陈小琴整合-网路测控技术复习题

现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 1 页 测控网路技术复习题测控网路技术复习题 1 什么是现场总线控制系统 简述特点 答 现场总线控制系统是用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的 全数字化的 双向 多站的通信系统 是控制系统与现场检测仪表 执行装置进行双向数字通信的串行总 线系统 是基于智能化仪表及现场总线的控制系统 FCS 是一种数字化的串行双向通信系统 其特点 1 结构特点 控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表 直接在现 场完成 实现了彻底的分散控制 采用数字信号替代模拟信号 因而可实现一对电线上传输多 个信号 2 技术特点 系统的开放性 互可操作性 通信的实时性与确定性 现场设备的 智能与功能自治性 对现场环境的适应性 2 简述 FCS 系统与 DSC 系统的特点与区别 答 FCS 系统的特点 用全数字化 智能 多功能取代模拟式单 功能仪器 仪表 控制 装置 用两根线联接分散的现场仪表 控制装 置 取代每台仪表的两根线 现场控制 取代 分 散控制 数据的传输采用 总线 方式 从控制室到现场设备的双向数字通信 总 线 是互联的 双向的 串行多节点 开放的数字通 信系统取代单向的 单点 并行 封闭的模拟系统 DCS 系统的特点 需适应恶劣的工业生产过程环境 分散控制 实时性 独立性 两者的区别 1 在结构上 FCS 是一对多 DCS 是一对一 2 在可靠性上 FCS 较好 3 失 控状态上 FCS 在控制室既可了解现场设备的工作情况 也能对设备进行参数调整 还可以 预测或寻找故障 使设备始终处于操作员的过程监控与可控状态之中 DCS 在控制室既不了 解模拟仪表的工作情况 也不能对其进行参数调整 更不能预测故障 导致操作员对仪表处 于 失控 状态 4 控制上 FCS 控制功能分散在各个智能仪器中 DCS 所有的控制功能集 中在控制站中 5 互换性上 FCS 自由选择不同厂家的性能价格比最优的现场设备和仪表 并将不同品牌的仪表互连 实现 即插即用 DCS 管模拟仪表统一了信号标准 4 20mA DC 可是大部分技术参数仍由制造厂自定 致使不同品牌的仪表不能互换 6 仪表上 FCS 智能仪表除了具有模拟仪表的检测 变换 补偿等功能外 还具有数字通信能力 并且 具有控制和运算能力 DCS 模拟仪表只具有检测 变换 补偿等功能 3 主流现场总线有哪些 其特点如何 答 1 FF 功能强大 安全 实时性好 总线供电 但协议复杂 实际应用少 WorldFIP 有较强的抗干扰能力 实时性好 稳定性好 ProfibusPA 本安 总线供电 实 际应用较多 但支持的传输介质较少 传输方式单一 ProfibusDP EMS 速度较快 组态配 置灵活 InterBus 开放性好 与 PLC 的兼容性好 协议芯片内核由国外厂商垄断 P NET 系统简单 便宜 再开发简易 扩展性好 但响应较慢 支持厂商较少 SwiftNET 安全性 好 速度快 CAN 采用短帧 抗干扰能力强 速度较慢 协议芯片内核由国外厂商垄断 LonWorks 支持 OSI 七层协议 实际应用较多 开发平台完善 协议芯片内核由国外厂商垄 断 4 简述底层自动化网络的特点 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 2 页 答 5 为什么目前没有统一现场总线的标准 若要统一标准存在哪些问题 答 1 某些大公司由于早期投入大量资金使得现场总线产品问世较早 一旦国际标准 与其技术不符 其投入的大量资金必然化为乌有 因此他们不得不尽力争取成为国际标准 2 各种现场总线开发组织都受到国际上一些处于垄断地位的跨国公司的支持 而他们开发 的却是打破垄断 全面开放的现场总线 这本身就是一对矛盾 3 IEC 事多极化组织 其 代表来自各个国家的一些大公司 根据 IEC 有关章程 统一的国际组织需要得到 75 以上有 投票资格国家的赞成 4 统一的现场总线国际标准之所以难以制定 其技术原因在于使用 一种技术方案满足不同用户千差万别的需求 的确是件很难得事 更何况到目前为止 还没 有哪种总线在技术上占有绝对优势 统一存在的问题 多标准共存与开放性相背离 多标准共存难以体现现场总线的互操作性 现场总线的局限性 多标准共存阻碍现场总线技术的推广 6 物联网基本特点 答 1 全面感知 利用 RFID 传感器 二维码 及其它各种的感知设备随时随地的采 集各种动态对象 全面感知世界 2 可靠的传送 利用以太网 无线网 移动网将感知的 信息进行实时的传送 3 智能控制 对物体实现智能化的控制和管理 真正达到了人与物 的沟通 7 指出物联网发展存在的一些主要问题 答 1 基础物联网多系统集成问题 2 技术标准问题 网络层互联网 有 TCP IP 协 议 接入层面协议类别多 GPRS 传感器 TD SCDMA 有线等多种通道 物联网是基于网络 的多种技术的结合 应该有相关协议标准做支撑 3 地址问题 每个物品都需要在物联网 中被寻址 就需要解决地址问题 4 多种做技术融合问题 传感器技术 射频识别技术 通信技术 控制技术 智能技术等技术的融合问题 5 行业融合难度大 6 缺乏统一技 术标准 7 缺乏可持续商业模式 8 政策环境有待健全 8 常用的现场总线中分别找出哪个传输速率最快 距离最远 协议层次最多和传输介质最 多的现场总线 答 传输速率最快是 ProfibusDP EMS 协议层次最多是 LonWorks 9 物联网产业链可以细分为哪四个环节 每个环节的关键技术分别什么 答 物联网产业链可以细分为标识 感知 处理和信息传送四个环节 每个环节的关键技 术分别为 RFID 传感器 智能芯片和运营商的无线传输网络 10 物联网的核心技术是哪几方面 答 四个关键应用技术 RFID 传感器 智能技术与纳米技术 11 MEMS 传感器概念 特点及应用 答 MEMS 传感器就是用微纳工艺制作的具有传感功能的微型系统器件 主要优势在于 体积小 大规模量产后成本下降快 目前主要应用在汽车和消费电子两大领域 12 你认为物联网在哪些方面发展最快 在哪些方面潜力最大 在哪些方面最需要 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 3 页 答 发展最快 银行 交通 手机 运输 商业 潜力最大 电网 商业 物流 最需要 安全 13 简述总线寻址的种类与特点 答 a 物理寻址 用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者 b 逻辑寻址 用于指定存储单元的某一个通用区 而并不顾及这些存储单元在设备中的物 理分布 c 广播寻址 广播寻址用于选择多个响应者 14 总线操作的基本内容有哪些 答 1 总线操作 总线上命令者与响应者之间的连结 数据传送 脱开这一操作序列称为一次总线 交易 transaction 或者叫做一次总线操作 脱开 disconnect 是指完成数据传送操作以后 命令者断开与响应者的连接 2 总线传送 读 read 数据操作是读来自响应者的数据 写 write 数据操作是向响应者写数据 读写操作都需要在命令者和响应者之间传递数据 3 请求通信 通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号 要求后者给予注意并进行某种服 务 它们有可能要求传送数据 也有可能要求完成某种动作 4 寻址 命令者与从设备建立联系的总线操作 有三种方式 a 物理寻址 用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者 b 逻辑寻址 用于指定存储单元的某一个通用区 而并不顾及这些存储单元在设备中的物 理分布 c 广播寻址 广播寻址用于选择多个响应者 5 总线仲裁 总线传送信息的操作中可能发生 冲突 contention 需进行总线占有权 仲裁 arbitration 总线仲裁用于裁决哪个主设备是下一个占有总线的设备 总线仲裁操作和数据传送操作是完全分开且并行工作的 因此总线占有权的交接过程不会耽 误总线操作 6 总线定时 总线操作用 定时 timing 信号进行同步 定时信号用于指明总线上的数据和地址在什么 时刻是有效的 定时信号有异步和同步两种 7 出错检测 总线上传送信息时会因噪声和干扰而出错 高性能总线设有出错码产生和校验机构 8 容错 总线传送信息出错时 如何减少故障对系统的影响 提高系统的重配置能力是十分重要的 故障对分布式仲裁的影响就比菊花链式仲裁小 后者在设备出故障时 会直接影响它后面设 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 4 页 备的工作 总线系统应能支持软件利用一些新技术 如动态重新分配地址 把故障隔离开来 关闭或更换故障单元 刚哥的答案二 总线操作的基本内容有总线上发送者与接受者之间的连接 数据传送和脱开 15 常用的模拟数据编码方式和数字数据编码的概念 种类和特点 P22 答 概念 采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 称为模拟数 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 称为数字数据编码 种类及特点 模拟数据编码有幅值键控 频移键控 相移键控三种 幅值键控的特点 载波信号的频率 相位不变 幅度随调制信号变化 频移键控的特点 载波信号的频率随着调制信号而变化 而载波信号 的幅度 相 位不变 相移键控的特点 载波信号的相位随着调制信号而变化 而载波信号的幅度 频率 不变 数字数据编码的种类和特点 a 平衡 归零 双极性 在这种方式中 信号包括两种极性的脉 冲 在脉冲 间保留一定的空闲间隔 主要用于低速传输 其优点是比较可靠 b 平衡 不归零 单极性 它能够比 较有效地利用信号的带宽 c 平衡 归零 单极性 该方式具有对称形式 在每个比特期间 均有跳变 d 非平衡 归零 单极性 这种方式除了 0 脉冲被取消之外 其余与 a 的形式相同 e 非平衡 归零 双极性 此方式与 d 形式的区别在于 每相邻脉冲的极性总是交替变化的 此方式 有助于差错 检测 通常用于高速传输 f 非平衡 归零 变形双极性 此方式与 e 形式的区别在于 只有在出现 相邻的 1 信号时 脉冲极性才发生变化 由于进一步减小了脉冲之间的干扰 所以有助于 较好地利用 信道带宽 g 非平衡 不归零 单极性 这种方式是凡是遇到 1 脉冲幅值便发生变化 h 非平衡 不归零 双极性 这里的 0 用零电平表示 而 1 用双极性形式表示 当两个 1 之间 的 0 是 奇数个时 1 的脉冲极性发生变化 否则保持相同极性 16 信源编码与信道编码 信号带宽与信道带宽 答 信号中所含有的频率分量的集合称为频谱 信号带宽即信号频谱所占有的频率宽度 信道带宽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 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 5 页 信道带宽取决于传输介质的物理特性和信道中通信设备的电气特性 17 通信系统的性能指标主要有哪些 其公式的意义如何 答 通信的任务是传递信息 因而信息传输的有效性和可靠性是通信系统最主要的性能指标 数据的位传输速率可有 S 1 T 求得 T 为数据信号周期 n 为信号的有效状态 由于信号只 包含两种数据状态 即 n 2 这时公式可化为 S 1 T 衡量数字通信系统可靠性的指标是误码 率 Pe Ne 为传输出错的码元数 N 为传输的二进制码元总数 Pe Ne N 理论上只有 N 00 时 该比值才能趋近于误码率 18 通信中的同步与异步方式 位 字与帧同步 答 通信中的同步传输 所有设备都使用一个共同的时钟 这个时钟可以是参与通信的那些 设备或器件中的一台产生的 也可以是外部时钟信号源提供的 异步传输 每个通信节点都 有自己的时钟信号 每个通信节点必须在时钟频率上保持一致 并且所有的时钟必须在一定 误差范围内相吻合 传输同步分为位同步 字符同步和帧同步 位同步 为了保证数据的准确传输 要求接受端 与发送端的定时信号频率相同 并使数据信号与定时信号间保持固定的相位关系 数据通信 系统中最基本的收发两端的时钟同步 就是位同步 字符同步 在通信中 其发送接收通常 以字符作为一个独立的整体 因而需要按字符同步 字符同步可将字符组织成组后连续传送 每个字符内不加附加位 在每组字符之前加上一个或多个同步字符 在传输开始时用同步字 符使收发双方进入同步 帧同步 数据帧发送时 收发双方以帧头帧尾为特征实行同步的工 作方式 19 简述通信线路的工作方式与信号传输模式的分类与特点 答 通信线路主要有三种工作方式 即单工通信 半双工通信 全双工通信 信号的传输模 式有基带传输 载波传输 宽带传输 基带传输的特点 在基本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 载波传输的特点 按幅值键控 频移键控 相移键控等不 同方式 依照要承载的数据改变载波信号的幅值 频率 相位 形成的调制信号 载波信号 承载数据后的信号传输过程 宽带传输的特点 同一介质上可以传输多个频带的信号的传输 方式 20 数据交换的分类与特点 虚电路交换的原理与特点 答 数据交换可以分为 电路交换 报文交换和分组交换 电路交换原理与电话交换原 理基本相同 电路交换的缺点是电路的利用率低 双方在通信过程中的空闲时间 电路 不能得到充分利用 报文交换的原理是当发送方的信息到达报文交换用的计算机时 先 存放在外存储器中 待中央处理机分析报头 确定转发路由 并选到与此路由相应的输 出电路上进行排队 等待输出 一旦电路空闲 立即将报文从外存储器取出后发出 这 就提高了这条电路的利用率 报文交换虽然提高了电路的利用率 但报文经存储转发后 会产生较大的时延 分组交换也是一种存储转发交换方式 但与报文交换不同 它是把 报文划分为一定长度的分组 以分组为单位进行存储转发 这就不但具备了报文交换方 式提高电路利用率的优点 同时克服了时延大的缺点 虚电路又称为虚连接或虚通道 虚电路交换是分组交换的两种传输方式中的一种 在通信和网 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 6 页 络中 虚电路是由分组交换通信所提供的面向连接的通信服务 在两个节点或应用进程之间 建立起一个逻辑上的连接或虚电路后 就可以在两个节点之间依次发送每一个分组 接受端 收到分组的顺序必然与发送端的发送顺序一致 因此接受端无须负责在收集分组后重新进行 排序 虚电路协议向高层协议隐藏了将数据分割成段 包或帧的过程 21 三类错误 突发错误 随机错误 的特点 答 单比特错误的特点 在单位数据域内只有一个数据位出错的情况 多比特错误的特点 在单个数据域内有一个以上不连续的数据位出错的情况 突发错误的特点 在单位数据域内 有 2 个或 2 个以上连续的数据位出错的情况 22 差错控制方法有哪两大类 常用的现场总线检错有哪些 答 差错控制方法有差错检测和差错校正 常用的现场总线检错有奇偶检错 求和校验 纵 向冗余校验 LRC 循环冗余校验 23 控制网络的特点与拓扑结构 答 控制网络的特点 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 总线作为通信介质 连接成开放式 数字式 多节点通信 完成测量控制任务的网络 控制 网络的拓扑结构有环形 星形 总线形和树形 24 几种网络的传输介质的特点 答 双绞线的特点 由按规则螺旋结构排列的两根或四根绝缘线组成 一对线可以作为 一条通信线路 多用于点对点连接 也可用作多点连接 价格较低 安装 维护方便 同轴电缆的特点 由内导体 外导体 绝缘层及外部保护层组成 它支持点对点连接 也支持多点连接 抗干扰能力强 价格适中 维护方便 光缆的特点 低损耗 宽频带 高数据传输速率 低误码率 安全保密性好 25 简述介质访问的控制方式的分类与作用 现场总线采用哪种方式 答 介质访问控制方式有三种载波监听多路访问 冲突检测 令牌 时分复用 载波监听多路访问 冲突检测广泛应用于计算机局域网中 令牌的作用 CSMA 的访问产生冲 突的原因是由于各节点发起通信是随机的 为了避免产生冲突 可采取某种方式控制通信的 发起者或发起时间 令牌访问就是其中的一种 时分复用的作用可以避免设备工作时的相互 干扰 减少信道资源的浪费 现场总线采用主 从 令牌总线 并行时间多路存取等受控的介质访问控制方式 26 CSMA CD 的特点 简述三种 CSMA 坚持退避算法 答 CSMA CD Carrier Sense Multiple Access Collision Detect 即载波监听多路访问 冲突检测方法 它的工作原理是 发送数据前 先侦听信道是否空闲 若空闲 则立即发送数据 在发送数据时 边发送边继续侦听 若侦听到冲突 则立即停止发送数据 等待一段随机时间 再重 新尝试 当出现线路冲突时 如果冲突的各站点都采用同样的退避间隔时间 则很容易产生二 次 三次的碰撞 因此 要求各个站点的退避间隔时间具有差异性 这要求通过退避算法来 实现 截断的二进制指数退避算法 退避算法之一 当一个站点发现线路忙时 要等待一个延时时间 M 然后再进行侦听工作 延时时间 M 以以下算法决定 M 0 2k 次方减一之间的一个随机数乘以 512 比特时间 例如对于 10Mbps 以太网 为 51 2 微秒 k 为冲突 碰撞 的次数 M 的最大值为 1023 即当 k 10 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 7 页 及以后 M 始终是 0 1023 之间的一个随机值与 51 2 的乘积 当 k 增加到 16 时 就发出错误 信息 特殊阻塞信息 是一组特殊数据信息 在发送数据后发现冲突时 立即发送特殊阻塞 信息 连续几个字节的全 1 一般为 32 48 位 以强化冲突信号 使线路上站点可以尽早 探测得到冲突的信号 从而减少造成新冲突的可能性 冲突检测时间 2 表示网络中最远两个站点的传输线路延迟时间 该式表示检 测时间必须保证最远站点发出数据产生冲突后被对方感知的最短时间 在 2 时间里没有感 知冲突 则保证发出的数据没有产生冲突 只要保证检测 2 时间 没有必要整个发送过 程都进行检测 X 坚持的 CSMA 算法 当在侦听中发现线路空闲时 不一定马上发送数据 而采用 X 坚持的 CSMA 算法决定如何进行数据发送 非坚持的 CSMA 线路忙 等待一段时间 再侦听 不忙时 立即发送 减少冲突 信 道利用率降低 1 坚持的 CSMA 线路忙 继续侦听 不忙时 立即发送 提高信道利用率 增大冲突 p 坚持的 CSMA 线路忙 继续侦听 不忙时 根据 p 概率进行发送 另外的 1 p 概 率为继续侦听 p 是一个指定概率值 27 令牌访问控制方式的分类 特点和作用 答 令牌访问控制方式分为令牌环访问控制方式和令牌总线访问控制方式 令牌环只适用于环形拓扑结构的局域网 其主要原理是 使用一个称之为 令牌 的控制 标 志 令牌是一个二进制数的字节 它由 空闲 与 忙 两种编码标志来实现 既无目的地 址 也无源地址 当无信息在环上传送时 令牌处于 空闲 状态 它沿环从一个工作站到 另 一个工作站不停地进行传递 当某一工作站准备发送信息时 就必须等待 直到检测并捕获 到经过该站的令牌为止 然后 将令牌的控制标志从 空闲 状态改变为 忙 状态 并发送出 一帧信息 其他的工作站随时检测经过本站的帧 当发送的帧目的地址与本站地址相符时 就接收该帧 待复制完毕再转发此帧 直到该帧沿环一周返回发送站 并收到接收站指向发 送站的肯定应签信息时 才将发送的帧信息进行清除 并使令牌标志又处于 空闲 状 态 继 续插入环中 当另一个新的工作站需要发送数据时 按前述过程 检测到令牌 修改状态 把信息装配成帧 进行新一轮的发送 令牌环控制方式的优点是它能提供优先权服务 有很强的实时性 在重负载环路中 令牌 以循环方式工作 效率较高 其缺点是控制电路较复杂 令牌容易丢失 但 IBM 在 1985 年 已解决了实用问题 近年来采用令牌环方式的令牌环网实用性已大大增强 令牌总线主要用于总线形或树形网络结构中 它的访问控制方式类似于令牌环 但它是把 总 线形或树形网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成一个逻辑环 只有 令牌持有者才能控制总线 才有发送信息的权力 信息是双向传送 每个站都可检测到其它 站 点发出的信息 在令牌传递时 都要加上目的地址 所以只有检测到并得到令牌的工作站 才能发送信息 它不同于 CSMA CD 方式 可在总线和树形结构中避免冲突 这种控制方式的优点是各工作站对介质的共享权力是均等的 可以设置优先级 也可以不 设 有较好的吞吐能力 吞吐量随数据传输速率增高而加大 连网距离较 CSMA CD 方式大 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 8 页 缺 点是控制电路较复杂 成本高 轻负载时 线路传输效率低 28 不同层次的网络连接设备有哪些 简述其功能 答 常见的网络互连设备有中继器 网桥 路由器 网关 中继器是最简单的属于物理层的网络互连设备 连接同一个网络的两个或多个网段 其主 要作用是延长电缆或灌篮的传输距离 也可用于增加网段上挂接的几点数量 网桥将两个相似的网络连接起来 并对网络数据的流通进行管理 它工作于数据链路层 不但能扩展网络的距离或范围 而且可提高网络的性能 可靠性和安全性 路由器工作在物理层 数据链路层和网络层 路由器是用于连接多个逻辑上分开的网络 对用户提供最佳的通信路径 路由器利用路由表为数据传输选择路径 路由表包含网络地址 以及各地址之间距离的清单 路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路 径 路由器可进行数据格式的转换 成为不同协议之间网络互连的必要设备 网关 又叫协议转换器 可以支持不同协议之间的转换 实现不同协议网络之间的互连 主要用于不同体系结构的网络或者局域网与主机系统的连接 29 数据链路层与的含义与主要功能 答 数据链路层是 OSI 参考模型中的第二层 介乎于物理层和网络层之间 链路层是为网络层提供数据传送服务的 这种服务要依靠本层具备的功能来实现 链路层 应具备如下功能 链路连接的建立 拆除 分离 帧定界和帧同步 链路层的数据传输单元是帧 协议不同 帧的长短和界面也有差别 但无论如何必须对帧进行定界 顺序控制 指对帧的收发顺序的控制 差错检测和恢复 30 简述 RS 232 与 RS 485 物理接口的特点与主要区别 答 RS232 接口是一种用于近距离 最大 30 60 米 慢速度 点对点通讯的通讯协议 在 RS232 中一个信号只用到一条信号线 采取与地电压参考的方式 因而在长距离传输后 发 送端和接收端地电压有出入 容易造成通讯出错或速度降低 RS485 422 接口采用不同的方式 每个信号都采用双绞线 两根信号线 传送 两条线间的电 压差用于表示数字信号 例如把双绞线中的一根标为 A 正 另一根标为 B 负 当 A 为正电 压 通常为 5V B 为负电压时 通常为 0 表示信号 1 反之 A 为负电压 B 为正电压 时表示信号 0 RS485 422 允许通讯距离可达到 1200 米 采用合适的电路可达到 2 5MB s 的传输速率 RS422 与 RS485 采用相同的通讯协议 但有所不同 RS422 通常作为 RS232 通讯的扩展 它采 用两根双绞线 数据可以同时双向传递 全双工 RS485 则采用一根双绞线 输入输出信号 不能同时进行 半双工 RS485 可用于多点通讯 一条信号线上可连接多个设备 它通常采 用主 从结构 31 简述常用现场总线的通信模型的特点与层次结构 答 为了满足实时性要求 也为了实现工业网络的低成本 现场总线采用的通信模型 大都在 ISO 模型的基础上进行了不同程度的简化 常用的现场总线通信模型有 H1 HSE PROFIBUS LonWorks 和 CAN 通信模型 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 9 页 H1 现场总线协议由物理层 数据链路层 应用层以及考虑到现场装置的控制功能和具体 应用而增加的用户层组成 H1 总线支持多种传输媒体 双绞线 电缆 光缆和无线媒体 传 输速率为 31 25Kbps 通信距离最大为 1 900 米 该总线支持总线供电和本质安全 HSE 是 H1 的高速网段 也属于 IEC 的标准子集之一 它从物理层到传输层的分层模型与 计算机网络中常用的以太网大致相同 应用层和用户层的设置与 H1 基本相同 HSE 使用标 准的 IEEE802 3 信号传输 标准的 Ethernet 接线和通信媒体 设备和交换机之间距离 使用 双绞线为 100 米 光缆可达 2 千米 HSE 使用连接装置 LD 连接 H1 子系统 LD 执行网桥功 能 它允许就地连在 H1 网络上的各现场设备 以完成点对点对等通信 PROFIBUS 是 ICE 的标准子集之一 采用了 OSI 模型的物理层 数据链路层 其 DP 型 隐去了第三层至第七层 而 FMS 型标准则隐去了第三至第六层 采用了应用层 并增加了 用户层作为应用过程的用户接口 LonWorks 采用了 OSI 模型的全部七层通信协议 被誉为通用控制网络 作为 ISO11898 标准的 CAN 只采用了 OSI 模型的下面两层 物理层和数据链路层 这是一种 应用广泛 可以封装在集成电路芯片中的协议 要用它实际组成一个控制网络 还需要增添 应用或用户层的其他约定 32 简述 CAN 总线的特点 答 CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性 实时性和灵活性 其主要特点如下 CAN 为多主方式工作 网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信 息 而不分主从 通信方式灵活 且无需站地址等节点信息 CAN 网络上的节点信息分成不同的优先级 可满足不同的实时要求 高优先级的数据最 多可在 134 s 内得到传输 CAN 采用非破坏性总线仲裁技术 当多个节点同时向总线发送信息时 优先级较低的节 点会主动地退出发送 而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据 从而大大节省了总 线冲突仲裁时间 CAN 只需通过报文滤波即可实现点对点 一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数 据 无需专门的 调度 可靠性高 数据帧的 CRC 校验域以及其他检查措施保证了极低的数据出错率 还有标定和 自检功能 在错误严重的情况下 具有自动关闭输出功能 以使总线上其他节点的操作不受 影响 CAN 总线的节点数主要取决于总线驱动电路 可达 110 个 传输报文采用短帧结构 有效字节数为 0 8 个 因此传输时间短 受干扰概率低 重发 时间短 其通信距离可以达到 10km 速率 1M 40m 其支持的传输介质有双绞线 同轴电缆和光纤 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 10 页 同时还有睡眠方式和故障节点退出的功能 33 CAN 总线的技术规范 答 CAN 技术规范 Version2 0 包括 A 和 B 两部分 2 0A 是 CAN 报文标准格式 报文 标识符可达 2032 种 2 0B 标准的和扩展的两种格式 报文标识符几乎不受限制 CAN 只采用了 ISO OSI 模型 中的物理层和数据链路层 34 简述 CAN 总线的传输介质种类 CAN 传输介质有双绞线 同轴电缆和光纤 双绞线 技术上容易实现 造价低廉 理论上节点数无限制 对环境电磁辐射有一定的抑制能力 随着频率的增长 双绞线线对的衰减迅速增高 双绞线有所谓的近端串扰 适合 CAN bus 网络 5Kbps 1Mbps 的传输速率 同轴电缆 双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式 使用非屏蔽双绞线作为物理层 只需要有 2 根线缆作为差分信号线 CANH CANL 传输 使用屏蔽双绞线作为物理层 除需要 2 根差分信号线 CANH CANL 的连接以外 还要注 意在同一网段中的屏蔽层 SHIELD 单点接地问题 与双绞线和同轴电缆相比 光纤的低传输损耗使中继之间距离大为增加 光缆还具有不辐射能量 不导电 没有电感 光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响 不会有在线路 接头处 感应耦合导致的安全问题 强大的抗 EMI 能力 但价格昂贵 设备投入成本较高 只支持点对点的通讯方式 物理介质必须支持 显性 和 隐性 状态 显性 状态支配 隐性 状态 例如在总线 仲裁时 双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射 并且采用差分信号传输减弱电磁干扰 EMI 的影响 使用光学介质时 隐性电平通过状态 暗 表示 显性电平通过状态 亮 表示 同一段 CAN bus 网络采用相同的传输介质 35 CAN 总线帧的结构种类及特点 CAN 报文由数据帧 远程帧 出错帧和超载帧组成 数据帧携带数据由发送器至接收器 数据帧由 7 个不同的位场组成 即帧起始 仲裁场 控制场 数据场 CRC 场 应答场和帧 结束 远程帧通过总线单元发送 以请求发送具有相同标识符的数据帧 激活为数据接收器的 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 11 页 站可以借助于传送一个远程帧初始化各资源节点数据的发送 有 6 个不同分位场 帧起始 仲裁场控制场 CRC 场 应答场和帧结束 出错帧由检测出总线错误的任何单元发送 由错误标志和错误界定符两个场组成 由错误标志和错误界定符两个场组成 超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟 包括超载两个位场应答场组成 包括超载两个位场应答场组成 36 CAN 总线的链路层采用什么协议 如何进行仲裁 P100 答 MAC 子层是 CAN 协议核心 特性不存在修改灵活性 w传送规则 控制帧结构 执行总线仲裁 错误检测 出错标定和故障界定 确定 MAC 子 层 开始发送贮备准备 总线开放 准备接收 w数据链路层由 CAN 控制器实现 采用 CSMA CD 方式 与普通 Ethernet 不同 采用非破 坏性总线仲裁技术 网络节点分高低优先级 满足不同实时需要 37 PROFIBUS 的主要应用方式有哪些 简述其特点 答 它主要由以下三种应用方式 PROFIBUS DP PROFIBUS PA PROFIBUS FMS PROFlBUS Process Fieldbus 的缩写 是一种国际化的 开放的 不依赖于设备生产 商的现场总线标准 它广泛应用于制造业自动化 流程工业自动化和楼宇 交通 电力 等其他自动化领域 38 PROFIBUS 的参考模型与协议结构特点 可参考 P188 页 答 PROFIBUS 以 OSI 开放系统互连模型为参考 DP 采用了通信参考模型的第一层 第 二层和用户接口 略去了第三层到底七层 DP 和 FMS 的第 1 2 层完全相同 FMS 定义 了 1 2 7 层 第七层为应用层 为现场总线保温规范 PA 在数据链路层采用扩展的主 从分时轮询希望以 与 DP 基本相同 它的物理层采用 IEC1158 2 标准 它的特点如下 1 不支持长信息段 235B2 不支持短信息组块功能 3 本规范不提供由 网络层支持运行的功能 4 除规定的最小组态外 根据应用需求可以建立任意的服务子集 5 其他功能是可选的 如口令保护方法等 6 总线形拓扑 两端带终端器或不带终端器 7 介质 距离 站点数取决于信号特性 8 传输速率取决于网络拓扑和总线长度 从 9 6kbit s 到 l2Mbit s 不等 9 可选第二种介质 冗余 10 在传输时 使用半双工 异步 滑差 Slipe 保护同步 11 报文数据的完整性 用海明距离 HD 412 地址定义范围为 0 127 对广播群播而言 127 是全局地址 13 使用两类站 主站 主站 具有总线存取控 制权 和从站 从站 无总线存取控制权 14 总线存取基于混合 分散 集中 3 种方式 15 数据传输服务有两类 非循环 有 无应答要求的发送数据 有应答要求的发送和请求数据 循环 轮询 有应答要求的发送和请求数据 39 PROFIBUS 混合系统中主主方式和主从方式的存取协议特点 P190 40 PROFIBUS DP 的主要特点和功能 答 1 主要特点如下 1 主站周期地读取从站的输入信息并周期性地向从站发送输出信息 总线循环时间 必须要比主站 PLC 程序循环时间短 除周期性用户数据传输外 PROFlBUS DP 还提供 智能化设备所需的非周期性通信以进行组态 诊断和报警处理 2 传输速率比较高 波特率从 9 6kbit s l2Mbit s 3 各主站间为令牌传输 主站与从站间为主 从传输 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 12 页 4 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 5 三级诊断功能 即本站诊断操作 模块诊断操作 通道诊断操作 2 PROFIBUS DP 用于现场层的高速数据传输 它的功能如下所示 1 DP 主站和 DP 从站间的循环用户数据传输 2 各 DP 从站的动态激活和撤消 3 DP 从站组态 的检查 4 强大的诊断功能 三级诊断信息 5 输人或输出的同步 6 通过总线给 DP 从站赋予 地址 7 通过总线对 DP 主站 DPM1 进行配置 8 每个 DP 从站最大 246 字节输人和输出数据 41 PROFIBUS 数据库文件 GSD 作用和内容 如何得到该文件 答 GSD 的作用如下 第一 它对于从站设备是一个电子版的使用手册 第二 它实现了 PROFIBUS 简单的即 插即用配置 它描述了从站设备的各种技术属性 总线参数 主站参数 1 类主站的组态 参数等 第三 GSD 文件中的标准字可有组态工具软件自动反编译处理 提供相关的通 信参数 GSD 的内容 1 总体说明 2 DP 主设备相关规格 3 从设备的相关规格 GSD 的生成方法 PROFIBUS 用户组织提供了一个 GSD 文件编辑器 可从 PROFIBUS 网站 下载 42 PROFIBUS PA 的主要特点和功能 答 主要特点 第一 符合 IEC61058 2 的本质要求 可在两根总线上同时传输数据 以及对总线上的设备进行本质供电 在 IEC6l158 2 段传输时 报文被加上起始和结束界 定符 第二 它通过网关转换器可方便的连接到传统的 RS485 电缆或使用光纤的 DP 系统 中 第三 在一切场合可使用非本安型的总线技术 功能如下 PROFIBUS PA 是 PROFIBUS 的过程自动化解决方案 PA 具有本质安全特性 IEC1158 2 规定其通信规程 PA 将自动化系统和过程控制系统与现场设备 如压力 温度和液位 变送器等连接起来 代替了 4 20mA 模拟信号传输技术 因此 PA 尤其适用于石油 化 工 冶金等行业的过程自动化控制系统 43 PROFIBUS DP 第 1 类主站与从站数据传送分哪三个阶段 p189 参数设定 组态 数据交换 44 叙述 PROFIBUS DP 的连接器和电缆的连接特点和方法 p191 答 PROFIBUS 标准 EN50170 推荐使用 9 针 D 型连接器用于总线站与总线的相互连接 9 针头 D 型连接器的插座与总线站相连接 而 D 型连接器的插头与总线电缆相连接 针脚分配如表 3 4 电缆的连接技术 第一 OLM 技术 第二 OLP 技术 第三 集成的光纤电缆连接 即使用集成在设备中的光纤接口将 PROFIBUS 节点与光纤电缆直接连接 第四 OBT 一个 不带集成纤维光缆接头的 PROFIBUS 站或 RS 485 段可以通过 OBT 连接到一个光纤电路 45 PROFIBUS DP 中系统组态的概念与意义 P201 页 46 指出 PROFIBUS 中 DP 与 MPI 通信的特点与区别 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 13 页 答 第一 站点连接数量 MPI 最大 32 个 DP 126 个 第二 速度 MPI 最高速度为 187 5K 一些老的设备支持 1 5M DP 的通讯速度可以达到 12M 第三 支持的厂家 MPI 属于西门子保密协议 支持的厂家少 DP 支持的厂家多 这里所说的支持 主要指各厂家 的产品能通过 MPI 或者 DP 无缝连接到网络中 第四 成本 MPI 的成本要低于 DP 第五 易用性 MPI 的使用要比 DP 方便 同时可参考如下内容 MPI 和 DP 均基于 RS485 接口 各种的特性 MPI Multipointinterface 是 SIMATICS7 多点通 信的接口 是一种适用于少数站点间通信的网络 多用于连接上位机和少量 PLC 之间近距离 通信 MPI 的通信速率为 19 2K 12Mbit s 在 MPI 网络上最多可以有 32 个站 一个网段的最 长通信距离为 50 米 通信波特率为 187 5Kbit s 时 更长的通信距离可以通过 RS 485 中继 器扩展 MPI 允许主 主通信和主 从通信 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 系统配置的描述包括 站数 站地址 输入 输出地址 输入 输出数据格式 诊断信息格式及所使用的总线参数 每个 PROFIBUS DP 系统可包括以 下三种不同类型设备 一级 DP 主站 DPM1 一级 DP 主站是中央控制器 它在预定的 信息周期内与分散的站 如 DP 从站 交换信息 典型的 DPM1 如 PLC 或 PC 二级 DP 主站 DPM2 二级 DP 主站是编程器 组态设备或操作面板 在 DP 系统组态操作时使用 完成系统操作和监视目的 DP 从站 DP 从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设 备 I O 设备 驱动器 HMI 阀门等 单主站系统 在总线系统的运行阶段 只有一 个活动主站 47 S7 300 指令系统支持哪些编程语言 特点如何 STEPSTEP 7 7 是是 S7 300 400S7 300 400 系列系列 PLCPLC 应用设计软件包 所支持的应用设计软件包 所支持的 PLCPLC 编程语言非常丰富 该编程语言非常丰富 该 软件的标准版支持软件的标准版支持 STLSTL 语句表 语句表 LADLAD 梯形图 及 梯形图 及 FBDFBD 功能块图 功能块图 3 3 种基本编程语言 种基本编程语言 并且在并且在 STEPSTEP 7 7 中可以相互转换 专业版附加对中可以相互转换 专业版附加对 GRAPHGRAPH 顺序功能图 顺序功能图 SCLSCL 结构化控制 结构化控制 语言 语言 HiGraphHiGraph 图形编程语言 图形编程语言 CFCCFC 连续功能图 等编程语言的支持 不同的编 连续功能图 等编程语言的支持 不同的编 程语言可供不同知识背景的人员采用 程语言可供不同知识背景的人员采用 STLSTL 语句表 是一种类似于计算机汇编语言的一种文本编程语言 由多条语句组成一个 语句表 是一种类似于计算机汇编语言的一种文本编程语言 由多条语句组成一个 程序段 语句表可供习惯汇编语言的用户使用 在运行时间和要求的存储空间方面最优 程序段 语句表可供习惯汇编语言的用户使用 在运行时间和要求的存储空间方面最优 在设计通信 数学运算等高级应用程序时建议使用语句表 在设计通信 数学运算等高级应用程序时建议使用语句表 LADLAD 梯形图 是一种图形语言 比较形象直观 容易掌握 用得最多 堪称用户第一编 梯形图 是一种图形语言 比较形象直观 容易掌握 用得最多 堪称用户第一编 程语言 梯形图与继电器控制电路图的表达方式极为相似 适合于熟悉继电器控制电路程语言 梯形图与继电器控制电路图的表达方式极为相似 适合于熟悉继电器控制电路 的用户使用 特别适用于数字量逻辑控制 的用户使用 特别适用于数字量逻辑控制 FBDFBD 功能块图 使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑 一些复杂的功能 功能块图 使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑 一些复杂的功能 用指令框表示 用指令框表示 FBDFBD 比较适合于有数字电路基础的编程人员使用 比较适合于有数字电路基础的编程人员使用 GRAPHGRAPH 类似于解决问题的流程图 适用于顺序控制的编程 利用类似于解决问题的流程图 适用于顺序控制的编程 利用 S7 GRAPHS7 GRAPH 编程语言 可编程语言 可 以清楚快速地组织和编写以清楚快速地组织和编写 S7S7 PLCPLC 系统的顺序控制程序 它根据功能将控制任务分解为若系统的顺序控制程序 它根据功能将控制任务分解为若 干步 其顺序用图形方式显示出来并且可形成图形和文本方式的文件 干步 其顺序用图形方式显示出来并且可形成图形和文本方式的文件 S7 HigraphS7 Higraph 允许用状态图描述生产过程 将自动控制下的机器或系统分成若干个功能单允许用状态图描述生产过程 将自动控制下的机器或系统分成若干个功能单 元 并为每个单元生成状态图 然后利用信息通讯将功能单元组合在一起形成完整的系元 并为每个单元生成状态图 然后利用信息通讯将功能单元组合在一起形成完整的系 统 统 现 场 总 线 及 应 用复习题共 2 页第 14 页 S7 SCLS7 SCL StructuredStructured ControlControl LanguageLanguage 结构控制语言 是一种类似于 结构控制语言 是一种类似于 PASCALPASCAL 的高级的高级 文本编辑语言 用于文本编辑语言 用于 S7 300 400S7 300 400 和和 C7C7 的编程 可以简化数学计算 数据管理和组织工的编程 可以简化数学计算 数据管理和组织工 作 作 S7 SCLS7 SCL 具有具有 PLCPLC 公开的基本标准认证 符合公开的基本标准认证 符合 IECIEC 1131 31131 3 结构化文本结构化文本 标准 标准 利用工程工具利用工程工具 CFCCFC ContinuousContinuous FunctionFunction ChartChart 连续功能图 可以通过绘制工艺设 连续功能图 可以通过绘制工艺设 计图来生成计图来生成 SIMATICSIMATIC S7S7 和和 SIMATICSIMATIC M7M7 的控制程序 该方法类似于的控制程序 该方法类似于 PLCPLC 的的 FBDFBD 编编 程语言 程语言 在这种图形编程方法中 块被安放在一种绘图板上并且相互连接 利用在这种图形编程方法中 块被安放在一种绘图板上并且相互连接 利用 CFCCFC 用户可以快用户可以快 速 容易地将工艺设计图转化为完整的可执行程序 速 容易地将工艺设计图转化为完整的可执行程序 48 功能块 功能的定义是什么 他们分别与数据块有何关系 功能块 FB 功能块是在逻辑操作块内的功能或功能组 在操作块内分配有存储器 并 存储有变量 FB 需要这个背景数据块形式的辅助存储器 通过背景数据 块传递参数 而且 一些局部参数也保存在此区 其他的临时变量存在局 部堆栈中 保存在背景数据块内的数据 当功能块关闭时数据仍保持 而保存在局部堆栈中的数据不能保存 功能 FC 功能是类似于功能块的逻辑操作块 但是 其中不分配存储区 FC 不需 要背景数据块 临时变量保存在局部堆栈中 直到功能结束 当 FC 执行 结束时 使用的变量要丢失 模块化编程允许任务按块分配 块只有在需要时调用 这将使用户程序更有效 给你更多的 灵活性写出更小的程序块 这些块称为功能 FC 功能是一个可以执行任何指令的简单的 代码块 它执行结束时 不向调用块返回数据 数据块 DB 数据块是一个永久分配的区域