现场总线复习题2012.doc

复习题1一、填空1. OSI参考模型的七层分别是 物理层 、 数据链路层 、 网络层 、 运输层 、 会话层 、 表示层 、 应用层 。2 .MACS现场控制站由控制机笼、主控制器、电源模块、智能I/O模块、端子模块、通信网络、控制机柜等部分组成。3. 现场总线是一种数字式、双向传输、多分支结构和计算机局部网络的底层控制网络。4. 典型的现场总线有Profibus、CAN、FF等。5. 现场总线的基本设备有现场总线变送器、温度变送器、电流-现场总线转换器和 现场总线-电流变换器 等。6. PROFIBUS现场总线的组态软件是 step7 。7. 计算机控制系统由工业控制机 和生产过程两大部分组成。8. 计算机控制系统按参与控制的计算机不同，可分为工业控制机控制系统、PLC控制和 单片机控制。9. 集散控制系统是计算机技术、控制技术、显示技术和 、 通信技术相结合的产物。10. 计算机网络的拓扑结构主要有总线型、星型、环型、树型、网状型。11. 现场控制站的基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和 数据通信 。12. 计算机控制系统按其结构不同可分为 集中结构和 分散结构 两大类。13. 集散控制系统由 工业控制机、通信网络、现场检测控制设备三大部分组成。14. 常用的通信介质主要有 双绞线、同轴电缆、光纤。15. 集散控制系统又称为 分散控制系统英文简称 DCS ，现场总线控制系统简称为 FCS 。16. 集散控制系统的设计思想为 集中管理、分散控制。二、名词解释数据采集系统：计算机只承担数据的采集和处理，而不直接参与控制。直接数字控制系统：计算机既采集数据，又对数据进行处理，并按照一定的控制规律进行运算，其结果经输出通道作用到控制对象，使被控变量符合要求。实时控制：计算机在规定的时间内完成数据的采集、计算和输出。传输速率：单位时间内通信系统所传输的信息量，一般以每秒种能够传输的比特数来表示，其单位是bps。计算机控制系统：利用计算机来实现工艺过程自动控制的系统。集散控制系统：是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层结构形式、局部网络通信的计算机综合控制系统。串行传输：把数据逐位依次在信道上进行传输的方式。通信协议：通信双方共同遵守的规则和约定，包括语法、语义、时序。监督计算机控制系统：简称SCC系统，是一种两级微型计算机控制系统，其中DDC级计算机完成生产过程的直接数字控制；SCC级计算机则根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给DDC级计算机执行。分级控制系统：由多台计算机完成不同的控制功能和对多个设备的控制，其特点是控制分散、危险分散。模拟通信：通信系统中所传输的是模拟信号，通常采用0-10m A DC或4-20m A DC电流信号传输信息。数字通信：通信系统中所传输的是数字信号。并行传输：把数据多位同时在信道上进行传输的方式。开放系统互连参考模型：信息处理领域内最重要的标准之一，是一种框架模型，它将开发系统的通信功能分为七层，描述了各层的意义及各层的命名和功能。三、问答题1. 简述DCS的操作员站、工程师站、监控计算机站的主要功能？2. 简述组态设计的基本步骤。3. 什么是PROFIBUS总线？PROFIBUS总线有什么特点？4. DCS的层次结构一般分为几层，并说明每层的功能？5. 简述现场控制站的基本功能。6. 典型的现场总线有哪些？各有什么特点？（至少写3种）7. 计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？8. 概述DCS的产生过程，并分析其设计思想。9. 什么是现场总线？与集散控制系统比较有哪些优点？答案：1.操作站的主要功能：为过程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。工程师站的主要功能：控制系统组态的修改、控制参数的调试监控计算机的主要功能：在车间管理级与过程优化级之间起到信息传递的作用，同时可对信息进行优化计算，为系统决策提供参考。2. 组态设计的一般步骤如下：（1）组态软件的安装 按照要求正确安装组态软件，并将外围设备的驱动程序、通信协议等安装就绪。（2）工程项目系统分析 首先要了解控制系统的构成和工艺流程，弄清被控对象的特征，明确技术要求，然后再进行工程的整体规划，包括系统应实现哪些功能、需要怎样的用户界面窗口和哪些动态数据显示、数据库中如何定义及定义哪些数据变量等。（3）设计用户操作菜单 为便于控制和监视系统的运行，通常应根据实际需要建立用户自己的菜单以方便操作，例如设立一按钮来控制电动机的起/停。（4）画面设计与编辑 画面设计分为画面建立、画面编辑和动画编辑与链接几个步骤。画面由用户根据实际工艺流程编辑制作，然后需要将画面与已定义的变量关联起来，以便使画面上的内容随生产过程的运行而实时变化。（5）编写程序进行调试 程序由用户编写好之后需进行调试，调试前一般要借助于一些模拟手段进行初调，检查工艺流程、动态数据、动画效果等是否正确。（6）综合调试 对系统进行全面的调试后，经验收方可投入试运行，在运行过程中及时完善系统的设计。3. PROFIBUS是一种国际性的开放式现场总线标准，是唯一的全集成H1（过程）和H2（工厂自动化）现场总线解决方案12，它不依赖于产品制造商，不同厂商生产的设备无须对其接口进行特别调整就可通信，因此它广泛应用于制造加工、楼宇和过程自动化等自动控制领域。PROFIBUS现场总线系统的技术特点：容易安装，节省成本。集中组态，建立系统简单。提高可靠性，工厂生产更安全、有效。减少维护，节省成本。符合国际标准，工厂投资安全。4.集散控制系统分为四个层次，每个层次由多个计算机组成，分别行使不同的功能，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。现场控制级的功能：一是完成过程数据采集与处理。二是直接输出操作命令、实现分散控制。三是完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。过程控制级功能：一是采集过程数据，进行数据转换与处理；二是对生产过程进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；三是现场设备及 I/O 卡件的自诊断；四是与过程操作管理级进行数据通信。过程管理级功能：一是监视和控制生产过程；二是控制方式的无扰动切换，修改设定值，调整控制信号，操控现场设备，以实现对生产过程的干预；三是打印各种报表，复制屏幕上的画面和曲线等。5.现场控制站是多功能型的，其基本功能包括反馈控制、逻辑控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理和数据通信等功能。6. PROFIBUS现场总线系统的技术特点：容易安装，节省成本。集中组态，建立系统简单。提高可靠性，工厂生产更安全、有效。减少维护，节省成本。符合国际标准，工厂投资安全。基金会现场总线是一种全数字式的串行双向通信系统，它可以将现场仪表、阀门定位器等智能设备连接在一起，其自身可向整个网络提供应用程序。它以 ISO/OSI 参考模型为基础，采用物理层、数据链路层和应用层为 FF 通信模型的相应层次，并在应用层上增加用户层。ControlNet 现场总线采用并行时间域多路存取 CTDMA (Concurrent Time Domain Multiple Access) 技术，它不采用主从式通信，而采用广播或一点到多点的通信方式，使多个节点可精确同步获得发送方数据。7. 计算机控制系统的控制器由计算机来实现，是模拟、数字混合系统。8. 早期计算机参与到控制中，采用的集中式结构，即由一个计算机完成所有的控制功能和对所有设备的控制，但这种集中式计算机控制系统危险集中、控制集中，且对中央节点的可靠性要求很高，因此逐渐被淘汰，后来随着通信网络技术的发展，出现了分散控制系统，由多个计算机分别完成多个控制功能和对多个生产设备的控制，其特点是集中操作、集中显示，分散控制、分散危险。9. 一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的底层通信总线。其网络节点是以微处理器为基础的、具有检测、控制、通信能力的智能式仪表或控制设备。现场总线的优点 (1)节省硬件数量与投资 由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接实现多种测量、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工业PC机作为操作站，从而节省了大笔硬件投资。随着控制设备的减少，控制室的占地面积还可随之减少。 (2)节省安装费用 现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆可挂接多个设备，因而电缆、接线端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料，安装费用可节约60%以上。(3)节省维护开销 由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。 (4)用户具有高度的系统集成主动权 用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来实现系统集成。突破了选择某一品牌产品的种种限制，不会为系统集成中不兼容的协议和接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。(5)提高了系统的准确性与可靠性 现场总线设备的智能化、数字化，从根本上提高了仪表的测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统工作的可靠性。此外，由于设备标准化和功能模块化，因此还具有系统设计简单、构建灵活等优点。现场总线控制系统具有信号传输全数字化、控制功能分散化、现场设备具有互操作性、通信网络全互连式、技术和标准全开放式等特点。复习题21 什么是现场总线？答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场总线的概念一般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的底层通信总线。2 现场总线的本质含义表现在哪些方面？答： （1）现场通信网络； （2）现场设备互联； （3）互操作性； （4）分散功能块； （5）通信线供电； （6）开放式互联网络。3 现场总线有哪些优点？（简略版）答：（1）全数字化； （2）全分布； （3）双向传输； （4）自诊断； （5）节省布线及控制室空间； （6）多功能仪表； （7）开放性； （8）互操作性； （9）智能化与自治性4 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？答：常用的现场总线和特点如下表所示。特性现场总线类型FFProfibusHARTCANLonWorks开发公司Fisher-RosemountSiemensRosemountBocshEchelon应用范围仪表PLC智能变送器汽车楼宇自动化、工业自动化OSI网络层次1、2、71、2、71、2、71、2、71-7通讯介质双绞线、光缆、同轴电缆双绞线、光缆电源信号线双绞线双绞线、光缆、同轴电缆、无线和电力线介质访问方式令牌、主从令牌、主从令牌、查询位仲裁的CSMA可预测P坚持CSMA（PP CSMA CRC）CSMA/CA纠错方式CRCCRCCRCCRCCRC最大传输速率2.5Mbps12 Mbps12 Mbps1 Mbps1.25 Mbps最大节点数32（H1）124（H2）1281511032000优先级有有有有有安全性是是是是是开发工具有有有有5 现场总线系统（FCS）与传统的集散型控制系统（DCS）相比较，有哪些特点？答：（1） 数字式通信方式取代设备级的模拟量（如420mA，05V等信号）和开关量信号。（2）在车间级与设备级通信的数字化网络。（3）现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。（4）现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。（5）在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。6 现场设备有哪些部分组成？它们的各自作用是什么？答：现场设备或现场仪表是指变送器、执行器、服务器和网桥、辅助设备以及监控设备等。这些设备可通过双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等传输线进行互联。（1）变送器 常用的变送器有温度、压力、流量、物位和分析五大类，它既有检测、变换和补偿功能，又有PID控制和运算功能。 （2）执行器 常用的执行器有电动和气动两大类。执行器的基本功能是控制信号的驱动和执行，还内含调节阀输出特性补偿、PID控制和运算功能，另外有阀门特性自动校验和自诊断功能。 （3）服务器和网桥 服务器下接H1和H2，上接局域网LAN（Local Area Network）；网桥上接H2，下接H1。（4）辅助设备 辅助设备有H1/气压转换器、H1/电流转换器、电流/H1转换器、安全栅、总线电源、便携式编程器等。（5）监控设备 监控设备主要有工程师站、操作员站和计算机站，工程师站提供现场总线控制系统组态，操作员站实现工艺操作与监视，计算机站用于优化控制和建模。7 什么叫系统集成？现场总线系统集成的方法有哪些？答：现场总线系统的集成就是采用现场总线技术为用户提供一体化的自动化方案，以集检测、采集、控制和执行以及信息的传输、交换、存储与利用的一体化为目标，广泛采用现场总线技术、局域网和因特网技术，发展了实现各种物理“设备集成”的系统互连技术以及实现“信息集成”的软件集成技术和数据集成技术，从而满足企业综合自动化的要求。8 什么是蓝牙技术？答：蓝牙（Bluetooth）技术是一门发展十分迅速的短距离无线通信技术。由移动通信与移动计算公司联合推出。1998年5月20日成立专门兴趣小组，负责制定一个开放短距离无线通信协议。这个协议代号取自十世纪的一位爱吃蓝梅的丹麦国王哈罗德的绰号蓝牙。蓝牙技术的小功率设备支持距离大约10米的无线通信，大功率设备也只支持距离大约100米的无线通信。蓝牙利用短距离无线连接技术替代专用电缆连接。将蓝牙微芯片嵌入蜂窝电话、膝上或台式电脑、打印机、个人数字助理、数字相机、传真机、键盘、手表等设备内部，在这些蓝牙设备之间，建立起低成本、短距离的无线连接。蓝牙规定了4种物理接口：通用串行总线USB、EIA-232、PC卡、通用异步收发器UART接口。蓝牙技术使用跳频（Frequency Hopping）、时分多用（Time Division Multi-Access）和码分多用（Code Division Multi-Access）等先进技术，来建立多种通信与信息系统之间的信息传输。蓝牙技术作为一种射频无线技术，支持点对点和多点通信。一个蓝牙设备可以和一个、也可以和多个蓝牙设备通信。异步数据信道的最大传输速率为721Kbps。9 什么是OPC技术？答：OPC（OLE for Process Control）指用于过程控制的对象链接与嵌入（OLE）技术，是对象链接与嵌入技术在自动化领域的具体应用，这是一项技术规范与标准。OPC以OLE/COM机制作为应用程序级的通信标准，采用client/server模式，OPC以服务器server的形式，对下层现场设备即client提供一系列标准的接口，使得由client负责的现场设备的各种信息能够进入OPC服务器，从而实现向下互联。复习题3一、填空1. 自动控制从非智能、低智能到高智能的发展阶段经历了： 模拟仪表控制系统 、 直接数字控制系统 、 集散控制系统 和现场总线控制系统 四个阶段。2. 常用的载带传输的数字编码方式调幅方式、调频方式、和调相方式三种。3. 分布控制系统拓扑结构较多采用星形 、 环形、和总线型 等三种结构。4. 通信方式按照信息的传输方向分为 单工 、 双工和半双工等三种方式。5. PROFIBUS中含有 站诊断 、 模块诊断 和 通道诊断 等三级诊断。6. PROFIBUS-DP第1类主站与从站数据传送分为参数设定，组态和数据交换 等三个阶段。7. LonWorks神经元芯片CPU中，其通信接口的模式有 单端模式 、差分模式 和专用模式等三种。8. 数据交换可分为 线路交换 、 报文交换 和 报文分组交换 （数据报和虚电路）等三种方式。9. S7-300 PLC的程序可采用三种语言编程，包括梯形图（LAD）、 语句表（STL）、 功能图（FBD） 三种语言编程，系统功能块通常采用功能图编程。10. 介质访问方式包含随机访问和受控访问两大类，其中常用争用总线技术为 CSMA/CD 。二、专业名词解释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的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题 。2监控组态软件 答：监控组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。3ISO/OSI协议模型 答：ISO/OSI协议模型将各种协议分为七层，自上而下依次为：物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。4汉明校验 答：汉明校验是在奇偶校验的基础上发展起来的，汉明校验不像校验那样只设置一位校验码，而是设置若干位校验码，其中每个校验码有一定的校验范围。5令牌总线机制 答：令牌总线是一种在总线拓扑结构中利用“令牌”（token）作为控制节点访问公共传输介质的确定型介质访问控制方法。在采用令牌总线方法的局域网中，任何一个结点只有在取得令牌后才能使用共享总线去发送数据。三、问答题1、 ProfitBus通过网络协议模型中的数据链路层实现总线存取控制，请解释数据链 路层实现总线存取控制的原理和需要满足介质控制的基本要求是什么？答：数据链路层实现总线存取控制的原理和需要满足介质控制的基本要求是1） 主站（PLC或PC）间的通信必须使每一个总线（节点）在确定的时间范围内能获得足够的时间来处理它自己的通信任务。2） 复杂的PLC或PC与简单的分散的过程I/O设备（从站）间的数据交换必须快速简单。2、 CAN报文由由哪些帧组成？构成一帧的基本元素是哪些? 答：（1）CAN报文由数据帧、远程帧、出错帧和超载帧组成。（2）构成一帧的结构由帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列均借助位填充规则进行编码,当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个补码位。3、 SIMATIC S7系统采用哪些方式实现对DP网络的诊断功能？答：SIMATIC S7系统采用四种：（1）LED故障诊断；（2）STEP7在线功能诊断；（3）利用用户程序诊断；（4）ROFIBUS监视器诊断。4、 在使用WinCC设计监控软件过程中，需要对PLC的硬件和工业PC信息组态，结合S7 PLC,请描述PC信息组态的过程，并给出组态过程中需要添加的文件？答：5、 结合S7-300 PLC描述程序扫描工作过程和特点，并计算扩展后最大的I/O点数为多少?答：（1）S7-300系列可编程控制器采用模块化结构，采用扫描方式工作。程序循环执行示意图如图1所示，扫描周期的最大循环时间是一定的，但在执行不同的程序段时，执行时间会不同。图1 在一个扫描周期过程映象刷新操作过程PII（2）根据CPU的不同，所允许配置的I/O点数不同，但最大可带点数为：12881024 四、综合与分析题采用MPI通信方式，并根据以下要求设计程序。设主站的地址为2，从站的地址为3，当在主站输入开关量324，从站的输出Q0.1接通，输入开关量280，从站的Q0.2关闭。1、 简述硬件的组态步骤，设计发送和接收寄存器。2、 写出主站和从站的程序梯形图。答：复习题41. 什么是现场总线？国际电工委员会IEC61158对现场总线的定义是什么？答：现场总线原本是指现场设备之间公用的信号传输线，后又逐渐被定义为应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信技术。国际电工委员会IEC61158对现场总线（field bus）的定义是：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. 简述现场总线的分类及其应用领域。答：现场总线可分为三类：全传感器网络功能数字网络 数字信号串行线 现场总线是应用在生产现场、在微型计算机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用背景。3. 简述现场总线的协议组成结构及其工作原理。答：现场总线网络结构按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互联OSI（Open System Interconnection）参考模型建立的。OSI参考模型共分7层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表达层和应用层。 工作原理：它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。4. 介绍CAN总线位的数值表示，并说明任意两点间的最大距离。答: VCAN-HVCAN-LVdiffVdiff隐性位隐性位显性位时间tU图 1 总线位的数值表示 位速率bps1M500K250K125K100K50K20K10K5K最大距离40m130m270m530m620m1.3km3.3km6.7km10km表 1 CAN总线系统任意两节点之间的最大距离5. 简述数据链路层的几个特征。答：七个基本特征：（1）报文（Messages）（2）信息路由（Information Routing）（3）优先权（Priorities）（4）远程数据请求（Remote Data Request）（5）仲裁（Arbitration）（6）安全（Safety）错误检测（Error Detect）措施：- 监视（发送器对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较）- 循环冗余检查- 位填充- 报文格式检查（7）应答（Acknowledgment）6. 详述报文的帧结构。答：在报文传输时，不同的帧具有不同的传输结构，下面将分别介绍四种传输帧的结构，只有严格按照该结构进行帧的传输，才能被节点正确接收和发送。数据帧由七种不同的位域(Bit Field)组成：帧起始(Start of )、仲裁域(Arbitration Field)、控制域(Control Field)、数据域(DataField)、CRC域(CRC Field)、应答域(ACK Field)和帧结尾(End of )。数据域的长度可以为08个字节。1)帧起始(SOF)：帧起始(SOF)标志着数据帧和远程帧的起始，仅由一个“显性”位组成。在CAN的同步规则中，当总线空闲时(处于隐性状态)，才允许站点开始发送(信号)。所有的站点必须同步于首先开始发送报文的站点的帧起始前沿(该方式称为“硬同步”)。2)仲裁域：仲裁域由标识符和RTR位组成，标准帧格式与扩展帧格式的仲裁域格式不同。标准格式里，仲裁域由1l位标识符和RTR位组成。标识符位有ID28IDl8。扩展帧格式里，仲裁域包括29位标识符、SRR位、IDE(Identifier Extension，标志符扩展)位、RTR位。其标识符有ID28IDO。为了区别标准帧格式和扩展帧格式，CANl012版本协议的保留位r1现表示为IDE位。IDE位为显性，表示数据帧为标准格式；IDE位为隐性，表示数据帧为扩展帧格式。在扩展帧中，替代远程请求(Substitute Remote Request，SRR)位为隐性。仲裁域传输顺序为从最高位到最低位，其中最高7位不能全为零。RTR的全称为“远程发送请求(Remote TransmissionRequest)”。RTR位在数据帧里必须为“显性”，而在远程帧里必须为“隐性”。它是区别数据帧和远程帧的标志。3)控制域：控制域由6位组成，包括2个保留位(r0、r1同于CAN总线协议扩展)及4位数据长度码，允许的数据长度值为08字节。4)数据域：发送缓冲区中的数据按照长度代码指示长度发送。对于接收的数据，同样如此。它可为08字节，每个字节包含8位，首先发送的是MSB(最高位)。5)CRC校验码域：它由CRC域(15位)及CRC边界符(一个隐性位)组成。CRC计算中，被除的多项式包括帧的起始域、仲裁域、控制域、数据域及15位为0的解除填充的位流给定。发送时，CRC序列的最高有效位被首先发送接收。之所以选用这种帧校验方式，是由于这种CRC校验码对于少于127位的帧是最佳的。6)应答域：应答域由发送方发出的两个(应答间隙及应答界定)隐性位组成，所有接收到正确的CRC序列的节点将在发送节点的应答间隙上将发送的这一隐性位改写为显性位。因此，发送节点将一直监视总线信号已确认网络中至少一个节点正确地接收到所发信息。应答界定符是应答域中第二个隐性位，由此可见，应答间隙两边有两个隐性位：CRC域和应答界定位。7)帧结束域：每一个数据帧或远程帧均由一串七个隐性位的帧结束域结尾。这样，接收节点可以正确检测到一个帧的传输结束。（2）错误帧错误帧由两个不同的域组成：第一个域是来自控制器的错误标志；第二个域为错误分界符。1)错误标志：有两种形式的错误标志。激活(Active)错误标志。它由6个连续显性位组成。认可(Passive)错误标志。它由6个连续隐性位组成。它可由其他CAN总线协议控制器的显性位改写。2)错误界定：错误界定符由8个隐性位组成。传送了错误标志以后，每一站就发送一个隐性位，并一直监视总线直到检测出1个隐性位为止，然后就开始发送其余7个隐性位。(3) 远程帧 远程帧也有标准格式和扩展格式，而且都由6个不同的位域组成：帧起始、仲裁域、控制域、CRC域、应答域、帧结尾。与数据帧相比，远程帧的RTR位为隐性，没有数据域，数据长度编码域可以是08个字节的任何值，这个值是远程帧请求发送的数据帧的数据域长度。当具有相同仲裁域的数据帧和远程帧同时发送时，由于数据帧的RTR位为显性，所以数据帧获得优先。发送远程帧的节点可以直接接收数据。(4) 过载帧 过载帧由两个区域组成：过载标识域及过载界定符域。下述三种状态将导致过载帧发送：1)接收方在接收一帧之前需要过多的时间处理当前的数据(接收尚未准备好)；2)在帧空隙域检测到显性位信号；3)如果CAN节点在错误界定符或过载界定符的第8位采样到一个显性位节点会发送一个过载帧。7. 设计一个独立CAN控制器电路，并设计相应的接口软件。答：1.CAN总线接口电路SJA1000在电路中是一个总线接口芯片，通过它实现上位机与现场微处理器之间的数据通信。该电路的主要功能是通过CAN总线接收来自上位机的数据进行分析组态然后下传给下位机的控制电路实现控制功能，当CAN总线接口接收到下位机的上传数据，SJA1000就产生一个中断，引发微处理器产生中断，通过中断处理程序接收每一帧信息并通过CAN总线上传给上位机进行分析。AT89C51是CAN总线接口电路的核心，其承担CAN控制器的初始化、CAN的收发控制等任务。CAN总线接口框图见图：2.CAN总线接口软件：CAN接口通信软件分为3部分：CAN初始化、数据发送、数据接收。CAN控制器SJA1000的初始化程序：设SJA1000的首地址是8000H；CREQU8000H；控制寄存器CMREQU8001H；命令寄存器SREQU8002H；状态寄存器IREQU8003H；中断寄存器ACREQU8004H；验收码寄存器AMREQU8005H；验收屏蔽寄存器BTR0EQU8006H；总线定时寄存器0BTR1EQU8007H；总线定时寄存器1OCREQU8008H；输出控制寄存器DILDBCL,#03HSTBCL,CR；开放接收中断，复位请求位置1，开始初始化LDBCL,#01HSTBCL,ACR；将节点1标识符送给ACRLDBCL,#0FFHSTBCL,AMR；验收滤波LDBCL,#00HSTBCL,BTR0；波特率为250kbpsLDBCL,#14HSTBCL,BTR1；定义位周期宽度，采样点位置及采样次数LDBCL,#0AAHSTBCL,0CHLDBCL,#1AHSTBCL,CR；复位请求位置0，初始化结束EI.数据发送、数据接收中断程序流程图 图3接收数据的中断服务程序流程图 图4发送数据中断服务程序流程图8. 自己设计一个CAN总线的应用案例，详细叙述设计方案，并完成电路设计和部分软件设计。答： 本设计结合宾馆、酒店的客房控制和管理实例，简单设计了基于CAN总线的客房通信控制器的方案。 客房控制和管理系统的总体结构下面如图1所示。整个系统包括三层：现场控制层、监控层和管理层。现场控制层主要是宾馆内的各客房控制器或其它控制设备；以一个客房节点为例，每个客房控制器可对客房内部的空调、灯、背景音乐、门铃、报警等各种设备进行控制，还可接收客户的需求信息，并将信息上传给监控层的通信控制器。监控层通信控制器的主要任务是过滤信息量，并将信息上传给管理层，同时接收管理层的控制指令，对记录数据和各节点进行操作。各楼层的中继器则可增加节点的最大数目，扩大通信距离。管理层主要由中央服务器、总台PC、工程部PC、服务中心PC等组成，主要用于信息的综合管理与控制，具有汇总各个节点上传信息、综合决策、数据查询及处理、故障诊断、通信管理等功能。图1 系统总体结构框图 由于现场控制层具有节点多、分布广的特点，其通信系统应具有良好的可靠性、适应性、可扩展性和简单的连接方式，并能满足长距离传输和现场调试方便的需要。因此，现场控制层采用了使用简单灵活、可靠性高、实时性强且成本低的CAN总线。管理层的中央服务器PC、总台PC、服务中心PC等相互之间通过以太网进行通信。而监控层的CAN通信控制器则提供管理层中央服务器PC与现场控制层CAN总线的接口，即把中央服务器PC的数据和命令传送给指定的CAN网络节点，同时将各网络节点的数据传输给中央服务器PC以做进一步处理。 51复习题51、差分码不可能是归零码。答：（ 对 ）2、双绞线各个线对螺旋排列的主要目的是为了增加抗拉强度。（ 错）3、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。（ 对 ）4、CAN总线数据帧中参与CRC计算的是仲裁场、控制场、数据场，不包括填充位。答：（ 错 ）5、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。答：（ 错 ）6、在CAN总线中，ID.0是首先发送到总线上的报文标识符。（ 错 ）7、DeviceNet现场总线以CAN总线为底层基础，但只使用其数据帧。答：（ 错 ）8、在DeviceNet现场总线中，一个DeviceNet对象有且仅有一个实例，其ID为01。答：（ 对）9、在DeviceNet现场总线中，链接生产者和链接消费者属于连接类。答：（ 错 ）10、在ControlNet现场总线中，MAC由7部分组成。答：（ 错 ）1、CSMA的1-坚持退避算法缺点是介质的利用率较低。答：（ 错误 ）2、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，包括填充位。答：（ 错误 ）3、CAN总线错误帧中的错误标志叠加区的长度为：6+8=14位。答：（ 错误 ）4、CAN总线的所有帧都要以帧间空间与总线上前面所传的帧分隔开。答：（ 错误 ）5、在CAN总线中，为了不违反位填充规则，标识符的高7位不能全是隐性位。答：（ 错误 ）6、在CAN总线中，位时间由同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2组成。答：（ 正确 ）7、在DeviceNet现场总线中，一个I/O报文中数据的含义被相应的连接ID隐含。答：（ 正确 ）8、在DeviceNet现场总线中，一个DeviceNet对象有且仅有一个实例，其ID为01。答：（ 正确 ）9、在DeviceNet现场总线中，链接生产者和链接消费者属于连接类。答：（ 错误 ）10、与DeviceNet现场总线一样，ControlNet现场总线的MAC帧也是由7个位场组成的。答：（ 错误 ）1、载波监听多路访问/冲突检测机制和令牌访问控制方式属于两种不同类型的介质访问控制方式。答：（ 对 ）2、DeviceNet网络可上可以容纳多达128个节点，每个节点支持的I/O数量没有限制。答：（ 错 ）3、在DeviceNet现场总线中，实例ID值0表示类本身。答：（ 对 ）4、CAN已成为国际标准ISO11898和IEC62026。答：（ 错 ）5、CAN可以分为物理层和数据链路层，其数据链路层又可以分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层。答：（ 对 ）6、CAN数据帧中的远程发送请求位即RTR位为隐性。答：（ 错 ）复习题61. 现在各种总线及标准不下二百种，其中 PROFIBUS现场总线 、 FF现场总线 、 LONWORKS总线、 _ WorldFip现场总线、P-NET现场总线_ 等是具有一定影响和己占有一定市场份额的总线。2PROFIBUS 协议结构是以开放式系统互联网络 为参考模型，该模型共有七层，PROFIBUSDP定义了其中的_第一、二层和用户接口_。 3利用OLM模块进行网络拓朴可分为三种方式_总线型 、_星型 _、冗余环型 _ 。4有多种电源模块可以为S7-300 PLC和需要24V直流的传感器/执行器供电,如:PS305电源模块是 直流供电, PS307电源模块是 交流供电。5每个数字量模块的地址寄存器自动按_4 个字节分配,不管实际的I/O点数是否与之相同。6工厂自动化网络的分层结构为_现场设备层、车间监控层和_工厂管理层_三个层次。7OPT只适合连接_1_个无光纤接口的PROFIBUS站点到集成光纤接口的光纤网上,OBT是一个_有源 的网络元件, 在网段里也是一个 站点 。8PROFIBUS-DP系统行为有 停止 、清除、运行三种状态。9. STEP7块的类型有 组织块 ,功能 , 功能块 , 背景数据块、 共享数据块 以及系统功能和系统功能块10. PROFINET支持下列三种通信方式 TCP/IP标准通讯 , 实时（RT）通讯 , 同步实时（IRT）通讯 。11. STEP7中的数据类型分为三类 基本数据类型 , 复杂数据类型 和 参数数据类型。12. PROFIBUS-DP系统可包括 第一类DP主站设备 , 第二类DP主站设备 , DP从站设备 三种不同设备13. PROFIBUS-DP是一种 现场级主从循环 的通信, 用于 自动控制系统 和分散的现场设备 的通信, 可取代 24V DC 或 420mA 信号传输14. PROFINET由PROFIBUS国际组织推出, 是新一代基于 工业以太网 的自动化总线标准. PROFINET主要有两种应用方式 CBA 适合模块化分布式的应用; I/O 适合分布式智能站点之间通信的应用15. 一个S7-300站最多可以有 一个 主机架和 三个 扩展机架16. RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术, 常称为H2, 采用的电缆是 屏蔽双绞线 17. RS485 , IEC1158-2 ,和 光纤 是PROFIBUS提供的三种数据传输类型18. 西门子PLC有三种类型的启动模式 暖启动 , 冷启动 和 热启动 19. FC和FB的临时变量储存在系统的 本地数据堆栈 中, 当FC或FB调用完毕后, 这些变量空间就会 被释放126 , 因此临时变量仅在FC或FB调用期间有效20. PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统, 在同一总线上最多可连接 126 个站点. 单主站系统总线运行阶段, 总线上只有 1 个活动主站, 多主站系统总线运行阶段,总线上有 多 个主站21、多主系统中，主站必须得到 响应 才能和其从站进行通信。22、现场总线PROFIBUS通常采用 双绞线 作为传输介质,在电磁干扰很大的环境下,可使用_光纤_。23、仅有一个主站和它的从站进行通信的PROFIBUS系统称为 单主系统 。24、主站发送 输出同步 命令后，所编址的从站输出数据锁定在当前状态下。25、PROFIBUSDP采用 可变 速率,从 9.6kbps 到_12Mbps_，PROFIBUSPA采用_固定_速率，为 32.15kbps 。26、PROFIBUSDP采用三级诊断，分别为 本站诊断 、模块诊断 、通道诊断 。27、PROFIBUSPA段与PROFIBUSDP段之间可通过_段耦合器_或_连接器_连接。PROFIBUSPA可以通过总线_接口_和数据传送，可在 DP网络中使用 。22现场总线PROFIBUS决定数据通信的是( C )。A智能从站 BDP从站C主站 D中继器23、PROFIBUS-PA总线两端各有一个（ C ） A、串联的总线终端电阻 B、并联的RC元件 C、无源的总线终端器 D、有源的总线终端器24、MBP数据传输技术可以用于（ D ） A、PROFIBUS-DP B、PROFIBUS-PA C、PROFIBUS-FMS