2023年-某大学现场总线复习题.docx

L计算机控制系统的发展经历了哪几个阶段？各有何特点？一、数据采集与处理:计算机并不直接参与控制，对生产过程不会产生直接影响，能对整 个生产过程进行集中监视，可进行越限报警，可以得到大量统计数据。二、直接数字控制系统（DDC）：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统 有一个功能较齐全的运行操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便， 由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动 的信号都是电气信号，因此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和 管理的过程装置数量很少，多数情况下应用为单回路控制。三、监督计算机控制系统（SCC）： 一般由两级计算机组成，第一级计算机与生产过程连接， 并承担测量和控制任务，即完成DDC控制J,第一级计算机和第二级计算机之间的数据通信， 通常采用串行数据链路规程，传送效率一般较低。四、集散控制系统（DCS）：采用网络技术实现数据的高速远距离传送；采用分布的、相对 独立的控制站在一定程度上避免了多回路集中控制的风险；通过控制站得冗余设计提高了 控制系统的可靠性。五、现场总线控制系统（FCS）：采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协 议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输 和信息交换，是各种适应实际需要的控制系统。2 .什么是现场总线？简述现场总线出现的背景？1 .在生产现场的测量控制设备之间实现双向、串行、多点数字通信的系统称为现场总线；2 .出现的背景是：一是技术基础：现场总线就是以数字通信替代了传统4-20niA及普 通开关量信号的传输；二是技术开发和标准制定的战争：不同的国际标准化组织对 现场总线的优缺点存在激烈争论。3 .什么是现场总线控制系统？简述现场总线系统技术特点？1 .现场总线控制系统采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位 于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交 换，各种适应实际需要的控制系统；2 .现场总线系统技术特点：（1）开放性（2）互可操作性与互换性（3）设备智能化（4） 彻底分散（5）现场环境适应性（6）系统可靠性（7）信息一致性（8）经济性（9） 易于安装和维护。4 .简述FCS与DCS的区别？ FCS有何优点？区别是FCS是放弃常规的420mA模拟信号传输标准，采用一定的媒体作为通信线路, 按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算 机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实际需要的控制系统；5 .主流现场总线有哪些？其特点如何？1 .主流现场总线有DDC, DCS, FCS；2 . DDC：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统有一个功能较齐全的运行 操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之 前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因 此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少, 多数情况下应用为单回路控制。DCS：采用网络技术实现数据的高速远距离传送；采用分布的、相对独立的控制站在一定程 度上避免了多回路集中控制的风险；通过控制站得冗余设计提高了控制系统的可靠性。FCS：采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备 之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实 际需要的控制系统。6 .按照数据通信的宽度分类现场总线有几种？ PROFIBUS-DP属于哪一类？现场总线的种类主要有：基金会现场总线FF； ProfiBus； WorldFIP； ControlNet/DeviveNet； CAN7 .简述现场总线的优缺点？现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域；一 对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用；节省维护开销；提高了；为用户提 供了更为灵活的系统集成主动权。8 .现场总线国际标准由谁制定？目前有哪些标准？1 .现场总线国际标准由国际电工委员会和国际标准化组织制定；2 .目前国际标准共有25种，其中包括IEC61158的20种、IEC62026的4种，以及ISO的 CAN1 种。9 .为什么没有统一的现场总线国际标准？目前有哪些因素妨碍FCS在工业的推广应用？1. （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，其投入的大量资金则必然化为乌有，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，而他们所 开发的却是打破垄断、全面开放的现场总线；（3） IEC是多极化组织，其代表来自各个国 家的一些大公司，根据IEC有关章程，统一的国际标准需要得到75%以上有投票资格国家 的赞成，一些小国家在技术和经济上很大程度地依赖于一些跨国公司，这些小国为了自己 的利益，在IEC的投票表决中常发生摇摆而不能自主；（4）还没有哪种总线在技术上占有 绝对优势，不同领域的测量与控制需求各有特点，在某个领域中产生的总线技术一般对特 定领域的满足度高一些，应用多一些，现场总线用户必须依赖设备制造商才能确保设备和 工厂的正常运行能力，只能被动地追随他们。10 .通信系统的基本模型中包含哪几部分？各部分的主要作用是什么？1 .包含信源和信宿,发送器,信道,接收器,噪声源;2 .信源和信宿是信息的发出者和接受者;发送强是对基带信号进行各种处理和变换，以 使它适合于在信道中传输；值道是连接发送器和接收器的通信通道；接收器是对接受 的信号进行必要的处理和变换，以便恢复相应的基带信号；噪声源是信道中的噪声以及 分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。11 .何谓数据传输模式？常用的传输模式有哪些分类方法？（串、并；同步、异步。）1 .数据传输模式是指信道上传送所采用的方式；2 .按数据代码传输的顺序可以分为并行和串行传输；按数据传输的同步方式可分为异步传 输和同步传输；按数据传输的流向和时间关系可分为单工、双工和全双工数据传输；按被 传输的数据信号特点可分为基带传输、频带传输和数字数据传输。12 .何谓传输媒体？常用的传输媒体有哪些？1 .传输媒体是在数据传输系统中位于发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为有 线的和无限的两种。2.常用传输媒体有双绞线、同轴电缆、光缆13 .数字数据有哪些编码方法？(FSK/ASK/PSK、NRZ/MANCHESTER)编码原理是什么？ 不归零码NRZ、曼彻斯特编码MANCHESTER、差分曼彻斯特编码。14 .通信接口特性包括哪四个方面的内容？(1)机械特性(2)电气特性(3)功能特性(4)过程特性15 . RS-232. RS-422、RS-485 各有何特点？上的通讯接口之一，由(Electronic Industries Association, E1A)所制定的异步传输 标准接口。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现， 一般个人计算机上会有两组RS-232接口，分别称为C0M1和COM2RS-422标准全称是 “平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。实际上还有一根信号 地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故 允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接1。个节点。即一个主设备(Master), 其余为从设备(Salve),从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。接收 器输入阻抗为4k,故发端最大负载能力是10X妹+100。(终接电阻)。16 .简述IEC61158.2串行通信接口的功能、物理层结构、物理层信号的编码方法。L功能分为发送和接收,发送功能是指接收来自数据链路层的数据信息，接收功能是指接 收来自传输媒体的物理信号，对其去除前导码，并进行解码后，把数据信息送往数据链路 层；2 .物理层结构为分为媒体相关子层和媒体无关子层,媒体相关子层负责处理导线、光缆、 无线媒体等不同传输媒体的信号转换问题，亦称为媒体访问单元。3 .编码方法有协议数据编码、前导码、帧前定界码和帧结束码17 .何谓差错控制？差错控制有哪两种控制策略？1 .为提高通信系统的传输质量而提出的有效地检测错误，并进行纠正的方法叫做差错检测 和校正，简称为差错控制；2 .差错控制的两种控制策略为：(1)在每个要发送的数据块上附加足够的冗余信息，使接 收器能发现并自动纠正传输错误，即纠错码策略。(2)在每个要发送的数据块上只加入足够的 冗余位，是接收能推算出是否发生了差错，但不能纠正传输差错，即检错码策略。18 . CRC码的检错过程？发送器将要发送的数据比特序列表示为一个多项式f (x)的系数，并在发送之前用收发双 发预先选取的生成多项式G (x)去除，求得一个余数多项式。将余数多项式加到数据多项 式分f (x)之后发送到接收器。接收器用同样的生成多项式G (x)去除接收到的数据多项 式f '(X),得到计算余数多项式。如果计算余数多项式与接收器收到的余数多项式相同， 则表示传输无差错；否则，表示传输有差错，可要求发送器重发数据。19 .何谓多路复用？常用的多路复用技术有哪些？L所谓多路复用技术，就是把多路信号在一条数据链上进行传输的技术，其作用相当于把 一条数据链路划分成多个信道，以实现通信链路的共享。2.常用的多路复用技术主要有两种,频分复用(FDM, Frequency Division Multiplexing) 与时分复用(TDM, Time Division Multiplexing)20 .何谓网络的体系结构？ ISO/OSI参考模型包括哪几层？各层的主要功能是什么？1. 我们将计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构，换句话说，计算机网 络的体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。2. ISO/DSI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、应用 层；3. (1)物理层的任务就是要为上一层(数据链路层)提供一个屋里连接，以透明地传送比 特流；（2）数据链路层负责在两个相邻节点间的链路上，无差错地传送以帧为单位的数据，与 物理层相似，数据链路层要负责建立、维持和释放数据链路的连接；（3）网络层的任务就是要选择合适的路由和交换节点，透明地向目的节点交付发送节点 所发送的分组；（4）传输层的任务就是根据通信子网的特性最佳地利用资源，并以可靠和经济的方式， 在两个末端系统（也就是源节点和目的节点）之间，透明地传送报文；（5）会话层在两个互相通信的应用进程之间，建立、组织和协调其交互；（6）表示层主要解决用户信息的语法表示问题；（7）应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为相互作用 的应用进程的用户代理，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。21 .常用的网络互联设备有哪些？各自对应OSI参考模型的哪一款？（物理、数据链路、网络、 传输及以上层）网卡，网线，交换机，路由器22 . OSI模型中服务原语有哪几种？各层提供的服务有哪两大类？数据传输模式有哪几种？1.4 种服务原语（1）请求（Request） （2）指示（Indication） （3）响应（Response） （4） 确认（Confirm）2.各层提供的服务方面向连接服务与无连接服务两大类；23 .现场总线体系结构的建立需考虑那几个方面的因素？（效率、确定性、鲁棒性、成本、）（1）效率（2）确定性（3）鲁棒性（4）节点成本（5）本质安全性24 .简述常用现场总线的通信模型的特点与层次结构。现场总线一般只用ISO/OSI参考模型中的第1、2、7层，即物理层、数据链路层和应用层，现场总线通信模型中应该包括3个基本要素：底层协议、上层协议和行规。25 .现场总线网络拓扑结构有哪些？有6种，分别为总线型、星型、环型、树型、菊花链型、和网状结构，其中的前5种常被 现场总线采用。26 .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？（CSMA/CD,令牌总线, 令牌环）（1）带有抵触检测的载波侦听多路访问CSMA/CD办法；（2）令牌总线方法；（3）令牌环方 法。27 . CSMA/CD 的特点。原理比较简单，技术上较易实现，网络中各工作节点处于同等地位，不要集中控制，但这 种方式不能提供优先级控制，各节点征用总线，不能满足远程控制所需要的确定延时和绝 对可靠性的要求，此方式效率高，但当负载大时，发送信息的等待时间较长。28 .简述三种CSMA坚持退避算法。1 .非坚持”算法，算法规则如下：（1）如果介质是空闲的，则可以立即发送数据。（2） 如果介质是忙的，则等待一个随机延迟的时间后，再继续侦听，直到介质为空闲才发送数据。2 .1-坚持"算法，算法避让规则如下：（1）如果介质空闲的，则可以立即发送数据。（2） 如果介质是忙的，则继续侦听，宜至检测到介质是空闲，立即发送数据。（3）如果在发送数据 过程中发生了冲突（因为可能有多个站点在同一时间检测到介质为空闲，并立即进行了数据发 送），则放弃当前的数据传送任务，等待一个随机的延迟时间，再重复上述步骤（1）（2）03 . “P-坚持"算法，算法的规则如下：（1）如果介质空闲，则以P概率发送数据（注意， 只是一种概率，而不是马上发送数据），而以（1-P）的概率延迟一个时间单位3 t等于最大 信号传播时延的两倍。（2）站点的发送已被延迟一个时间单位t后，则重复上述步骤（1）,当 然这时的P值可能不一样。（3）如果介质是忙的，继续侦听直到介质处于空闲状态，然后重复 上述步骤（Do29 .令牌访问控制方式的分类、特点和作用。令牌访问控制方法可分为令牌环访问控制和令牌总线访问控制两类30 .简述CAN总线的特点。（1）完成对通信数据的成帧处理；（2）使网络内的节点个数在理论上不受限制；（3）可 在各节点之间实现自由通信；（4）结构简单。31 . CAN总线的技术规范。CAN总线技术规范的0的是使任意两个CAN总线的执行过程达到兼容，CAN技术规范版本2. 0 包括两部分内容：1） CAN技术规范版本2. 0ACAN技术规范版本2. 0A描述的是在CAN技术规范1. 2中定义的CAN报文格式，其范围是定 义传输层和与CAN有关的外层2） CAN技术规范版本2.0B善。因而，在引入了第二种报文格式（扩展格式）后，它可以提供由29位定义的更大地 址范围，这就很好的解决了系统设计者在定义结构名称方面存在的问题，从而CAN技术规范版 本2. 0B也就相应的出现了。CAN技术规范版本2. 0B描述标准和扩展两种报文格式。在CAN技 术规范版本2. 0B中，CAN遵从OSI模型，按照0SI基准模型，CAN节点结构可以分为两层：数 据链路层和物理层。32 .简述CAN总线的传输介质种类。通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。33 . CAN总线帧的结构种类及特点。数据帧、远程帧、出错帧、超载帧。其中，数据帧将数据由发送器船只接收器；远程帧用 以请求发送具有相同标示符的数据帧；出错帧用于通知总线上的节点有错误发生；而超载 帧用于在前一帧和后续数据帧（或远程帧）之间提供附加延时。34 . CAN总线的链路层采用什么协议？如何进行仲裁？（1）采用（LLC）和媒体访问控制（MAC）两个协议（2）仲裁（Arbitration）只要总线 空闲，任何节点都可以向总线发送报文。如果有两个或两个以上的节点同时发送报文， 就会引起总线访问碰撞。通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个碰撞。仲裁的机制确 保了报文和时间均不损失。当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时，数据帧优 先于远程帧。在仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比 较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送，如果发送的是“隐性”电平而监视到的 是“显性”电平，那么这个单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。35 . CAN总线位定时的有关计算。36 . CAN报文滤波原理？37 . DEVICENET与CAN的主要区别？在物理层和数据链路层中，CAN的最高通信速率可达1Mbps, DeviceNET只用于125kbps. 250kbps和500kbps三种速率;DeviceNET只是用CAN2. 0A中的有关定义,并不支持CAN2. 0B 中的扩展报文格式；DevieceNET不适用其中的远程帧。DcvicccNET在CAN的基础上又增加了面向对象，基于连接的现代通信技术理念，并开发了 应用层，将工业现场的分散设备连接成一个开放、廉价、可靠的工业控制网络。38 .简述PR0FIBUS的协议类型和特点。（1） profibus-FMS。Profibus-FMS协议旨在解决车间级通用性通信任务，为用户提供强有 力的通信服务功能选择，实现中等传输速度的周期性和非周期性数据传输。(2)profibus-DP°Profibus-DP协议是专为现场级控制系统与分散I/O的高速通信而设计， 数据传输速率范围在9. 6kbpsT2Mbps之间，每次可传输的数据量多达244字节，采用周期性 通信方式，响应时间为亳秒级，可用于大多数工业领域。(3) profibus-PAo Profibus-PA协议是需要本质安全或总线供电的设备之间进行数据通信 的解决方案，数据传输速率是固定的，其大小为31. 25kbps,每次可传输数据的最大长度为235 字节，采用周期性和非周期性通信方式，响应时间为毫秒级，用于化工、石油、冶金、发电等 领域的过程工业自动化系统。38 .简述PROFIBUS的协议类型和特点。它由三个兼容部分组成，即 PROFIBUS-DP ( Decentralized Periphery). PROFIBUS PA (Process Automation ). PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )o 其中PROFIBUS-DP应用于现场级，它是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与 分散式I/O之间的通讯；PROFIBUS -PA适用于过程自动化，可使传感器和执行器接在一 根共用的总线上，可应用于本征安全领域；PROFIBUS-FMS用于车间级监控网络，它是 令牌结构的实时多主网络，用来完成控制器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间 的信息交换。主要使用主-从方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换。39 .简单描述PROFIBUS的协议结构和各个层次的作用。(1)PROFIBUS-DP：定义了第一.二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定 了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的 设备行为。(2) PROFIBUS-FMS：定义了第一.二.七层，应用层包括现场总线信息规范(Fieldbus Message Specification - FMS)和低层接口(Lower Layer Interface - LLI) o FMS 包括了 应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不 依赖设备的第二层访问接口。(3) PROFIBUSPA： PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现 场设备行为的PA行规。根据IEC1158 - 2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可 通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。注：第一层为物理层，第二 层为数据链路层，第三一六层末使用，第七层为应用层。40 .说明PROFIBUS物理层协议的三种数据传输标准。(1)用于 PROFIBUS-DP 和 FMS 的 RS485 传输。(2)用于 PROFIBUS-PA 的 IEC1158-2 传输。(3)用于PROFIBUSDP和FMS光纤传输41 . PROFIBUS现场总线数据链路发送帧的格式及提供的服务？(1)无数据字段的固定长度帧(2)数据长度可变的帧(3)数据长度固定的帧(4)令牌帧(5) 短应答帧42 . PROFIBUS采用何种总线存取控制机制(主-主)？简述其主要内容。profibus采用混合的总线存取控制机制来实现上述目标，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。43 .简述IEC61158-2传输技术要点，适合于什么应用场合？为什么？拓扑结构为总线型、树型和星型，传输速率为3. 25kbps,是实现总线供电44 . PROFIBUS混合系统中主主方式和主从方式的存取协议特点？45 . PROFIBUS数据库文件(GSD)作用和内容，如何得到该文件？为了将不同厂家生产的PROFIBUS产品集成在一起，厂家必须提供GSD文件(电子设备数据库 文件)，描述产品的功能参数。PROFIBUS组态工具可根据厂商提供的GSD文件将其设备集成在 同一总线系统中。标准化的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用基于GSD的组态工具可 将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中.既简单又是对用户友好的。46 .主站与从站是如何定义的，并举例说明哪些设备可以作为主站与从站。DP主站：Profibus网络上的主动节点，它周期性的与它的DP从站交换数据。DP从站：Profibus网络上的被动节点。通俗的讲，DP主站主动去DP从站这里完成数据交换，DP从站只要躺在那里不要动就可以了。 47. PROFIBUS-DP的主要特点、功能和行规。Profibus-DP只使用了 ISO/OSI参考模型的第1层和第2层。而用户层接口定义了 Profibus-DP设备可使用的应用功能以及各类型的系统和设备的行为特性。Profibus-DP协议的任务只是定义用户数据怎样通过总线从一个站传送到另一个站。在这 里，传输协议并没有对所传送的用户数据进行评价，这是DP行规的任务。Profibus-DP精确 定义了相关应用的参数和行规的使用，从而使由不同制造商生产的DP部件能容易交换使用。 DP行规如下：（1） NC/RC行规；（2）编码器行规；（3）变速驱动行规；（4）操作控制和过程监视行规；（5） 防止出错数据传输行规。48. PROFIBUS-DP第1类主站与第2类主站的特点与区别。I类主站，用于运行数据交换，如PLC或者具有主站功能的CP通讯设备，如ICP342-5等等。 II类主站，用于服务和诊断，如编程设备，触摸屏等。49. PROFIBUS-PA的主要功能和行规。Profibus-PA协议是Profibus组织为满足石油、化工、发电、输配电的工作环境和条件， 在Profibus-DP基础上制定的流程I：业自动化的Profibus标准，是Profibus-DP通信技术与 现场设备传输技术优化结合的产物。主要的特点是通过串行总线实现现场设备间通信并为现场 设备供电，可以安全的应用在流程工业的危险环境中。PA设备行规的任务是为现场设备类型选择时机需要的通信功能，并为这些设备功能和设备 行为提供所需的规范。现有的PA行规对所有通用的测量变送器和其他被选类型的设备做了具 体规定。50. 简述PROFIBUS-DP的三级诊断功能。本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高.压力过低。（模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。（通过诊断操作：一个单独输入/输出位的故障。51. PROFIBUS-DP第1类主站与从站数据传送分哪三个阶段？DPMI和DP从站之间的数据传送分三个阶段：参数设定、组态、数据交换。52. PROFIBUS控制系统由哪几部分组成？Profibus是用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线标准，主 要由三个兼容的协议类型组成，分别是Profibus-FMS、Profibus-DP和Profibus-PA,其中I'MS 为现场总线报文规范的缩写；DP是分散化外围设备的缩写；PA则代表过程自动化。53. 工业以太网要解决的问题（1）通信的确定性。以以太网采用的CSMA/CD媒体访问控制方式，其本质上是非确定性的。 平等竞争的媒体访问控制方式不能满足工业自动化领域对通信的实时性要求（2）工业以太网的环境适应性和可靠性。以太网是按办公环境设计的，将其应用于工业控 制环境，它的环境适应性受到工业自动化方面专业人士的特别关注（3）总线供电。在控制网络中，现场设备的位置分散性使得它们有通过总线提供工作电源 的要求。现有的工业以太网还没有对网络节点的供电作出专门规定。一种可能的方案是利用现 有的5类双绞线中另一对空闲线供电。