变频器与现场总线技术复习提纲

1、变频器和现场总线技术复习要点第一章 变频调速技术的基础知识一、学习内容1三相交流异步电动机的调速问题2变频技术的概念、主要类型、变频技术的发展3变频调速的工作原理4. 各种电力电子器件结构特点、工作原理5. 电力电子器件的驱动电路和保护电路6. 电力电子器件的工程使用实例二、学习目的1了解变频技术定义、分类2了解变频技术的主要类型、变频技术的发展3掌握变频调速的工作原理4. 掌握各种电力电子器件基本电路和工作特点5. 了解电力电子器件的驱动和保护技术三、自我测试1 名词（1）（ 2）交流变频调速技术？ 晶闸管的浪涌电流？( 3)GTO 的电流关断增益？2简述题(1)怎样实现变频技术？( 2)变

2、频技术的类型有哪几种？( 3)试说明 GTR 三种缓冲电路的特点？3案例(1)如何判断晶闸管管脚极性？( 2)功率 MOSFET 的保护技术有哪些？( 3)使用 IGBT 时，为什么要考虑过电流和过电压保护？四、参考答案：1名词（ 1） 交流变频调速技术就是将工频交流电通过不同的技术手段变换成不同频率的交流电。（ 2） 浪涌电流 ITSM 是一种由于电路异常情况（如故障）引起的并使结温超过额定结温 的不重复性最大正向过载电流。浪涌电流有上下限两个级，这些不重复电流定额用来设计保护电 路。（ 3） 最大可关断阳极电流 IATO 和门极负电流最大值 IGM 之比被称为电流关断增益。一 般B off

3、只有5左右。3 off是GTO的一个重要参数，其值愈大，说明门极电流对阳极电流的控制 能力愈强。2简述题（1）变频技术，简单的说就是把直流电逆变成为不同频率的交流电，或是把交流变成直 流再逆变成不同频率的交流，或是把直流变成交流再把交流变成直流。在这些变化过程中，一般 只是频率发生变化。（ 2） 变频技术主要有以下几种类型：1）交 直变频技术（即整流技术） 。它通过二极管整流、二极管续流或晶闸管、功率晶体管 可控整流实观交 直流转换。2）直直变频技术（即斩波技术） 。它通过改变功率半导体器件的通断时间，即改变脉冲的 频率（定宽变频） ，或改变脉冲的宽度（定频调宽） ，从而达到调节直流平均电压的

4、目的。3）直交变频技术（即逆变技术） 。振荡器利用电子放大器件将直流电变成不同频率的交流 电（甚至电磁波） 。逆变器则利用功率开关将直流电变成不同频率的交流电。4）交交变频技术（即移相技术） 。它通过控制功率半导体器件的导通和关断时间，实现交 流无触点开关、调压、调光、调速等目的。（3）RC 缓冲电路较简单，它对关断时集电极-发射极间电压上升有抑制作用，适用于小容量的GTR （电流10A以下）。R-C-VD 缓冲电路增加了缓冲二极管 VD2 ，可以用于大容量的 GTR 。但缓冲电路的电阻 较大，不适合用于高频开关电路。阻止放电型 R-C-VD 缓冲电路，常用于大容量 GTR 和高频开关电路缓冲

5、器。最大的优点 是缓冲产生的损耗小。3案例(1) 用万用表 RX 1k Q挡测量晶闸管的任意两管脚电阻，其中有一管脚对另外两管脚正反向电阻都很大，在几百千欧以上，此管脚是阳极A。再用万用表RX 10Q挡测量另外两个管脚的电阻值，应为数十欧到数百欧，但正反向电阻值不一样，阻值小时黑表笔所接的管脚为控制极 G,另一管脚就是阴极 K。( 2) 栅源过压保护，漏源过压保护，峰值电流保护，有效值电流保护，过热保护和静电 保护。( 3)1)过电流保护。若 IGBT 用于 VVVF 逆变器，当电动机启动时将产生突变电流，如果控制回路、 驱动回路的配线欠合理， 将会引起误动作， 导致桥臂短路、 输出短路等事故

6、， 使 IGBT 流过过电流。其中，发生短路事故时，电流变化非常迅速，而且元件要承受极大的电压和电流， 所以必须快速检测出过电流，在元件未被损坏之前，使其自动断开。2) 过电压保护。 IGBT 关断时，由于主回路电流的急剧变化，由主回路杂散电感引起 高压，产生开关浪涌电压。设计缓冲器为最佳方案，把动态轨迹限制在安全范围之内。第二章交 -直-交变频技术和脉宽调制技术一、学习内容1 实现交 直交变频的基本电路2脉冲调制型变频定义及主电路原理分析 3谐振型变频定义及三相谐振直流环节逆变器原理电路分析4. 脉宽调制调制方法和控制技术5. 脉宽调制变频技术在调速控制系统中的使用二、学习目的 (一)识记1

7、 了解电压型和电流型逆变器的特点2理解脉冲调制和脉宽调制技术的基本概念 3理解谐振直流环节逆变电路工作原理4. 掌握 PWM 控制的基本原理和 PWM 型逆变电路的控制方式5. 在调速控制系统中使用 PWh变频技术三、自我测试1 名词( 1 ) 软开关技术，硬开关技术 ?( 2) 电压型和电流型逆变器？(3) PWM意义？2简述题( 1) 试述谐振型变频器的使用意义。(2) PWM控制方式？(3) PWM逆变器消除谐波的一般方法是什么？(4) SPWM勺控制方式有几种？3案例( 1) 什么叫异步调制？什么叫同步调制？两者各有什么特点？(2) 串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是什么？试

8、分析其换相过程。( 3) 用霍尔传感器测取电压和电阻反馈信号的优点有哪些 ?四、参考答案：1 名词( 1) 开关元件在零电压或零电流下进行开关状态转换，即软开关技术。 功率元件在大电流、高电压状态下的开关状态转换是硬开关技术。(2) 电压型逆变器。这种变频器由整流器和逆变器两部分组成，在逆变器的直流侧并联有大电容，用来缓冲无功功率。电流型逆变器。 这种变频器在直流电源上串联了大电感来进行滤波。 由于大电感的限流作用， 为逆变器提供的直流电流波形平直、脉动很小，具有电流源特性，能有效地抑制故障电流的上升率，实现较理想的保护功能( 3) PWM 是脉宽调制技术的简称。2简述题(1) 谐振型变频是利

9、用谐振原理使 PWM逆变器的开关元件在零电压或零电流下进行开关状 态转换，即软开关技术。在谐振型变频中，由于各功率器件的开关损耗近似为零，有效地防止了 电磁干扰，大大提高了器件的工作频率，且减少了装置的体积和重量。(2) PWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相 等而宽度不等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期 中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波状，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的 规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可以改变输出频率。(3) 有两电平PWM逆变器消除谐波和三电平 P

10、WM逆变器消除谐波两种方法。(4) SPW啲控制方式有三种：一是采用模拟电路。其优点是完成三角载波信号u和正弦波 参考信号 uR 的比较和确定脉冲宽度所用的时间非常短，二是采用数字电路。它可使用以软件为 基础的控制模式。三是采用模拟和数字电路相结合的控制方式。3案例( 1) 载波信号和调制信号不保持同步关系的调制方式称为异步调制方式。在该调制方式 中，调制信号频率fr变化时，通常保持载波频率 fc固定不变，因而载波比 N是变化的。这样， 在调制信号的半个周期内，输出脉冲的个数不固定，脉冲相位也不固定，正负半周期的脉冲不对 称，同时，半周期内前后 14周期的脉冲也不对称。载波比N等于常数，并在变

11、频时使载波信号和调制信号保持同步的调制方式称为同步调制方 式。在该调制方式中，调制信号频率变化时载波比N不变。调制信号半个周期内输出的脉冲数是固定的，脉冲相位也是固定的。( 2) 串联二极管式电流型逆变电路中，二极管的作用是使换相电容和负载隔离，防止电 容充电电荷的损失。( 3)对于直流及非正弦的交流电压和电流信号的隔离传送，最好的方法是采用霍尔电压和电流传感器。霍尔传感器不仅可实现被测电路和反馈电路的有效隔离，还具有以下一些优点：1) 可以测量任意波形的电压和电流信号，且频带宽；2) 线性好，测量区间宽，测量精度高；3) 响应速度快；4) 过载能力强，使用安全。第三章 交交变频技术一、学习内

12、容1 交交变频的工作原理 2交交变频的主电路型式 3交交变频类型二、学习目的1 了解交交变频的主要特点，交交变频电路的运行方式2掌握交交变频的工作原理 3掌握正弦波交交变频器的控制电路结构三、自我测试1 名词(1) 交 -交变频电路？2简述题( 1) 试述交交变频的主要特点？( 2) 交交变频电路的运行方式有哪几种？( 3) 正弦波交交变频器的控制有哪两种？3案例( 1) 正弦波交交变频器的控制有何特点？四、参考答案：1 名词( 1) 交- 交变频电路是不通过中间直流环节，而把电网固定频率的交流电直接变换成不同频 率的交流电的变频电路。2简述题（ 1） 交 - 交变频电路的主要特点为：1）因为

13、是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器效率要高；2）由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出频率 比输入交流电源的频率低得多，输出波形较好；3）因受电网频率限制，通常输出电压的频率较低，为电网频率的三分之一左右；4）功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。（ 2） 运行方式主要有无环流运行方式、自然环流运行方式和局部环流运行方式。（3）正弦波交交变频器的控制也有电压控制型和电流控制型两种。3案例（ 1） 电压型变频器的输出是电压， 其输出电压跟随给定信号变化， 受负载电流变化影响小。 电流型变频器的输出是电流，其输出电流跟随给定信号变化，受负载

14、电压变化影响小。第四章 变频器的选择和容量计算一、学习内容1 变频器的控制方式2变频器的选择3变频器容量计算二、学习目的1了解变频器的基本概念、变频调速的优点、变频器的分类2掌握变频器各种控制方式的工作原理3掌握负载系统变频器的选择要点三、自我测试1名词（ 1）（ 2）变频器的定义负负载的定义（ 3）变频器的容量定义2简述题（ 1）变频调速的优点有哪些？（ 2）简述变频器的分类。（ 3）简述开环速度控制和闭环速度控制。（ 4）简述变频器容量选择的注意事项。3案例（ 1）张力控制变频器的特点有哪些？（ 2）对于只需在短时间内能进行加减速响应系统选择变频器的要点。（ 3）变频器的选择要点有四、参考

15、答案：1名词（1）变频器是使用变频技术制造的一种静止的频率交换器，它是利用半导体器件的通断作 用将频率固定（通常为工频50Hz）的交流电（三相或单相）变换成频率连续可调的交流电的电能控 制装置。（2）几乎所有电机都是要克服来自负载的阻碍旋转的反抗转矩。使负载向着所要求的方向 旋转。此时电机产生的转矩，其方向同旋转方向一致。反之，要求电机产生和其转向相反转矩的 负载时称为负负载。（3）变频器的容量一般用额定输出电流（A）、输出容量（kVA）、适用电动机功率（kW）来表示。其中，额定输出电流为变频器可以连续输出的最大交流电流的有效值。输出容量是决定于额定输 出电流和额定输出电压的三相视在输出功率。

16、2简述题（ 1）变频调速主要有以下的优点：1）控制电机的启动电流；2）降低电力线路电压波动，启动时需要的功率更低；3）可控的加速功能和可调的运行速度；4）受控的停止方式；5）节能；6）减少机械传动部件。（ 2）变频器的分类：1）按变换环节分为交一交变频器和交一直一交变频器；2）按直流环节的储能方式分为电流型变频器和电压型变频器；3）按工作原理分为 Uf 控制变频器、转差频率控制变频器、矢量控制变频器和直接转矩 控制变频器；4 ） 按用途分为通用变频器、高性能专用变频器和高频变频器。（ 3） 如果笼型电机的电压、频率一定，因负载变化引起的速度变化是非常小的。额定转矩 下的转差率决定于电机的转矩特

17、性，转差率大约为1%- 5%对于平方转矩负载（如风机、泵等）并不太要求快速响应，常用开环控制。为了补偿电机速度的变化，将可以检测出的物理量作为电气信号负反馈到变频器的控制回 路，这种控制方式称为闭环控制。速度反馈控制方式是以速度为控制对象的闭环控制。（ 4）变频器容量选择的注意事项：1）变频器并联追加投入起动时，其容量和同时起动时相比要大些。2）根据负载的种类往往需要过载容量大的变频器。3）电机的实际负载比电机的额定输出功率小时，可选择和实际负载相称的变频器容量。4）用选定的变频器和电机不能满足负载所要求的起动转矩和低速区转矩时，变频器和电机 的容量还需要再加大。3案例（ 1 ）一般张力控制多

18、以转矩控制为基础，而其他控制对象多以速度控制为基础。另外，不 管哪一种控制方式，通常都是以滚筒和被加工物之间不产生滑动为前提条件。（2）1）电机和机械的puGD2要小；2）选用过负载容量大的机器；3）选用具有完全的限流功能的变频器。（ 3）简述负负载系统变频器的选择要点。1）考虑制动转矩和负载转矩之间的关系；2）为了确保变频器跳闸时的安全，要并用机械式制动器；3）使用制动单元时，必须使再生过压失速的防止控制无效，或者使制动单元的动作直流电 压的给定值确实低于再生过压失速防止的值；4）注意散热。第五章 变频器的安装接线、调试和维修一、学习内容1 变频器的原理框图及接线第三节变频器的控制电路接线及

19、注意事项2 变频调速系统的主电路接线及面板操作3 .可编程控制器和变频器的连接及 PLC控制梯形图编写方法4. 变频器的保护功能及故障诊断二、学习目的1 .了解变频器的基本结构，掌握变频器输入输出控制端子功能及使用。2. 掌握变频器操作方法和功能参数码设定值的对应关系。3. 掌握可编程控制器和变频器的连接方法，及PLC程序设计方法。4. 了解变频器的维修和检查一般方法变频调速系统的调试三、自我测试1 .名词（ 1）电抗器的作用。（ 2）滤波器的作用。（3）西门子MM44C变频器，参数中以字母 P开头的是意义。2. 简述题（ 1） 变频器输入侧接触器的功用有哪些？（2）用MM440变频器怎样设定

20、电动机的最小频率和最大频率？（3）MM420变频器为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，应怎样设定参数？3. 案例( 1) 变频器接线时应注意哪些问题？(2) MM42C变频器固定频率的设定。( 3) 变频器的控制电路的设计。四、参考答案：1名词( 1) 变频器的输入电流中含有许多高次谐波成分，这些高次谐波电流都是无功电流，使变 频调速系统的功率因数降低到 075 以下。所以，在容量较大的变频调速系统中，应考虑接入电 抗器，以提高功率因数。( 2) 滤波器就是用来削弱变频器的输入和输出电流中都含有的较高频率的谐波电流，以防 止变频器对其他设备的干扰。(3) 西门子MM44C变频器，参数

21、中以字母 P开头的是功能参数。2简述题( 1)1)可通过按钮开关方便地控制变频器的通电和断电；2) 当变频器发生故障时，可自动切断电源。3) 选择接触器时，触点的额定电流应大于变频器的额定电流。(2) 用参数P1080来设定电机的最小频率，用参数 P1082来设定电机的最大频率。(3) 1)设定 P0010= 30 2 )设定 P0970= 13案例( 1) 接线时应注意以下几点，以防接错：1) 输入电源必须接到 R、S、T上，输出电源必须接到端子 U、V、W上，若错接，会损坏变 频器。2) 为了防止触电、火灾等灾害和降低噪声，必须连接接地端子。3) 通电后，需要改接线时，即使已经关断电源，也

22、应等充电指示灯熄灭后，用万用表确认直流电压降到安全电压(DC25V以下)后再操作。若还残留有电压就进行操作，会产生火花，这时 先放完电后再进行操作。(2)进行MM42C变频器固定频率的设定需设定值：P1000=3, P0701=17, P0702=17, P0703=17。固定频率值从-650KHz +650 KHz最多可设定 7 个固定频率。( 3)变频器控制电路主要由以下部分组成：1) 运算电路。运算电路的主要作用是将外部的速度、转矩等指令信号同检测电路的电流、 电压信号进行比较运算，决定变频器的输出频率和电压。2) 信号检测电路。将变频器和电动机的工作状态反馈至微处理器，并由微处理器按事

23、先确 定的算法进行处理后为各部分电路提供所需的控制或保护信号。3) 驱动电路。驱动电路的作用是为变频器中逆变电路的换流器件提供驱动信号。4) 保护电路。保护电路的主要作用是对检测电路得到的各种信号进行运算处理，以判断变 频器本身或系统是否出现异常。当检测到出现异常时，进行各种必要的处理，如使变频器停止工 作或抑制电压、电流值等。第六章 变频技术综合使用一、学习内容1 西门子MM440变频器调速技术的使用技能2变频技术在空调设备上的使用3. 变频技术在电梯设备上的使用二、学习目的1. 了解高频照明特点、变频电源的定义。2. 掌握变频技术在空调设备上的使用。3. 掌握中央空调系统的构成及变频控制原

24、理4. 变频技术在电梯设备上的使用技能。三、自我测试1 名词(1) 变频电源( 2) 不间断电源( UPS)( 3) 基本频率和频率分辨率2简述题( 1) 变频电源有哪些类型？(2) MM44C变频器的参数 P0003具有什么功能？( 3) 变频器的 PID 控制具有的调节功能包括哪些环节？3案例( 1) 分析中央空调变频控制的使用。( 2) 分析家用空调的组成及工作过程。(3) 西门子MM440主站方式设定。四、参考答案：1名词( 1) 变频电源就是从动力电或市电转换为所需要的直流电或交流电的电源转换装置。(2) UPS是一种恒压型不间断电源，有交流工频式，也有直流输出式。主要用于瞬时断电

25、或事故停电即时辅助供电，并维持一定的时间，以免停电损失。( 3) 当变频器的输出电压等于额定电压时所对应的输出频率，成为基本频率。2简述题(1) 变频式电源主要是开关稳压式电子电源，有工频式(50Hz) 、中频式 (15kHz 以下) 、高频式 (16kHz 以上 )之分。具有体积小、重量轻、效率高、功率因数高等优点，是电源装置发展的方向。( 2) 参数 P0003 有三个用户访问级即标准访问级 (P0003=1) ；扩展访问级 (P0003=2) 和专家 访问级 (P0003=3) 。(3) 变频器的PID控制包含比例(P)环节、积分(I )环节、微分(D)环节。3案例( 1) 中央空调系统

26、的变频控制主要体现在变风量控制和冷水泵控制通过变频器对空调机的 送风机进行风量控制，即改变风机电动机的转速来调节风量，以达到节能的目的。利用变频器控制空调设备的冷水，在负荷较小时，可使泵的转速下降一些，调节冷水泵控制 送风温度，以达到节电的目的。( 2) 家用空调分为室内机和室外机其工作过程为：室内机的温传感器将设定温度和运行情 况等信息传送给室外部分。室外机分析这些信息，了解温差和室温变化的时间等，然后计算并指 定压缩机电机的频率。开始运行时，如果室温和设定温差很大，采用高频运行，随着温差的减小 而采用低频运行。在室温急剧变化时，使频率变化幅度大，缓慢时使频率变化范围小，并在平衡 冷暖气负载

27、和压缩机输出的同时，以最短的时间使室温达到所希望的值。(3) 西门子MM44C主站方式：在“ Master (主站)”操作方式下， AOP最多可以控制按多 站配置连接的 31 台变频器。通过对变频器常规参数和AOP 内部参数的访问，各台变频器仍然可以完全由操作员来控制。第七章 网络通信基础一、学习内容1. 现场总线的特点和分类、现场总线的现状、现场总线的标准、总线的基本概念和操作。2. 数据的调制和编码技术3. 数据交换技术4. 差错控制技术二、学习目的1了解现场总线技术的网路通信知识和原理 2掌握现场总线控制系统的设计、硬件选用、安装、检修和编程调试方法。3掌握运行过程中的数据处理方法三、自

28、我测试1名词( 1)现场总线定义。( 2)互操作性定义。( 3)开发式互联网定义。( 4)基金会总线定义。(5) CAN总线定义。( 6) 总线协议定义。(7) 计算机网络拓扑定义。( 8) Profibus 现场总线定义。(9) INTERBUS现场总线定义。( 10 )总线主设备和从设备定义。( 11)计算机网络拓扑结构定义。( 12)总线操作定义。( 13)电路交换定义。( 14 )计算机网络互联概念。( 15 ) 计算机网络差错控制编码概念。( 16)总线控制信号定义。( 17)串行通信定义。2简述题(1) 现场总线的本质含义表现在那几方面？( 2)计算机网络通信方式按照信息的传输方向

29、分哪几类？(3)现场总线控制系统最显著的特征。(4)现场总线的结构特点是什么？( 5)现场总线的分类？(6) CAN总线分类？( 7)怎样进行总线的数据传送？( 8)计算机网络差错控制法是怎样进行的？( 9)计算机网络怎样执行令牌访问控制方式？(10)总线操作的基本内容有哪些？( 11)计算机网络通信的传输模式分哪几类？(12)计算机网络拓扑分哪几类？( 13 )计算机树形拓扑结构特点？( 14 ) 计算机网络在数据通讯系统中，通常采用哪几种数据交换方式 ?( 15 )计算机网络在载带传输中常用的数据方式？( 16)计算机网络在载带传输中常用的数据表示方法？(17) FCS作用和特点？3案例(

30、1) 现场设备互联。( 2) 现场总线技术的基本内容。(3) 现场总线控制系统。 (4)现场总线系统的数字化信号传输。( 5)现场总线系统对环境的适应性。( 6) FF 体系结构。( 7) Profibus 现场总线的组成。(8) INTERBUS远程网络和本地网络工作方式。(9) 国际标准化组织(ISO)的现场总线标准。(10) 计算机网络局域网和广域网的互联分类及实现方法。( 11 )计算机环形拓扑结构。( 12)计算机星形拓扑结构的优点。( 13)总线的寻址。( 14)计算机总线拓扑结构特点、优点。( 15)计算机网络数据交换技术提供的功能及分类。( 16)计算机网络虚电路分组交换( 1

31、7 ) 计算机网络奇偶校验码定义及分类。四、参考答案：1 名词( 1)现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信 网络。( 2)所谓互操作性是指来自不同厂家的设备可以相互通信，并且可以在多厂家的环境中完 成功能的能力。( 3)现场总线为开放式互联网，即可和同层网络互连，也可和不同层网络互连。现场总线 协议是一个完全开放的协议。(4) 现场总线基金会(FF)是一个国际性的协会组织，该组织是一个以非盈利为目的的机构，它的前身是以前国际上的两大现场总线阵营 ISP 和 World FIP 。 ISP 是互相可操作系统协议。 World FIP 是世界工厂仪表协议。(5

32、) CAN总线是控制局域网网络的简称，是由德国Bosch公司推出的，CAN总线采用ISO/OSI 参考模型中的物理层、数据链路层和使用层。它是一种具有高可靠性、支持分布式实时控制的串 行数据网络。( 6) 总线协议：管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议” 。这是一套事先规定 的、必须共同遵守的规约。( 7) 计算机网络拓扑是通过网中节点或节点和通信线路之间的几何关系来表示网络结构的 反映同网络中各实体的结构关系。( 8) Profibus 现场总线是基于 OSI 模型的，采用了 OSI 模型的物理层、数据链路层、使用 层。 Profibus 是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层

33、数据通信和控制的现场总线技 术，可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络。(9) INTERBUS采用ISO/OSI参考模型中的物理层、数据链路层和使用层。INTERBUS网络可分为远程网络和本地网络。两种网络传送相同的信号，但电平不同。INTERBUS采用整体帧协议方式来传播循环过程数据和非循环数据，共有 16 个二进制过程数据同时被集成在循环协议 中。( 10) 可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备” 。不能在总线上主动发起通信、 只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为“总线从设备”( 11)我们将计算机通信子网中的通信处理机和其他通信设备称为节点，通

34、信线路成为链 路。将节点和链路连接而成的几何图形称为该网络的拓扑结构。( 12)总线操作。总线上命令者和响应者之间的“连接t数据传送t脱开”这一操作序列称为一次总线“交易”， 或者叫做一次总线操作。( 13) 在计算机网络交换技术的数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释 放之前，该通路由一对用户完全占有，称为电路交换。( 14) 网络互联是指将分布在不同地理位置的网络、 设备连接起来， 以构成更大规模的网络， 最大程度地实现网络资源的共享。局域网和局域网互联：同型局域网互联，异型局域网互联。( 15) 在发送数据之前，先按照某种规划在数据位之外附加一定的冗余位后再发送，称为 差错控

35、制编码过程。(16) 总线上的控制信号通常有 3 种类型。一类用于控制连在总线上的设备，让它进行所规 定的操作。另一类用于改变总线操作的方式，还有一些控制信号用于表明地址和数据的含义。(17) 串行通信是指在传输过程中，同一个字节中的各个位按顺序先后发送，在同一个信 道上传输。在串行通信中，按数据传输方向又分为单工通信、半双工通信、全双工通信。 2简述题( 1)现场总线的本质含义表现在一下几方面：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) 现场总线供电7) 开放式互联网( 2)计算机网络通信方式按照信息的传输方向分为单工方式；半双工方式；全双工方式。( 3)现场总线

36、控制系统最显著的特征是具有开放统一的通信协议，肩负着生产一线测量控 制的特殊任务。( 4)现场总线的结构特点：传统的模拟控制系统按控制回路分别进行连接，位于现场的测 量变送器和位于控制室点控制器之间，控制器和位于现场的执行器、开关、电动机之间均为一对 一的物理连接。( 5) 现场总线按传输数据的大小来分类，一般可分为 3 类：即传感器总线，它的数据宽度 为位；设备总线，它的数据宽度为字节；数据流现场总线。(6) 有两种CAN总线一一低速CAN总线和高速CAN总线,一般在谈到CAN总线时，大都指高 速CAN总线。( 7) 总线的数据传送方式为：一旦某一命令者于一个或多个响应者连接上，就可以开始数

37、 据的读写操作。 “读”数据操作时读来自响应者的数据； “写”数据操作时向相应者写数据。读写操作都需要在命令者和相应者之间传递数据。( 8) 计算机网络差错控制法：对于发生的错误，有两种处理方法：检错法和纠错法。检错 法是指检测传递信息的改变，当检测到错误时，将该信息丢弃，同时通知发送者，重发该信息。 纠错法是指当检测到错误时，接受方纠正错误而无须发送者重发，发送者并不知道该信息在传送 过程中出现差错了。相应的差错控制技术有两种：自动重发请求和前向纠错技术。( 9) 计算机网络令牌访问控制方式：介质访问控制方式之一的令牌访问控制方式是一种按 一定顺序在各站点传递令牌 (Token) 的方法。谁

38、得到令牌，谁才有发报权。(10)现场总线操作的基本内容：总线操作，数据传送，通信请求，寻址，总线仲裁，出错 检测，容错，多段总线操作。总线仲裁操作和数据传送操作是完全分开且并行工作的， 因此总线操作占有权的交接过程不 会耽误总线操作。( 11)计算机网络通信的传输模式分：基带传输；载波传输；宽带传输；异步转移模式ATM。( 12) 计算机局域网的拓扑结构一般分为总线型结构、环形结构、星形结构和树形结构等。( 13) 计算机树形结构是星形结构的扩展，树形网络是分层结构，具有根节点和分支节点。 树形拓扑适用于分级管理和控制系统。网络结构正向多元化方向发展，一个网络中可以包含多种 网络结构形式，如全

39、部互联结构。( 14) 计算机网络在数据通讯系统中，通常采用以下几种数据交换方式：1) 线路交换方式 ，2) 报文交换方式，3) 报文分组换式通信的传输模式。(15) 计算机网络在载带传输中常用的数据方式有：调幅方式；调频方式；调幅方式。(16) 计算机网络在载带传输中常用的数据表示方法有：调幅方式；调频方式；调幅方式。(17) FCS作用和特点是：现场总线控制系统将构成自动化系统的各种传感器、执行机构及 控制器通过现场控制网络联系起来， 通过网络上的信息传输来完成传统系统中需要硬件连接才能 传递的信号，实现各设备之间的协调，并实现自动化控制。现场总线控制系统既是一个开放的通 信网络，又是一个

40、全分布式的控制系统。3案例( 1 ) 现场设备是指位于现场的传感器、变送器和执行器等。这些现场设备可以通过现场总线直 接在现场实现互联， 相互交换信息。 而在集散控制系统中， 现场设备之间是不能直接交换信息的。(2) 现场总线技术的基本内容包括：以串行通信方式取代传统的420mA的模拟信号，一条现场总线可分为众多的可寻址现场设备实现多点连接，并且支持底层的现场智能设备和高层的 系统利用公用传输介质交换信息。( 3)现场总线是一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字式、双向串行、多 节点的通信总线。采用现场总线技术可实现一种具有开放式、数字化和网络化结构的新型计算机 控制系统，即现场总线

41、控制系统( FCS)。( 4)现场总线系统的数字化信号传输意味着无论是现场底层传感器、执行器、控制器之间 的信号传输，还是和上层工作站及高速网之间的信息互换，全部使用数字信号。( 5) 现场总线能采用两线制来实现供电和通信，并可满足本质安全防爆要求等。(6)现场总线基金会(FF)体系结构参照ISO/OSI模型，由物理层、数据链路层、使用层 和用户层组成。就可以实现设备的互操作性和可互换性，而且可以做到即插即用。FF现场总线分低速H1总线和高速HSE总线。高速HSE总线适用于过程控制，高速 HSE总线 适用于先进制造技术。( 7) Profibus 由 3 个兼容部分组成，即 Profibus-

42、DP 、 Profibus-PA 、 Profibus- FMS 。Profibus-DP 是一种高速低成本通信。 Profibus-PA 是专为过程自动化设计，可使传感器和执行 机构连在一根总线网络， 并有本征安全规范。 Profibus-FMS 用于车间级监控网络， 是一个令牌结 构，实时多主网络。(8) INTERBUS远程网络和本地网络工作方式：远程网络用于远距离传送数据，采用RS-485传输，网络本身不供电。远程网络采用全双工方式进行通信，通信速率为500kps。本地总线网络连接到远程网络上，网络上的总线BT上的BK模块负责将远程网络数据转换为本地网络数据。(9) 国际标准化组织(I

43、SO)的现场总线标准：国际标准化组织(ISO)为信息处理系统制订 了开放式系统互联基本参数模型，简称为OSI。 OSI 将通信任务划分为 7 层，即物理层、数 据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、使用层。(10) 计算机网络局域网和广域网的互联分类及实现方法：1)局域网和广域网也是常见的一种方式，它们之间的连接可以通过路由器或者网关来实现。2）局域网 -广域网 -局域网互联是指将两个分布在不同地理位置的局域网通过广域网实现互 联，也可以通过路由器或者网关来实现。3）广域网和广域网互联也可以通过路由器或者网关来实现。广域网是通过专用的或交换式 的连接将地域分布广泛的计算机或者局域网互联的网

44、络。（ 11） 计算机环形拓扑结构：在环形网络中，每台计算机都有一个入口和出口，它使用电 缆将各台计算机连接起来，在环形网络中，各个节点通过点到点通信线路连接成闭合回路。每个 中继器都和两条链路相连。这种链路是单向的，数据在一个方向上围绕着环进行循环。（ 12） 计算机星形拓扑优点：配置方便；每个连接点直接一个设备，单个连接点的故障只 影响一个设备，不会影响全网；集中控制和故障诊断容易，容易检测和隔离故障，可方便地将有 故障的节点从系统中删除；简单的访问协议，很容易在网络中增加新的站点，数据的安全性和优 先级容易控制，易实现网络监控。（13）总线的寻址过程是命令着于一个或多个从设备建立起联系的

45、一种总线操作。通常有以 下 3 种寻址方式。 （1）物理寻址； （2）逻辑寻址；（3）广播寻址（ 14）总线形拓扑结构是局域网中最主要的拓扑结构之一。他将所有计算机连接到同一条 总线上。总线拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到 传输介质上。任何一个站点发送的信号都可以沿着机制双向传递，而且能被其他所有站点接受。总线形网络结构简单，安装方便，需要铺设的线缆最短，成本低，某个站点自身的故障一 般不会影响整个网络。总线拓扑的优点：电缆长度短，容易布线；可靠性高；易于扩充。（ 15） 计算机网络数据交换技术提供一种交换功能，是数据从一个节点传到另一个节点， 直至到

46、达目的地为止。通常把作为信源或信宿的一批设备成为网络站，而将提供中间通信的设备 称为节点。按所用的数据传送技术划分， 交换网络又可分为电路交换网， 报文交换网和报文分组交换网。 （16）计算机网络虚电路分组交换：在虚电路VC 中，未进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间先要建立一条逻辑通路。无论何时，一个站都能和任何站建立虚电路。这种传输数据 的逻辑通路就是虚电路。（ 17） 计算机网络奇偶校验码定义及分类：最简单、最实用的差错校验编码方法就是奇偶校 验码。奇偶校验码是指将数据分组，每一组数据后附加一个校验位，使得该数组数据中 1 的个数 为偶数或奇数。奇数校验分为 3 种：垂直奇偶校验，水

47、平奇偶校验和水平垂直奇偶校验。第八章 开放系统互联（ OSI ）参考模型一、学习内容1 OSI 参考模型2OSI 参考模型中 7 个层次的关系和工作原理。 3现场总线通信模型。二、学习目的 1了解现场总线技术的通信模型知识。 2理解 OSI 参考模型中 7 个层次的关系。 3掌握低 3 层的基本概念、主要功能及其在总线数据通信中的作用。三、自我测试 1名词（1）链路的概念。（2）数据链路层的差错控制。（3）数据链路层的透明传输。（4）数据链路层的寻址。（5）网络层定义：（ 6）路由选择。（7）静态路由。（ 8）动态路由。2简述题（1）ISO/OSI 参考模型为哪 7 层？各层的主要功能是什么？

48、（2）OSI 采用这种层次结构可以带来哪些好处？（3）物理层具有哪些作用？（4）常见的物理层信号线分哪几类？（5）数据链路控制协议分类？（6）数据链层的网络连接设备？（7）网卡结构及主要功能？（8）网桥的主要功能。3案例（1）常用的网络互联设备有哪些？各自对应OSI 参考模型的哪一层？（2）数据链路层具有哪些功能？（3）物理层传输介质分哪几类？在信号传输中是怎样使用的？（4）常见物理层设备有哪些？（5）交换机的基本操作。（6）网络层功能：（7）路由选择算法。（8）路由器功能。四、参考答案：1名词（1）所谓链路就是指数据传输中任何两相邻节点间的点到点的物理线路 （ 2）差错控制是指在数据通信过程

49、中能检测或纠正差错，并将差错限制在尽可能小的允许范围内。差错检测可通过差错控制编码来实现；而差错纠正则通过差错控制方法来实现。产生差错 主要是在通信线路上噪声干扰的结果。根据噪声类型不同，可将差错分为随机错和突发错。（ 3）数据链路层的透明传输就是指不管所传数据时什么样的比特组合，都应该能够在链路上传送。（4）数据链路层的寻址在多点连接的情况下，保证每一帧都能送到正确的目的站。（5）网络层是 OSI 参考模型中的第三层， 是通信子网的最高层。网络层关系到通信子网的运 行控制，体现了网络使用环境中资源子网访问通信子网的方式。（ 6）路由选择也叫路径选择， 是指根据一定的原则和路由选择算法在多节点

50、的通信子网中选 择一条最佳路径。确定路由选择的策略称为路由算法。（7）所谓的静态路由是指网络管理员根据其所掌握的网络连通信息以手工配置方式创建的路 由表表项。（ 8）动态路由是指路由协议通过自主学习而获得的路由信息，通过在路由器上运行路由协议并进行相应的路由协议配置即可保证路由器自动生成并维护正确的路由信息。2简述题（1）ISO/OSI 的 7 层参考模型包括：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示 层和使用层。物理层 （physical layer） 主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传 输介质等问题。数据链路层 （data link layer）的主要任务是

51、加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路。网络层 （network layer） 关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目 的端如何选择路由。传输层 （transport layer） 的基本功能是从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的 单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。会话层 （Session layer） 允许不同机器上的用户建立会话 （session） 关系。表示层 （presentation layer） 完成某些特定功能，例如用一种大家一致同意的标准方法对 数据编码。使用层 （application layer） 包含大

52、量人们普遍需要的协议。（2）OSI 采用这种层次结构可以带来的好处：各层之间是独立的；灵活性好；结构上可分 隔开；易于实现和维护；能促进标准化工作。（ 3）物理层是 OSI 参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。（4）物理层信号线按功能可分为数据线、 控制线、 定时线和接地线等。 信号的传输采用单工、 半双工还是全双工方式等。（5）数据链路控制协议也可分为异步协议和同步协议两类。 异步协议是以字符为独立的信息传输单位， 在每个字符的起始处都对字符内的比特实现同步。 同步协议是以许多字符或许多比特组织成的数据块帧为传输单位的， 在帧的起始处同步。 （ 6）数据链层的网络连接设

53、备： 1）网卡； 2）网桥； 3）交换机。（7）网卡结构：网卡又称网络接口卡，是主机和网络的接口部件，网卡上有收发器、介质访 问控制逻辑和设备接口。完成的主要功能是：1）控制数据传送、具备串 - 并转换和缓存功能。2）网卡是能发出和接收数据帧、计算帧检验序列、执行编码译码转换的，以实现网络节点 件数据交换的集成电路卡。（8）网桥主要有如下功能：1）在物理上扩展网络； 2）数据过滤功能； 3）逻辑划分网络的功能；4）数据推进功能； 5）帧格式转换功能。3案例（ 1）1）物理层使用中继器 （Repeater） ，通过复制位信号延伸网段长度2）数据链路层使用网桥 （bridge） ，在局域网之间存储

54、或转发数据帧 3）网络层使用路由器 （Router） 在不同网络间存储转发分组信号4）传输层及传输层以上，使用网关 （gateway） 进行协议转换，提供更高层次的接口（2）数据链路层是 OSI参考模型的第2层，数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相 邻节点之间的通信问题，实现两个相邻节点链路上无差错的协议数据单元传输。传送的协议数据 单元称为数据帧。数据帧中包含物理地址、控制码、数据及校验码等信息。在局域网中，数据链路层又被划分为逻辑链路控制子层和介质访问控制子层。数据链路层采 用了被称为帧的协议数据单元作为数据链路层的数据传输逻辑单元。（ 3）无论是模拟数据传输还是数字传输，最普通的传

55、输介质就是双绞线。 同轴电缆分为两类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆。 光纤是光缆的纤芯，光纤由光纤芯、包层和涂覆层 3 部分组成。 无线传输介质通过空间传输，不需要架设或铺埋地电缆或光纤，给施工带来很大方便。目前 常用的无限传输技术有：微波通信和卫星通信。微波通信的载频通常为 240GHz, 卫星通信是微波通信的一种特殊形式，卫星通信利用地球同步卫星作为中继来转发微波信 号,（ 4）将具备物理上拓展网络覆盖范围功能的设备称为网络互联设备,在物理层通常提供两种类型的网络互联设备，即中继器和集线器,中继器的主要优点是安装简单、 使用方便、价格相对低廉,它不仅起到延长网络距离的作用， 而且还可以链接不同传输介质的网络,集线器具有多个接口，不仅用于集中网络连接，而且还可以重发数字信号,（ 5）在数据通信中，所有的交换设备都执行两个基本的操作：1）交换数据帧，将从输入介质上收到的数据帧发至相应的输出介质上；2）维护交换操作，构造和维护交换地址表,（ 6）网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元成为数据包或分组,该层的主要作用是解决如何使数据包通过各节点传送的问题，即通过路径选择算法将数据包送到目的地, 网络层提