现场总线思考题思考题Word下载.docx

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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。

3）、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，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。

4）、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。

5）、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。

第二章数据通信基础习题

习题：

画出数据序列01101011的：

数据波形

时钟波形

Manchester编码波形

差分Manchester编码波形

海明码的编码规则:

发送端

根据要传输的数据单元的长度，确定冗余位的个数；

确定各冗余位在数据单元中的位置；

计算出各冗余校验位的值

排列成包含冗余校验位的数据序列，按此序列发送

接收端

按与发送方相同的方法，计算出接收数据的冗余校验位，排列成包含冗余校验位的数据序列

将按计算结果排列出的数据序列与接收到的数据序列比较，判断传输过程是否有错。

是哪一位出错，并将出错位取反，以纠正该错误。

确定纠正单比特错误所需的冗余位数

设纠正单比特错误需增加的冗余位数为r，r应满足：

2r≥m+r+1；

m为数据单元的长度

如7位的ASCII码，m为7，取r为4可满足上式；

且r为4是满足上式的最小取值

要纠正7位ASCII码中的1位错误，需要增加4个冗余位

冗余位的定位

将4个冗余位分别编号为R1,R2,R3,R4

按海明码的编码规则，这4个冗余位应分别插到数据单元的20,21,22,23位置上，即R1,R2,R3,R4将被分别插入到数据单元的D1，D2，D4，D8的位置上。

各冗余位在11位海明码中的位置

各冗余位取值的计算

海明码的每个冗余位的值都是一组数据的奇偶校验位。

冗余比特位R1,R2,R3,R4分别是4组不同数据位的奇偶校验位，

采用二进制数据来表示海明码11个数据位数

有0001；

0010；

0011；

0100；

0101；

0110；

0111；

1000；

1001；

1010，1011这11种情况

对这11种情况中位数最低位为1的位置进行偶校验，即对0001；

1001，1011这6个数据位做偶校验，得到的偶校验码为R1的值

即R1为对从低位数起的第1、3、5、7、9、11这6位作偶校验而得到的校验位。

对这11种情况中位数的次低位为1、即倒数第2位为1的位进行偶校验，

即对0010；

01010；

1011（第2、3、6、7、10、11）这6个数据位做偶校验，得到的偶校验校验位的值为R2的值

依此类推

对这11种情况中倒数第3位为1（0100；

0111）的位置，即第4、5、6、7这4位做偶校验，得到的偶校验码为R3的值

R4是对倒数第4位为1的位置，即第8、9、10、11（1000；

1010；

1011）这4位作偶校验得到的校验位的值

示例2：

上例中形成的10011100101海明码如经传输出现1位错误，如何检测与纠正？

如第7位出错，由原本的1变为0，使接收方收到数据为：

10010100101

接收方如何从数据10010100101中发现有错？

错在哪一位？

纠错

接收方收到数据后，采用与发送方相同的方法计算出偶校验位的值；

对第1、3、5、7、9、11这6位作偶校验，得到的校验位R1是1；

对第2、3、6、7、10、11这6位作偶校验，得到的校验位R2是1；

对第4、5、6、7这4位作偶校验而得到的校验位R3是1；

对第8、9、10、11这4位作偶校验得到的校验位R4是0。

由相应位偶校验得到的校验位排列成R4R3R2R1,其二进制数为0111

这一结果表明通信传输出现了错误

出错位位于第7位

将接收数据的第7位求反，由0改变为1，便纠正了传输过程中出现的错误

如果该海明码传输过程正确，没有出错，其偶校验位R1、R2、R3、R4为多少？

第三章控制网络基础思考题

1、简述控制网络的主要特点？

1.控制网络的节点

除了普通PC或其他种类的计算机、工作站可以作为控制网络的节点外，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

a、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。

b、控制网络的工作环境

控制网络要面临工业生产的强电磁干扰，面临各种机械震动，面临严寒酷暑的野外工作环境，要求控制网络能适应这种恶劣的工作环境。

控制网络肩负的特殊任务和工作环境，使其具有许多不同于计算机网络的特点：

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。

c、控制网络的实时性要求

控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足对控制的实时性要求。

实时控制对某些变量的数据往往要求准确定时刷新，控制作用必须在一定时限内完成，或者相关的控制动作一定要按事先规定的先后顺序完成，这种对动作时间有严格要求的系统称为实时系统。

2、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？

3、CSMA/CD的发送数据工作过程？

CSMA/CD发送数据流程

（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。

CSMA/CD接收数据流程

网络上每个节点都监听媒体，若有信号传输，则收集信息并组成帧；

然后，节点分析和判断帧中的接收地址；

如果接收地址是本地地址，复制接收该帧；

否则，丢弃该帧。

4、令牌环发送和接收数据的过程是什么？

1）、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。

2）、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。

3）、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

4）、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。

5、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：

1.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；

2.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。

令牌总线中令牌重复的处理：

令牌重复的处理由获得令牌的节点进行处理；

当获得令牌的节点感知媒体上有信号传输，表示有其他节点也掌握令牌，该节点简单的丢弃令牌，回到接收状态；

有时，减少令牌的结果会导致令牌的丢失，于是进入令牌丢失处理过程。

6、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？

HART通信模型：

由三层组成：

物理层、数据链路层、应用层。

7、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。

1.一致性测试目的：

检测实现协议的实体或系统与协议规范的符合程度。

2.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。

8、一致性测试内容

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——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。

9、一个实体通过了一致性测试，并不意味可以通过互操作性测试；

通过互操作性测试，不一定可以通过一致性测试。

第四章CAN通信控制器思考题

1.请写出CAN的中文全称。

CAN（ControllerAreaNetwork）控制器局域网

2.CAN是哪个世纪哪个年代由德国Bosch公司推出的，CAN已成为哪两个国际标准？

20世纪80年代由德国Bosch公司推出，现已被列入ISO国际标准ISO11898

3.CAN的10个技术特点中哪个技术特点是它最突出的技术特点？

CAN网络上的节点不分主从，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，通信方式灵活。

4.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哪两层？

逻辑链路控制子层LLC和媒体访问控制子层MAC

5.请列出CAN数据帧的7个位场。

帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束

6.CAN总线的数据帧中数据长度码和数据字节数的关系。

7.CAN总线的最大长度是多少？

10km

8.CAN总线的最大通信距离是多少？

9.CAN数据帧中的RTR位为显性还是隐性？

CAN远程帧中的RTR位为显性还是隐性？

RTR位在数据帧中必须是显位，而在远程帧中必须为隐位。

10.CAN包括哪4种类型的帧？

数据帧、远程帧、出错帧、超载帧。

11.CAN的正常位时间由同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2这4个时间段组成，那么其采样点处于哪个段的结束？

12.ISO11898是如何规定CAN总线典型电平的？

CAN总线电平是如何定义的？

隐性状态

（1）：

2.52.5，总线差分电平0V

显性状态（0）：

3.51.5总线差分电平2V

此处要画波形标显隐！

！

13.CAN总线中，通过报文标示符ID确定报文的优先级，若4个标准格式数据帧的报文标示符ID分别为11001100001、11001101001、11001000001和11001000010，那么它们争用总线时，哪个报文获得总线的访问权？

14.CAN总线标准格式数据帧的最小位数为多少，最大位数又为多少？

15.设CAN总线的通信速率为500kbps（1位时间为2us），对于2字节标准格式的数据帧（位数为60位），若其帧间空间为3位，请计算其最小CAN中断时间？

16.独立CAN控制器SJA1000的最大时钟频率为多少？

24MHz

17.若CAN总线定时寄存器0（BTR0）的值为“11000011”，请计算CAN总线的系统时钟周期tscl（计算方法见书84页）？

tscl=2tclk（32BRP.5+16BRP.4+8BRP.3+4BRP.2+2BRP.1+1）=2tclk*（0+0+0+0+2+1）=6tclk

18.CAN总线定时寄存器1（BTR1）的BIT5位即SAM位为“1”时，总线被采样1次还是3次？

SAM位为1时总线采样3次，为0时总线采样1次。

19.PCA82C250是CAN控制器还是CAN控制器接口芯片？

接口芯片。

21、CAN现场总线的发送器和接收器均使用SJA1000，采用CAN2.0A规范，发送器发送的4个报文的ID分别为：

（1）11001100001；

（2）11001101001；

（3）11001000001；

（4）11001001001。

欲使接收器只接收报文

（1）、（3），应如何设置接收器SJA1000的ACR和AMR？

报文ID为1100，1X00，001时接收

ACR=1100,1000

AMR=0000,0100

22、CAN节点使用SJA1000，振荡器频率为16MHz，若使波特率为1Mbps，如何设置SJA1000的BTR0和BTR1？

BTR0各位为：

SJW.1/ 

SJW.0/BRP.5/BRP.4/BRP.3/BRP.2/BRP.1/BRP.0 

BTR1各位为：

SAM/TSEG2.2/TSEG2.1/TSEG2.0/TSEG1.3/TSEG1.2/TSEG1.1/TSEG1.0 

因tCLK=1/fXTAL=1/16M=62.5纳秒，则CAN系统时钟tscl 

=2 

tCLK 

BRP=125BRP纳秒。

若使波特率为1Mbps，则每一位的位时间T须为1微秒（即1000纳秒），令其含有p（8-25的整数）个CAN系统时钟，则应使125*p*BRP=1000，故波特率预引比例因子BRP=1，p=8。

因BRP=32BRP.5+16BRP.4+8BRP.3+4BRP.2+2BRP.1+BRP.0+1， 

故BRP.5-BRP.0各位皆应为0。

可取同步跳转宽度（不应超过下文的pTSEG1或pTSEG2）SJW为1，则SJW.1-SJW.0各位皆应为0。

故解得BTR0=0x00。

因波特率为1Mbps，属高速总线，所以应采用1次采样，SAM取值0。

因每一位时间T=tSYNCSEG+tTSEG1+tTSEG2，

所以有：

p=pSYNCSEG+pTSEG1+pTSEG2

8=1+ 

pTSEG1+pTSEG2 

可令pTSEG1=5，pTSEG2=2 

则TSEG2.2=0、TSEG2.1=0、TSEG2.0=1 

TSEG1.3=0、TSEG1.2=1、TSEG1.1=0、TSEG1.0=0 

故解得BTR1=0x14。

所以BTR0=0x00、BTR1=0x14为本题的一组解。

（另外，本题还可有其它解，BTR0、BTR1可分别为0x00、0x23；

0x40、0x14；

0x40、0x23；

0x80、0x23。

）

23、一个设备，需以250微秒为周期，每次发送8个字节的I/O数据到DeviceNet总线上，请为其选择合理的总线通信速率。

若使用SJA1000独立CAN控制器，晶振频率为16MHz，请设计出BTR0和BTR1的值。

根据题意，若满足要求，DeviceNet总线通信速率应不小于444kbps（即111x1000000÷

250），因为DeviceNet只使用125kbps、250 

kbps、500 

kbps三种通信速率，故只有选择500kbps，才能满足要求。

SAM/TSEG2.2/TSEG2.1/TSEG2.0/TSEG1.3/TSEG1.2/TSEG1.1/TSEG1.0

因tCLK=1/fXTAL=1/16M=62.5纳秒，

则CAN系统时钟tscl 

若使波特率为500kbps，则每一位的位时间T须为2微秒（即2000纳秒），令其含有p（8-25的整数）个CAN系统时钟，则应使125*p*BRP=2000，故波特率预引比例因子BRP=1，p=16。

因BRP=32BRP.5+16BRP.4+8BRP.3+4BRP.2+2BRP.1+BRP.0+1

因波特率为500kbps，属高速总线，所以应采用1次采样，SAM取值0。

所以：

16=1+ 

可令pTSEG1=13，pTSEG2=2 

TSEG1.3=1、TSEG1.2=1、TSEG1.1=0、TSEG1.0=0

故解得BTR1=0x1C。

所以BTR0=0x00、BTR1=0x1C为本题的一组解。

24、使用晶振频率为16MHz的独立CAN控制器SJA1000，若BTR0=01Hex，BTR1=1CHex，则由其所决定的位速率是多少？

24、系统中SJA1000的外接晶振16M，BTRO=00H，BTR1=14H，计算系统时钟周期和波特率？

25、在CAN总线中，已知总线定时寄存器0的控制字为53H和总线定时寄存器1的控制字为2FH，采用16M晶振，试计算

（1）同步调转宽度tsjw；

（2）时间段1 

TSEG1，时间段2 

TSEG2 

（3）总线的波特率。

第五章基金会现场总线思考题

1、FF的通信栈是指什么？

FF总线的参考模型中的数据链路层和应用层统称为通信栈。

2、FF模型中系统管理内核的任务和组成？

任务：

负责与网络系统相关的管理。

组成：

占据应用层和用户层的部分位置。

1）系统管理内核协议（SMKP）：

与远程SMK通信的协议;

2）对象字典（OD）：

用于说明总线上传输的数据格式和意义的对象描述的集合；

3）系统管理信息库（SMIB）：

存放用于控制系统管理操作的各种信息,这些信息都被组织成对象；

4）系统管理内核程序。

3、FF层发送数据的过程

例：

当A设备的用户层有数据要发送到B设备的用户层时：

A的用户层将原始数据送到其相邻的下一层——应用层。

应用层根据应用层协议将这些数据加以处理，将一个标题（或称控制信息）添加在数据上，这是第一次数据封装。

原始数据加上应用层的标题作为一个单元又传送到下一层——数据链路层。

在数据链路层进行第二次封装，同时加上标题和标尾。

标尾包括用于差错检测的帧检验序列。

数据链路层构成的数据单元称为数据帧，数据帧被物理层添加同步、起始界和终止界标志进行编码形成一比特流，经物理传输介质发送到目的设备。

目的设备接到这些数据时，进行相反的处理过程，即“解封”。

当每一层数据向上一层传送时，都将其最外面的标题剥去，并根据标题中包含的该协议信息进行处理，将其余部分传递给相邻的上一层。

这种处理过程一直持续到用户层，最终到达用户层的就是发送设备要发的原始数据。

4、FF中的VCR代表什么含义？

它位于协议中的哪一层？

它有哪几种类型？

对应每种类型，给出一个应用举例。

1）VCR是现场总线网络中各个应用进程之间的逻辑通信通道；

2）它位于协议中的应用层；

3）类型：

客户/服务器型，应用：

设定给定值；

改变模式；

调整控制参数；

上载/下载；

报警管理；

访问显示画面；

远程诊断。

报告分发型，应用：

向操作台通告报警状态；

报告历史数据趋势。

发布/预定接收型，应用：

向PID控制功能块和操作台发送检测值。

5、FF的H1标准最远通信距离是多少？

每个通信段在不使用中继器和使用中继器的情况下最多可挂接多少台设备？

解1900m，不使适用中继器可挂32个，使用中继器最多可挂156个。

6、按FF总线标准IEC1158安装时，为了避免电缆风险集中应采取哪些措施？

1）可以使用双根电缆冗余来减少开路风险;

2）在各个支路上串联一定电阻以防止短路风险。

7、FF中的LAS含义是什么？

它完成什么功能？

LAS是总线段的调度中心,具有总线上所有设备的清单和链路活动调度表，控制通信介质上数据传输活动,任何时刻每个总线段上都只有一个LAS处于工作状态。

LAS链路活动调度器掌管受控调度通信与非调度通信。

LAS具有以下五种基本功能：

1）向设备发送强制数据CD;

2）向设备发送传递令牌PT;

3）为新入网的设备探测未被采用过的地址。

当为新设备找好地址后，把它们加入到活动表中;

4）定期对总线段发布数据链路时间和调度时间;

5）监视设备对传递令牌的响应。

令牌规定了可用的最大时限,过期被LAS收回。

8、工业现场通信数据一般可分为哪两种类型？

试举例说明。

FF协议针对这两种类型的通信数据分别采用了什么总线通信调度方式？

1）周期性产生、周期性通信的数据：

此类数据通信是由某些周期性执行的监控过程以某种固