现场总线参考题

一、传统DCS与FCS在现场布线方面有什么区别?★★DCS（DistributedCon-trolSystem,集散控制系统）显示、操作、管理集中；控制、负载、危险分散；自封闭，信息孤岛★★FCS（FieldbusControlSystem，现场总线控制系统）开放，全分布式的控制系统^WLFCS取消了控制站，DCS控制依赖控制站。★*2.本安情况下：现场总线多块仪表共用一块安全栅，DCS每块仪表均配一块安全栅。★^a^FCS控制在现场中完成，DCS控制在控制站中完成★W4FCS信息是双向的，DCS信息是单向的二、 完整的现场总线定义？★★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。三、 现场总线有哪特点？★★★★现场总线系统的结构特点^★】.设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。★★?.现场总线系统中，由于设备增强了数字计算能力，有条件将各种控制计算功能模块、输入输出功能模块置入到现场设备之中。借助现场设备所具备通信能力，直接在现场完成测量变送仪表与阀门等执行机构之间的信息传送，实现了彻底分散在现场的全分布式控制。★★★★现场总线系统的技术特点★★】.系统的开放性：系统的开放性体现在通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互联与信息交换。★★?.互可操作性：是指网络中互联的设备之间可实现数据信息传送与交换；互用则意味着对不同生产厂家的性能类似的设备可以相互替换。★*3.通信的实时性与确定性.★★£现场设备的智能与功能自治性：智能主要体现在现场设备的数字计算与数字通信能力上。**5.对现场环境的适应性四、 现场总线有哪些优点？★★1.节省硬件数量与投资^*2.节省安装费用★*3.节省维护开销^★£用户具有系统集成主动权^*5.提高了系统的准确性与可靠性★*6.更少的设计，简化了图纸★*7.简化了控制系统的工程实施★*8.减少了导线，端子排，机柜，分线盒，桥架★*9.简化了接线**10.组态简单★★11.可查看的信息大大增加★★12.完善的诊断信息★★13.可在线校验，量程调整，调零*14★减少了停机时间，降低费用★★%.系统具有开放性五、 IEC制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线？★★★★IEC终于推出了以下现场总线标准：^丁）?。］：IEC61158技术规范★Type2：ControlNet现场总线*Type3：Profibus现场总线*Type4：P-Net现场总线*Type5：FFHSE(HighSpeedEthernet)*Type6:SwiftNet现场总线★Type7：WorldFIP现场总线*Type8：Interbus现场总线第二章一、 画出通信系统的组成，并对系统各个组成部分功能进行简单介绍。★★★★硬件由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质组成。软件由数据信息形成的通信报文和通信协议组成。★★发送设备：具有通信信号发送电路的设备，也称为发送器（Tran-simitter）。接收设备：具有通信信号接收电路的设备也称为接收器（Receiver）。既可以作为发送设备，又可以作为接收设称为收发器（Transceiver）o★★传输介质是指在两点或多点之间连接收发双方的物理通路，是发送设备与接收设备之间信号传递所经过的媒体，也称之为传输媒体。★★报文：一般把需要传送的信息，包括文本、命令、参数值、图片声音等称为报文。★★通信协议：通信设备之间用于控制数据通信与理解数据通信意义的一组规则。协议的关键是语法、语义和时序。二、 可靠性指标的概念？信道带宽、介质带宽、信道容量和信噪比的概念？信噪比对信道容量的影响？★★可靠性指标：误码率 公式 误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数;★★信道带宽：是指信道容许通过的物理信号的频率范围，即容许通过的信号的最高与最低频率之差。★★介质带宽：是指该传输介质能通过的物理信号的频率范围。★★信道容量：是指信道在单位时间内可能传送的最大比特数。★★信噪比：信号功率S与噪声功率N的比值。一般用10lgS/N来表示，单位分贝（dB）。★★信噪比对信道容量的影响？1.增加带宽也可以提高信道容量。但噪声功率N=Wn0（n0为噪声的单边功率谱密度）。随着W增大，N增大，会导致信噪比降低。。2.在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相互弥补。即提高信道带宽可使具有更低信噪比的信号得以通过，而传输信噪比比较高的信号时，可适当放宽对信道带宽的要求。三、 当传送一个字节数据11001010时，试画出HART和FF总线的物理编码波形示意图？HartP47；FFP44四、 信号的传输模式有哪三种？他们各自的定义和特点是什么？★★基带传输：基带传输是指在基本不改变数字信号频率的情况下，直接按基带信号进行的传输。它不包含任何调制（频率变换），按数据波的原样进行传输。基带传输的特点：1.信号按位流形式传输，整个系统不用调制解调器，使得系统价格低廉。2.与宽带网相比，基带网的传输介质比较便宜，可以达到较高的数据传输速率（一般为lMbps〜10Mbps）但其传输距离一般不超过25km，传输距离越长，传输质量越低。★★载波传输：按幅值键控ASK）、频移键控”SK）、相移键控（PSK）等不同方式，依照要承载的数据改变载波信号的幅值、频率、相位，形成调制信号，载波信号承载数据后的信号传输过程称为载波传输。载波传输的特点：1.克服了目前长途电话线路不能直接传输基带信号的特点;2.可实现多路复用，提高了通信线路的利用率;3.在接收端和发送端都要设置调制解调器。★★宽带传输:在同一介质上可以传输多个频带的信号。宽带传输的特点：可进行全部广播，还可以高速数据传输。可见宽带传输系统是模拟信号传输系统，可以在同一信道上进行数字和模拟信息服务。五、 差错检测中常用的冗余校验方法有哪几种？并对每种方法进行简单解释。★★奇偶校验。编码规则：在原信息后附加一位校验位（垂直校验），或在原信息后附加一行校验行（水平校验），使得整个码字或码组中的代码“1”的个数成为偶数或奇数。“1”的个数为偶数的称为“偶数校验”；“1”的个数为奇数的称为“奇数校验”.★★（2）求和校验在发送端将数据分为k段，每段均为等长的n比特。将分段1与分段2做求和操作，再逐一与分段3至k段做求和操作，得到长度为n比特的求和结果。将该结果取反后作为校验和放在数据块后面，与数据块一起发送到接收端。在接收端对接收到的、包括校验和在内的所有k+1段数据求和，如果结果为零，就认为传输过程没有错误，所传数据正确。如果结果不为零，则表明发生了错误。★*（3）纵向冗余校验LRC纵向冗余校验（LongitudianlRedundancyCheck）按预定的数量将多个单位数据域组成一个数据块。首先每个单位数据域各自采用奇偶校验，得到各单位数据域的冗余校验位。再将各单位数据域的对应位分别作奇偶校验，如对所有单位数据域的第1位作奇偶校验，对所有单位数据域的第2位作奇偶校验，如此等等。并将所有位置奇偶校验校验得到的冗余校验位组成一个新的数据单元，附加在数据块的最后发送出去。★^皿）循环冗余校验（cyclicredundancycheck,CRC）。对传输序列进行一次规定的除法操作，将除法操作的余数附加在传输信息的后边。在接收端，也对收到的数据做相同的除法。如果接收端除法得到的结果其余数不是零，就表明发生了错误。六、 待校验数据为101011。CRC多项式为G（x）=x3+x2+1;写出循环冗余码计算和校验过程。★★★★解：待校验数据为110011（6比特）/生成多相式为比特序列为：1101（4比特，k=3）/将待校验数据比特序列乘以23,则产生的乘积为110011000/将乘积用生成多项式比特序列去除，按模二算法应得到余数为：001/将余数比特序列加到乘积中:001+110011000=110011001式子第二章P76如果在数据传输中没有错误，那么接收端收到的带有CRC校验码的接收数据比特序列一定能被相同的多项式整除，如不能被整除则表明有错误。七、最常用的差错校正方法有哪两种?★★★★最常见的两种差错校正方法是自动重传与前向差错纠正。★★自动重传：当系统检测到一个错误时，接收端自动地请求发送方重新发送传输该数据帧，用重新传输过来的数据替代出错的数据。★★前向差错纠正：在接收端检测和纠正差错，而不需要请求发送端重发。将一些额外的位按规定加入到通信序列中。这些额外的位按照某种方式进行编码，接收端通过检测这些额外的位，发现是否出错、哪一位出错、并纠正这些差错位。第三章简述控制网络主要特点★★控制网络的节点：控制网络的节点大都是具有计算与通信能力的测量控制设备。★★控制网络的任务与工作环境：一、控制网络的任务控制网络以具有通信能力的传感器、执行器、测控仪表作为网络节点，以现场总线为通信介质，连接成开放式、数字化、多节点通信，完成测量控制任务的网络。控制网络要将现场运行的各种信息传送到远离现场的控制室，在把生产现场设备的运行参数、状态以及故障信息等送往控制室同时，又将各种控制、维护、组态命令等送往位于现场的测量控制现场设备，起着现场级控制设备之间的数据联系与沟通的作用。二、 控制网络的工作环境：要求控制网络能适应这种恶劣的工作环境。控制网络的数据传输量相对较少，传输速率相对较低，多为短帧传送。要求通信传输的实时性强，可靠性高。★★控制网络的实时性要求：它与不同于普通数据网络的最大特点在于它必须足对控制的实时性要求。二、 总线访问控制技术可分为哪两大类？各自的代表性技术是哪些？★★★★分为两大类：随机接入和受控接入。★★随机接入。所有的用户都可以根据自己的意愿随机地发送信息。总线网就属这种类型。★★受控接入各个用户不能任意接入信道而必须服从一定的控制。在多点线路中采用集中式控制，环形网采用的是分散式控制。三、 CSMA/CD的发送数据工作过程？★★★★（1）当某个节点要发送数据，先侦听媒体，判断是否有信号在传输；（2）如果有信号传输，转（1），继续侦听；（3）如果媒体上无信号传输，发送数据，同时对媒体继续监听；（4）如果发出信息与监听信息一致，则认为无冲突，数据正确发送，完成发送任务；（5）如果发送数据与监听信息不一致，则认为发生冲突，立即中止发送过程，并向媒体发送“冲突强化”信号，使其他节点感知冲突，本节点计算发送失败的次数；（6）如果发送失败的次数小于某个阀值，按二进制指数退避算法生成等待时间值，等待一定时间，转（1），重新发送；（7）如果发送失败的次数大于某个阀值，停止发送尝试，通知用户，产生网络错误。四、 令牌环发送和接收数据的过程是什么？★★★★一、谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。★★二、拿到令牌的站将令牌的访问控制字节修改，访问控制字段中的T令牌位由0变为1，后面加挂上自己的数据进行发送。★★三、数据帧通过任何一个站点（除源站点外）时，该站点都要把帧的目的地址和本站地址相比较：a）如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时将修改了状态位的原帧送回环中；b）如果地址不符合，则直接将帧送回环中。★★四、数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送站时，从返回的帧状态位可以得知发送成功，发送站将该帧从环上移去，同时再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。五、 令牌总线中令牌丢失和令牌重复的处理方法？★★★★令牌总线中令牌丢失的处理★★】.每个节点都设有“环不工作计时器”，规定时间未监听到媒体上有信息，“环不工作计时器”超时，表示令牌丢失，或环路处于初始工作状态；★★?.所有节点采用竞争总线方式，争夺生成令牌的权利；（1）各节点根据本节点地址，形成不同长度的“要求令牌命令帧”，发往媒体并监听媒体；（2）不同地址形成不同长度帧，发往媒体，必然产生冲突，所有节点忽略这种冲突。（3）发送较短的帧的节点发送帧后，仍会听到其他节点在发送信息；发送最长帧的节点发送帧后，会听不到其他节点在发送信息，最终获得产生令牌的权利。六、 OSI标准模型一共有哪几层？对比OSI模型，简述FF总线、HART总线和EPA总线的通信模型？★★开放系统互连（OSI）七层通信协议：1物理层、2数据链路层、3网络层、4传输层、5会话层、6表示层、7应用层.★*FF总线：P74,1物理层，2-7通讯栈｛2数据链路层，隐去3-7（7层现场总线信息规范子层FMS现场总线访问子层FAS）层｝，用户层（程序）用户层功能块应用与设备描述。★^Hart总线：由三层组成：物理层、数据链路层、应用层。1.物理层:它的物理层采用Bell202国际标准。2.数据链路层:数据链路层按HART通信协议规则建立HART信息格式。其信息构成包括:前导码、终端与现场设备地址、字节数、现场设备状态与通信状态、数据、奇偶校验等。3.应用层：其作用在于使HART指令付诸实现，即把通信状态转换成相应的信息.★WEPA总线：（1物理层2数据链路层-EPA通信调度管理实体ISO/IEC8802-3/IEEE802.11/IEEE802.15）（3网络层-IP）（4传输层-TCP/UDP）（5会话层6表示层-未使用）（7应用层-HTTP、FTP、DHCP、SNTP、SNMP等EPA应用层）（用户层-用户应用进程）七、解释现场总线协议的一致性测试目的和可互操作性的测试目的。★★★★—致性测试目的：检测实现协议的实体或系统与协议规范的符合程度。一致性协议测试内容：基本互连测试：检查被测实体是否具有进一步测试条件；最小连接能力；基本发送和接收数据；能力测试：是否符合静态一致性要求一一实现最基本的协议要求；行为测试：是否符合动态一致性要求——各个状态下所允许的行为是否与协议规定一致。一致性分解测试：对一致性要求逐项给出肯定或否定回答。一致性协议测试特点：尽可能检查被测实体协议实现的完备性，处理各种异常情况的正确性和可靠性。一致性协议测试结果以三种形式给出：通过(PASS)、失败(FAIL)和无法判断。★★互操作性测试的目的：检查同种协议的不同版本或不同实体间的互通和互操作能力。将一个或多个待测网络设备连接起来，在实际的网络环境中进行测试。互操作测试证明来自不同厂家的产品可以彼此互操作。第四章一、 HART协议最为突出的特点是什么？★★★★HART协议又称为混合协议，是因为它将模拟量和数字量通信相融合。它既支持4-20mA模拟信号的单变量通信，也可以将附加信息以数字信号的方式进行通信。数字信息以FSK调制方式加载在标准的4-20mA电流回路上。通过采用滤波技术，可以从模拟信号中去除掉数字信号，数字信号并不会影响模拟量信号的传输。因此，HART协议最突出的特点是：数字通信与模拟信号4〜20mA兼容，传输的信号用调制后的正弦信号叠加在4〜20mA的模拟信号上。二、 简要概述HART协议的两种通信模式，HART协议的点对点模式和多点模式各自的地址范围是多少。★★★★HART协议的主从通信模式1.每次通信都是主设备向从设备发出命令，而从设备予以回答。2.对于典型的帧长度和延迟，这种方式每秒钟可以完成两次数据帧传输。3.系统允许有两台主设备，并被分为：基本主设备和副主设备；基本主设备通常是监控PC机或控制室设备福主设备通常是手持通信器(HHT)。★★HART协议的成组通信模式1.无需主设备发出请求，而从设备自动地连续发出数据。2.从设备突发模式的启动和终止，由主设备通过命令来控制的。3.成组方式的数据帧传输速率较快，可提高到每秒3.7次。无论是“点对点”的连接方式，还是“多点”的连接方式，通常只能有一台现场从设备可以使用成组通信模式。★★当从设备地址为0时，为点对点模式，当从设备地址为1~15时，为多点或多站模式。★★★★从设备可寻址范围是0〜15。当从设备地址为0时，为点对点模式，HART智能变送器处于4〜20mA与数字通信兼容的状态；当从设备地址为1~15时，为多点或多站模式，HART智能变送器处于全数字通信状态。三、 HART协议总线可挂接的仪表数量最多为多少？在非本安情况下，从设备最多可有15台。在本安情况下，由于线路电流能量限制，从设备最多只能有4台。四、 HART协议的地址段有哪两种编址方式？长帧和短帧，地址的格式是不同的。长帧格式地址：共5个字节(40位)。短帧格式地址：只有1字节。五、画出HART协议数据帧的组成示意图，并对每个字段部分进行解释说明。图P40、41★★★★1.前导符：2-20字节，用于与接收器之间的同步。★★?.定界符：只有1字节。此字段的最高位决定该帧是长型帧还是短型帧；低三位表示了不同的帧的类型，其余位保留。★★地址。长帧格式地址：共5个字节（40位）。设备唯一标识符标志了每个从设备或现场仪表。短帧格式地址：只有1字节。为保证向后兼容性，使协议可动态地将链路上每个设备与一个短帧地址相关联。★★4.命令字节：为1字节它表明该帧所封装的HART命令，命令字节值在从设备响应中原封不动地返回。★*5.字节计数：为1字节它表明此字节与最后的帧校验字节之间的数据字节个数。用于识别帧的结束。★★&.数据域：由整数字节的用户数据构成，长度为0-25字节。在主-从帧中，数据域存放用户对设备的请求数据。在从-主帧中，数据域存放现场设备响应的请求数据。★*7.校验字节：1个字节。校验字节存放了对帧中所有字节（不含前导符和该字节）进行水平校验的结果.★*8.响应码：2字节，只在从-主帧中出现。响应码第一字节指明通信状态。第二字节表示现场设备工作状态。判断题（每小题2分，共20分，答对得2分，答错不得分）在CAN总线中，发出报文的节点称为报文发送器，如果总线不处于空闲状态，一个不是TOC\o"1-5"\h\z报文发送器的接点称为接收器。 （V）CGI是一段运行在Web服务器上的程序，可以是可执行文件，也可以是脚本文件。（V）现场总线之所以具有较高的测控性能，一是得益于仪表的智能化，二是得益于设备的通信化。 （V）CSMA/CD在发送之前要先侦听线路有无数据在发送，以后在数据发送过程中就不需要判断有无冲突存在了。 （X）FTT-CAN采用柔性时间触发协议，最大特点是能根据需求在线修改网络策略，调整通信参数，添加新报文等。 （V）CP342-5可以同时作为主站和从站。 （X）ISO-on-TCP提供了S5兼容通信协议，通过组态来传输数据和变量长度。（V）同轴电缆按阻抗可以分为两种，50欧姆的同轴电缆也成为宽带同轴电缆。（X）EtherNet/IP提供“隐式”和“显式”方式对网络设备中的数据进行访问和控制。（X）CAN总线采用非破坏性总线仲裁技术，本质上属于以事件触发的通信方式，具有某种程度的非确定性。 （V）二、填空题（每小题2分，共20分，每小题全答对得2分，答错一个空本小题不得分）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 。光纤分为单模和多模两种类型，其传输原理都是基于光的全反射。工业自动化网络控制系统不单单是一个完成数据传输的通信系统，还是一个借—助网络完成控制功能的自控系。在Profibus中，SFC14用于数据解包，而SFC15用于数据打包。对于西门子工业以太网交换机，OSMITP62-LD中的ITP表示OSM上有ITP电缆接口。幅值键控、频移键控和相移键控是模拟数据编码的三种方式。采用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态的编码方式称为数字数据编码。参照ISO/OSI标准模型，CAN诵信模型包括物理层和 两层。CAN的报文帧有以下四种类型：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。同步是数据传输中必须要解决的重要问题，在报文帧的传送过程中有三种同步方式：位同步、字同步和帧同步。三、 选择题（每小题2分，共20分，答对得2分，答错不得分）CSMA/CD的通信原理可以归结为四句话，下列哪个选项正确（C）发前先侦听、边发边检测、空闲即发送、冲突时退避发前先侦听、边发边检测、冲突时退避、空闲即发送发前先侦听、空闲即发送、边发边检测、冲突时退避发前先侦听、冲突时退避、空闲即发送、边发边检测工业自动化主要包括三个层次，下列哪个不是（B）基础自动化应用自动化管理自动化过程自动化Profibus的通信参考模型中不包括下面那一项（D）物理层数据链路层应用层网络层西门子公司的提供了众多的网络服务，下列那种不是（B）A.标准通信 B.PP/OG通信C.S7通信 D.S5兼容通信以下几种通讯协议不属于以太网范畴的是（D）A.PROFINET B.Modbus/TCPC.EhterNet/IP D.ProFibus现场总线电缆分为A、B、C、D等类型，哪一种类型是符合IEC/ISA物理层一致测试的首选电缆（A）A.A型 B.B型C.C型 D.D型工业以太网在使用中可以扬长避短，缓解其通信不确定性弊端，以下措施不属于缓解通信不确定性的是（A）A.采用大容量服务器 B.控制网络负荷C.采用全双工以太网技术 D.采用交换式以太网技术网络传输介质的访问控制方式有三种，以下不属于其中的是（A）A.数据同步 B.令牌访问C.时分复用 D.载波监听多路访问国际指导委员会将IP地址划分为A、B、C、D、E五类，在下列IP地址中属于C类的是（C）A. B.C.8 D.1PROFINET网络中的设备主要有三类，以下不属于其中的是（D）A.IOController B.IOSupervisorC.IO设备D.IOASIC四、 名词解释（每小题4分，共16分）1.现场总线答：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统（2）的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络⑵基带传输答：基带传输指在不改变数据信号频率的情况下，直接按基带信号进行的传输（2）,不包括任何的调制，按数据波的原样进行的传输（2）。冗余概念答：是指系统资源备份，俗称双机工作模式（2），以使得当某一部分设备出现错误不能正常工作时，备份的设备能够快速切换至主工作方式，以维持整个系统的顺利运行而不至于因局部设备的出错而影响到整个系统的运行（2）。4.工业以太网答：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2）；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