PC或可以做1类主站使用的控制器。2类DP主站是操作元工作站、编程装置，诊断和管理设备，完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。DP从站：PLC、分散式I/O、驱动器、传感器、执行机构等现场设备。26、PROFIBUS-DP系统配置的描述包括：站点数目、站点地址和输入输出数据的格式，诊断信息的格式以及所使用的总体参数。27、PROFIBUS-DP诊断信息分为3类：本站诊断操作、模块诊断操作、通道诊断操作。28、PROFIBUS-DP主要有以下3种运行模式：运行、清除、停止。29、工业以太网链路模块有光链路模块（OLM）和电气链路模块（ELM）。30、工业以太网采用基于事件驱动机制的用户接口提高实时性。二、单选题1、下面哪个国际标准不是关于现场总线的：A.IEC61158 B.IEC62026 C.ISO11898 D.IEC1158答案：（D）2、现场总线是当今3C技术发展的结合点，这里的3C是指：A.COMPUTER、COMMUNICATION、CONTROLB.CHINA、COMPULSARY、CERTIFICATIONC.COMPUTER、COMMUNICATION、CONTENTSD.CAD、CAPP、CAM答案：（A）3、下面哪个现场总线国际标准是关于低压开关设备和控制设备的：A.IEC61158 B.IEC62026 C.ISO11898 D.IEC1158 答案：（B）4、在关于“道路交通工具数字信息交换”的国际标准ISO11898和ISO11519中以下列哪一通信速率区分高速和低速通信控制器局域网？A.1Mbps B.500Kbps C.250Kbps D.125Kbps答案：（D）5、下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？A.Lonworks B.HART C.CC-Link D.Sensoplex2答案：（A）6、双绞线按规则螺旋结构排列的目的是A.使各线对之间易于区别 B.使各线对之间的电磁干扰最小C.使各线对的韧性更强 D.以上皆不是答案：（B）7、SJA1000是：A.CAN控制器接口芯片 B.CAN控制器驱动芯片 C.在片CAN控制器芯片 D.独立CAN控制器芯片答案：（D）8、标准格式的CAN数据帧，不计填充位，A.最短为41位，最长为105位 B.最短为42位，最长为106位C.最短为44位，最长为108位 D.最短为47位，最长为111位答案：（C）9、标准格式的CAN数据帧，若计填充位，A.最短为42位，最长为125位 B.最短为42位，最长为129位C.最短为44位，最长为127位 D.最短为44位，最长为132位答案：（D）10、CAN总线使用的数据编码是：A.归零码（RZ） B.非归零码（NRZ）C.曼彻斯特编码 D.差分曼彻斯特编码答案：（B）11、在CAN总线中，当错误计数值大于多少时，说明总线被严重干扰？A.96 B.127 C.128 D.255答案：（A）12、在CAN总线2.0B技术规范中，扩展帧具有的标识符位数为：A.8位 B.11位 C.15位 D.29位答案：（D）13、ISO11898对CAN总线典型电平规定如下：A.显性：VCANHVCANL2.5V，Vdiff=0V；隐性：VCANH3.5V,VCANL=1.5V,Vdiff=2V。B.隐性：VCANHVCANL2.5V，Vdiff=0V；显性：VCANH3.5V,VCANL=1.5V,Vdiff=2V。C.显性：VCANH1.75V,VCANL=3.25V,Vdiff=-1.5V；隐性：VCANH4V，VCANL1V，Vdiff=3V。D.隐性：VCANH1.75V,VCANL=3.25V,Vdiff=-1.5V；显性：VCANH4V，VCANL1V，Vdiff=3V。答案：（B）14、CAN总线两端应加终端电阻，其标准阻值为：A.75 B.120 C.200 D.330答案：（B）15、CAN总线中，若具有下列报文ID的4个标准格式数据帧争用总线，胜出的是：A.11001100001 B.11001101001 C.11001000001 D.11001000010答案：（C）16、使用CAN控制器接口PCA82C250的CAN总线系统，总线至少可连接多少个节点？A.32个 B.64个 C.110个 D.127个答案：（C）17、采用海明码纠正一位差错，若信息位为7位，则冗余位至少应为A5位B3位C4位D2位 答案：（C）18、采用曼彻斯特编码的数字信道，其数据传输速率为波特率的A2倍B4倍C1/2倍D1倍 答案：（C）19、一个快速以太网交换机的端口速率为100Mbit/s，若该端口可以支持全双工传输数据，那么该端口实际的传输带宽为A100Mbit/sB150Mbit/sC200Mbit/sD1000Mbit/s答案：（C）20、在常用的传输介质中，（）的带宽最宽，信号传输衰减最小，抗干扰能力最强。A双绞线B同轴电缆C光纤D微波答案：（C）21、集线器和路由器分别运行于OSI模型的（）A数据链路层和物理层B网络层和传输层C传输层和数据链路层D物理层和网络层 答案：（D）22、在TCP/IP参考模型中TCP协议工作在A应用层 B传输层 C互连层 D主机-网络层 答案：（D）23、在不同的网络之间实现分组的存贮和转发，并在网络层提供协议转换的网络互连器称为A转接器B路由器C网桥D中继器 答案：（B）四、判断题1、现场总线与现场总线控制系统或现场总线系统/网络往往是不做区分的。（正确）2、差分码不可能是归零码。（正确）3、光纤传输采用幅移键控ASK调制方法，即亮度调制。（正确）4、多模光纤性能优于单模光纤。（错误）5、光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响（正确）6、CSMA的1-坚持退避算法缺点是介质的利用率较低。（错误）7、令牌访问原理可用于环形网络，构成令牌环形网；也可用于总线网，构成令牌总线网络。（正确）8、CAN总线在传输距离为10Km时，其最大传输速率可达1Mbps。（错误）9、标准格式的CAN报文标识符（11位）可达2048个。（错误）10、CAN总线数据帧的数据长度码DLC指明数据场的字节数目，为4位，允许的数据字节数目为0，1，14，15。（错误）11、CAN总线数据帧中参与CRC计算的有帧起始、仲裁场、控制场、数据场，不包括填充位。（正确）12、CAN总线远程帧不存在数据场，所以DLC的数值应永远被设置为0。（错误）13、CAN总线错误帧中的错误标志叠加区的长度可为6至12位。（正确）14、CAN总线中，数据帧和远程帧均以帧间空间与总线上前面所传的帧分隔开。（正确）15、根据CAN总线2.0B技术规范规定，在同一个CAN总线网络系统中，不允许标准帧与扩展帧同时使用。（错误）16、根据CAN总线2.0B技术规范规定，标准格式数据帧最多可传送8字节数据，而扩展格式数据帧最多可传送24字节数据。（错误）17、在CAN总线中，无论是数据帧还是远程帧，仲裁场即是指标识符，控制场即是指DLC。（错误）18、在CAN总线中，标识符的高7位不能全是隐性位。（正确）19、在CAN总线2.0技术规范中，振荡器容差额定值提高到1.58%，使得采用陶瓷振荡器即可达到CAN总线最高通信速率1Mbps。（错误）20、在CAN总线中，当引起重同步的沿的相位误差数值大于重同步跳转宽度时，若相位误差为正，则相位缓冲段1延长数值等于重同步跳转宽度；若相位误差为负时，则相位缓冲段2缩短数值等于重同步跳转宽度。（正确）21、在EtherNet/IP中，无论何时使用UDP来发送一个封装报文，整个报文都应在一个独立的UDP数据包中被发送。（正确）五、简答题1、简述现场总线的技术特点。答：（1）现场总线是现场通信网络；（2）现场总线是数字通信网络；（3）现场总线是开放互连网络；（4）现场总线是现场设备互连网络；（5）现场总线是结构与功能高度分散的系统；（6）现场设备的互操作性与互换性。2、简述现场总线的优点。答：（1）导线和连接附件大量减少；（2）仪表和输入输出转换器（卡件）大量减少；（3）设计、安装和调试费用大大降低；（4）维护开销大幅度下降；（5）系统可靠性提高；（6）系统测量与控制精度提高；（7）系统具有优异的远程监控功能；（8）系统具有强大的（远程）故障诊断功能；（9）设备配置、网络组态和系统集成方便自由；（10）现场设备更换和系统扩展更为方便；（11）为企业信息系统的构建创造了重要条件。3、简述IEC61158国际标准不得不采纳多种现场总线的原因。答：主要有以下两方面。一是技术原因。目前尚没有一种现场总线对所有应用领域在技术上都是最优的。每种现场总线都有其适用范围。二是利益驱动。出于保护自身投资利益的需要，各大公司和总线组织都力争使自己支持的现场总线成为国际标准。相互讨价还价，导致多种现场总线进入了IEC61158。4、简述宽带网与基带网的主要区别。答：一是数据传输速率不同，基带网的数据速率范围为010Mb/s，宽带网可达0400Mb/s；二是宽带网可划分为多条基带信道，提供良好的通信路径。5、简述不坚持、1-坚持和P-坚持三种CSMA坚持退避算法。答：不坚持CSMA。假如介质是空闲的，则发送。假如介质是忙的，则等待一段随机时间，重复第一步。1-坚持CSMA。假如介质是空闲的，则发送。假如介质是忙的，继续监听，直到介质空闲，立即发送。假如冲突发生，则等待一段随机时间，重复第一步。P-坚持CSMA。假如介质是空闲的，则以P的概率发送，或以（1P）的概率延迟一个时间单位后重复处理。该时间单位等于最大的传输延迟。假如介质是忙，继续监听直到介质空闲，重复第一步。6、简述服务与协议的关系。答：服务和协议是完全不同的概念。服务是各层向它上层提供的一组原语（操作）。尽管服务定义了该层能够代表它的上层完成的操作，但丝毫也未涉及这些操作是如何完成的。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。与之相对比，协议是定义同层对等实体之间交换的帧、分组和报文的格式及意义的一组规则。实体利用协议来实现它们的服务定义。只要不改变提供给用户的服务，实体可以任意地改变它们的协议。这样，服务和协议就被完全分离开来。7、简述CAN总线的非破坏性逐位仲裁机制。答：当多个节点同时开始向总线发送报文时，通过逐一比较发送位与监听到的位，发送较低优先级报文的节点会主动停止发送，而发送最高优先级报文的节点不受任何影响地继续发送报文。8、如何区分CAN总线的标准格式数据帧、标准格式远程帧、扩展格式数据帧、扩展格式远程帧？答：对于标准格式数据帧，11位标识符后是2个显性位；对于标准格式远程帧，11位标识符后是一个隐性位和一个显性位。据此可将标准格式数据帧与标准格式远程帧分开。对于扩展格式数据帧、扩展格式远程帧，11位标识符后为两个隐性位，据此可将扩展格式数据帧、扩展格式远程帧与标准格式数据帧、标准格式远程帧分开。而扩展格式数据帧、扩展格式远程帧之间可由扩展ID后的RTR位分开：扩展格式数据帧中RTR位为显性位，扩展格式远程帧中RTR位为隐性位。9、简述MAC（煤体访问控制子层）的CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）控制方案。答：先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其它站的发送信号。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。每个工作站发送信息之后，还要继续监听线路，判定是否有其它站正在与本站同时向传输线发送，一旦发现，便中止当前发送。10、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”(contention)。为解决这种冲突，就需进行总线占有权的“仲裁”（arbitration)。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。11、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。12、带宽：带宽通常指通过给定线路发送的数据量，从技术角度看，带宽是通信信道的宽度（或传输信道的最高频率与最低频率之差），单位是赫兹。13、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。14、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。15、组态configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。也就是通过对软件采用非编程的操作方式，进行参数填写、图形连接和文件生成等，使得软件乃至整个系统具有某种指定的功能。16、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。17、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。18、网桥与中继器的区别。网桥与中继器的区别在于:网桥具有使不同网段之间的通信相互隔离的逻辑，或者说网桥是一种聪明的中继器。它只对包含预期接收者网段的信号包进行中继。这样，网桥起到了过滤信号包的作用，利用它可以控制网络拥塞，同时隔离出现了问题的链路。但网桥在任何情况下都不修改包的结构或包的内容，因此只可以将网桥应用在使用相同协议的网段之间。六、分析综合题1、CAN现场总线的发送器和接收器均使用SJA1000，采用CAN2.0A规范，发送器发送的4个报文的ID分别为：（1）11001100001；（2）11001101001；（3）11001000001；（4）11001001001。欲使接收器只接收报文（1）、（3），应如何设置接收器SJA1000的ACR和AMR？答：SJA1000采用CAN2.0A规范，其接收滤波公式为报文ID的ID.10-ID.3先与ACR的AC.7-AC.0按位同或，所得8位二进制数再与AMR的AM.7-AM.0按位或，最终的结果如果为二进制数11111111，则具有该ID的报文被接收，否则拒收。报文ID的ID.2-ID.0不参与接收滤波。观察上述四个报文ID，并经验算得知ACR=11001100（二进制）、AMR=00000100（二进制）为本题的一个易见解。2、CAN节点使用SJA1000，振荡器频率为16MHz，若使波特率为1Mbps，如何设置SJA1000的BTR0和BTR1？答：BTR0各位为：SJW.1/SJW.0/BRP.5/BRP.4/BRP.3/BRP.2/BRP.1/BRP.0BTR1各位为：SAM/TSEG2.2/TSEG2.1/TSEG2.0/TSEG1.3/TSEG1.2/TSEG1.1/TSEG1.0因tCLK=1/fXTAL=1/16M=62.5纳秒，则CAN系统时钟tscl=2tCLKBRP=125BRP纳秒。若使波特率为1Mbps，则每一位的位时间T须为1微秒（即1000纳秒），令其含有p（8-25的整数）个CAN系统时钟，则应使125*p*BRP=1000，故波特率预引比例因子BRP=1，p=8。因BRP=32BRP.5+16BRP.4+8BRP.3+4BRP.2+2BRP.1+BRP.0+1，故BRP.5-BRP.0各位皆应为0。可取同步跳转宽度（不应超过下文的pTSEG1或pTSEG2）SJW为1，则SJW.1-SJW.0各位皆应为0。故解得BTR0=0x00。因波特率为1Mbps，属高速总线，所以应采