现场总线习题答案.docx
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现场总线习题答案
现场总线习题答案
张磊
第一章现场总线技术概述
1.自动操纵系统的进展经历了哪几个时期?
大致经历了四个进展时期,具体如下:
20世纪50年代以前是模拟仪表操纵系统;直接数字操纵系统;70年代中期显现集散操纵系统;90年代后期现场总线操纵系统。
操纵系统的结构包括哪几部份?
包括三部份:
分散进程操纵装置部份,操作治理装置部份,通信系统部份
3.现场总线的大体概念?
现场总线(Fieldbus):
是用于进程自动化或制造自动化中的,实现智能化现场设备(例如,变送器、执行器、操纵器)与高层设备(例如主机、网关、人机接口设备)之间互联的,全数字、串行、双向的通信系统。
5.现场总线操纵系统的技术特点。
1.开放性;2.全数字化;3.双向通信;4.互可操作性与互用性;5.现场设备的智能化与功能自治性
6.系统结构的高度分散性 7.对现场环境的适应性
6.FCS相关于DCS具有哪些优越性?
1.FCS实现全数字化通信 2.FCS实现完全的全分散式操纵 3.FCS实现不同厂商产品互联、互操作 4.FCS增强系统的靠得住性、可保护性 5.FCS降低系统工程本钱
7.分析现场总线的现状,展望其进展前景。
第二章数据通信基础与网络互联
1.何谓现场总线的主设备、从设备?
可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”,又称命令者。
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(busslaver),也称大体设备。
2.总线操作进程的内容是什么?
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),或叫做一次总线操作。
3.寻址方式有几种?
物理寻址 逻辑寻址 广播寻址
4.通信系统由哪几部份组成?
各自具有什么功能?
通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。
它一样由信息源和信息接收者,发送、接收设备,传输媒介几部份组成。
信息源和接收者是信息的产生者和利用者
发送设备的大体功能是将信息源和传输媒介匹配起来,即将信息源产生的消息信号通过编码,并变换为便于传送的信号形式,送往传输媒介。
传输介质指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。
它能够是无线的,也能够是有线的(包括光纤)。
有线和无线均有多种传输媒介,如电磁波、红外线为无线传输介质,各类电缆、光缆、双绞线等为有线传输介质。
接收设备的大体功能是完成发送设备的反变换,即进行解调、译码、解密等。
它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来,关于多路复用信号,还包括解除多路复用,实现正确分路。
5.通信方式依照信息的传输方向分为哪几种?
单工(simplex)方式;半双工(Halfduplex)方式;全双工(Fullduplex)方式
6.通信的传输模式分为哪几种?
基带传输 载波(带)传输 宽带传输 异步转移模式ATM
7.在载带传输中有哪几种经常使用的数据表示方式?
调幅方式、调频方式、调幅方式
8.在数据通信系统中,通常采纳哪几种数据互换方式?
线路互换方式 报文互换方式 报文分组互换方式
9.比较通信系统中的几种拓扑结构。
星型结构:
在星形拓扑中,每一个站通过点-点连接到中央节点,任何两站之间通信都通过中
央节点进行。
中央节点的结构显得比较复杂,对其要求较高。
环型结构:
通过中继器进行点-点连接,组成一个封锁的环路。
中继器接收前驱站发来的数据,发往后继站。
链路是单向的,工作站需有较复杂的网路处置功能。
总线型结构:
在总线拓扑中,传输介质是一条总线,工作站通过相应硬件接口接至总线上。
一个站发送数据,所有其它站都能接收。
10.介质访问操纵方式要紧有哪两种?
说明各自的含义。
CD(载波监听多路访问/冲突检测)。
载波监听CSMA的操纵方案是先听再讲。
一个站要发送,第一需监听总线,以决定介质上是不是存在其他站的发送信号。
若是介质是空闲的,那么能够发送。
若是介质是忙的,那么等待必然距离后重试。
2.令牌访问操纵方式。
令牌方式是一种按必然顺序在各站点传递令牌(Token)的方式。
谁取得令牌,谁才有发报权。
11.什么样的现场设备能够作为现场操纵网络节点?
举出几个例子。
具有计算与通信能力的测量操纵设备能够作为现场操纵网络节点。
例如限位开关、感应开关等各类开关;条形码阅读器;光电传感器;温度、压力、流量、物位等各类传感器、变送器;可编程逻辑操纵器PLC;PID等数字操纵器;各类数据搜集装置等。
12.现场操纵网络完成哪些通信任务?
1.将现场运行的各类信息(现场设备的运行参数、状态和故障信息等)传送到远离现场的操纵室;
2.又将各类操纵、保护、组态命令等送往位于现场的测量操纵现场设备中;
3.现场级操纵设备之间数据联系与沟通;
4.还要在与操作终端、上层治理网络的数据连接和信息共享中发挥作用。
13.ISO/OSI参考模型为哪7层?
各层的要紧功能是什么?
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、表示层和应用层。
物理层(physicallayer)主若是处置机械的、电气的和进程的接口,和物理层下的物理传输介质等问题。
数据链路层(datalinklayer)的要紧任务是增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(networklayer)关系到子网的运行操纵,其中一个关键问题是确信分组从源端到目的端如何选择路由。
传输层(transportlayer)的大体功能是从会话层接收数据,而且在必要时把它分成较小的单元,传递给网络层,并确保抵达对方的各段信息正确无误。
会话层(Sessionlayer)许诺不同机械上的用户成立会话(session)关系。
表示层(presentationlayer)完成某些特定功能,例如用一种大伙儿一致同意的标准方式对数据编码。
应用层(applicationlayer)包括大量人们普遍需要的协议。
14.经常使用的网络互联设备有哪些?
各自对应OSI参考模型的哪一层?
1.物理层利用中继器(Repeater),通过复制位信号延伸网段长度
2.数据链路层利用网桥(bridge),在局域网之间存储或转发数据帧
3.网络层利用路由器(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,利用网关(gateway)进行协议转换,提供更高层次的接口
第三章PROFIBUS总线
1、PROFIBUS由哪三个兼容部份组成?
各自应用的行业有哪些?
2、PROFIBUS-PA、DP、FMS通信模型包括哪几层?
PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层(物理层)和第2层(数据链路层),其中FMS还采纳了第7层(应用层),另外增加了用户层。
6、PROFIBUS的总线存取操纵机制是什么?
主站之间采纳令牌总线机制,主站与从站之间采纳主从机制。
7、PROFIBUS-DP的要紧功能是什么?
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)壮大的诊断功能,三级诊断信息;
5)输人或输出的同步;
6)通过总线给DP从站给予地址;
7)通过总线对DP主站(DPM1)进行配置;
8)每一个DP从站最大为246字节的输人和输出数据。
8、PROFIBUS操纵系统有哪几部份组成?
(5、一类主站、二类主站包括哪些设备?
)
1.一类主站
一类主站指PLC、PC或可做一类主站的操纵器。
一类主站完成总线通信与治理。
2.二类主站
二类主站指操作员工作站(如PC机加图形监控软件)、编程器、操作员接口等。
完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。
3.从站
(1)分散式I/O
(2)PLC(3)驱动器、传感器、执行机构等现场设备
9、简述RS-485传输技术的大体特点。
网络拓扑:
线性总线,两头有有源的总线终端电阻;
传输速度:
s—12Mbit/s;
介质:
屏蔽双绞电缆,也可取消屏蔽,取决于环境条件(EMC);
站点数:
每段32站(无中继),127站(有中继);
插头连接:
9针D型插头
第五章监控组态软件的功能和利用
1.组态及组态软件的概念
利用软件工具对运算机及软件的各类资源进行配置,达到使运算机或软件依照预先设置,自动执行待定任务,知足利用者要求的目的。
开发商事前开发好一套具有必然通用性的软件开发平台,生产假设干种规格的硬件模块(如I/O
模块、通信模块、操纵模块),然后,再依照用户的要求在软件平台上进行二次开发和硬件模块的连接。
这种软件的二次开发工作就称为“组态”,相应的软件开发平台就称为“监控组态软件”,简称“组态软件”。
2.监控组态软件要紧解决哪些问题?
(1)如何与搜集、操纵设备间进行数据互换;
(2)使来自设备的数据与运算机图形画面上的各元素关联起来;
(3)处置数据报警及系统报警;
(4)存储历史数据并支持历史数据的查询;
(5)各类报表的生成和打印输出;
(6)为利用者提供灵活、多变的组态工具,能够适应不同应用领域的需求;
(7)最终生成的应用系统运行稳固靠得住;
(8)具有与第三方程序的接口,方便数据共享。
第六章基金会现场总线(FF)
1.FF总线特点。
能够工作在生产现场,并能适应本质平安防爆的要求,还能够通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。
传输速度的典型值为s。
2.基金会现场总线通信模型只具有ISO/OSI参考模型中的哪几层?
它们各自的作用是什么?
基金会现场总线的参考模型只具有了ISO/OSI参考模型七层中的三层,即物理层、数据链路层和应用层,并在原有ISO/OSI参考模型第七层应用层之上增加了用户层。
物理层规定了信号如何发送;数据链路层规定如安在设备间共享网络和调度通信;应用层那么规定了在设备间互换数据、命令、事件信息和请求应答中的信息格式。
用户层那么用于组成用户所需要的应用程序,如规定标准的功能块、设备描述,实现网络治理、系统治理等。
3.何谓FF现场总线的通信栈?
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。
4.依照各部份在物理设备中要完成的功能可分为三大部份:
通信实体、系统治理内核、功能块应用进程。
5.物理层被分为哪两层?
媒体相关子层和媒体无关子层。
6.FF总线的信号由哪几种信号编码组成?
协议报文编码、前导码、帧前定界码、帧终止码。
7.FF总线通信设备类型依照各自的通信能力分为哪三类?
链路主设备、大体设备和网桥
8.FF总线的通信活动归结起来有哪两类?
受调度通信:
由链路活动调度器按预定的时刻表周期性依次发起的通信活动。
(这种受调度通信一样用于在设备间周期性地传送操纵数据。
如在现场变送器与执行器之间传送测量或操纵器输出信号。
)
和非调度通信:
在预定调度时刻表之外的时刻,通过取得令牌的机遇发送信息的通信方式。
9.FF现场仪表的功能模块包括?
资源块、功能块、转换块。
第九章CAN总线
总线最初是有BOSCH公司设计的。
2.CAN总线的要紧特点?
1.多主方式工作。
网络上任一节点都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。
2.网络上的节点信息分成不同的优先级,可知足不同的实时要求。
3.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动身送,而最高优先级的节点可不受阻碍地继续传输数据,从而大大节省了总线冲突仲裁时刻。
4.采纳报文滤波。
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”。
5.节点数要紧取决于总线驱动电路,可达110个。
6.采纳短帧结构,传输时刻短,受干扰概率低,具有极好的检错成效。
7.每帧信息都有CRC校验及其他检错方法,保证了数据犯错率极低。
3.CAN的通信模型只采纳了ISO/OSI模型中的物理层和数据链路层。
总线具有两种逻辑状态:
隐形和显性。
的最大传输速度:
1Mbit/s;最远传输距离:
10KM。
6.数据链路层包括:
逻辑链路操纵子层(LLC)和媒体访问操纵子层(MAC)
7.报文传送由哪4种不同类型的帧表示和操纵?
数据帧携带数据由发送器至接收器;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;犯错帧由检测出总线错误的任何单元发送;超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。
试探题
1、现场总线的概念。
现场总线是指安装在制造或进程区域的现场装置与操纵室内的自动操纵装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线
2、现场总线系统的组成。
硬件:
总线电缆,又称为通信线、通信介质(媒体/媒介/介体)。
连接在通信线上的设备称为总线设备,亦称为总线装置、节点(主节点、从节点)、站点(主站、从站)。
软件包括:
系统平台软件:
为系统构建、运行和为系统应用软件编程而提供环境、条件或工具的基础软件。
包括组态工具软件、组态通信软件、监控组态软件和设备编程软件。
系统应用软件:
为实现系统和设备的各类功能而编写的软件,包括系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件。
组态工具软件——为用运算机进行设备配置、网络组态提供平台并按现场总线协议/标准与
组态通信软件互换信息的工具软件,如RSNetWorxforDeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP。
组态通信软件——为运算机与总线设备进行通信,读取总线设备参数或将总线设备配置、网络组态信息传送至总线设备而利用的软件,如RSLinx
监控组态软件——运行于监控运算机(通常也称为上位机)上的软件,具有实时显示现场设备运行状态参数、故障报警信息,并进行数据记录、趋势图分析及报表打印等功能。
监控组态软件可利用户通过简单形象的组态工作即可实现系统的监控功能。
监控组态软件亦称上位机监控组态软件,如RSView32。
设备编程软件——为系统应用软件提供编程环境的平台软件。
当设备为操纵器/PLC时,设备编程软件即为操纵器编程软件,如RSLogix500(用于SLC500系列和ML系列操纵器的32位基于Windows的梯形图逻辑编程软件)、RSLogix5000(用于Logix平台所包括的各类操纵器(如ControlLogixTM)的编程软件)。
系统用户程序软件——依照系统的工艺流程或功能及其他要求而编写的系统级的用户应用程序。
该程序一样运行于作为主站的操纵器中或运算机中。
设备接口通信软件——依照现场总线协议/标准而编写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件。
设备功能软件——使总线设备实现自身功能(不包括现场总线通信部份)的软件。
3、请列举4类现场总线设备。
基金会现场总线、LonWorks、Profibus、CAN、HART、RS-485
4、请给显现场总线的技术特点。
现场通信网络 数字通信网络 开放互连网络 现场设备互连网络 结构与功能高度分散的系统 互操作性与互换性网络
5、请给出5个现场总线的优势。
全数字性、精度高、抗干扰性强、内嵌操纵功能、高速通信、多变量测量、多变量传送、系统综合本钱低、真正的可互操作性、真正的分散操纵、组态操作一致、具有壮大的故障诊断功能、采纳预测保护技术。
6、请列举现场总线的一些应用领域。
楼宇自动化、家庭自动化、智能通信产品、汽车工业、继电爱惜和电力监控、物流制药、包装、石油化工、钢铁冶金、机械人等
7、请用图解的形式刻画通信系统的组成,和各部份的作用
组成见右图
见第二章第4题第一页
8、请列写几种数据编码波形,并画出其典型波形图
9、数据通信系统有几种传输模式,每种模式各自的特点
基带传输:
基带传输是指在大体不改变数据信号频率的情形下,在数字通信中直接传送数据的基带信号,即按数据波的原样进行传输,不采纳任何调制方法。
它是目前普遍应用的最大体的数据传输方式。
局域网、操纵局域网
特点:
不用调制解调器 系统价钱低廉 较高的数据传输速度(一样为1Mb/s~10Mb/s) 传输距离一样不超过25km 半双工方式或单工方式
载波(带)传输:
在载波传输中,发送设备第一要产生某个频率的信号作为基波来承载信息信号,那个基波就称为载波信号,基波频率就称为载波频率。
载波传输是先用数字信号对载波进行调制,然后进行传输的传输模式。
最大体的调制方式有幅值键控(ASK),频移键控(FSK)和相移键控(PSK)3种,载波传输按这3种不同方式改变载波信号的幅值、频率、相位,形成调制信号后发送。
宽带传输:
由于基带网不适于传输语言、图像等信息,随着多媒体技术的进展,运算机网络传输数据、文字、语音、图像等多种信号的任务愈来愈重,因此提出了宽带传输的要求。
宽带传输与基带传输的要紧区别:
一是数据传输速度不同,基带网的数据传输速度范围为0~l0Mb/s,宽带网可达Gb/s;二是宽带网可划分为多条基带信道,能提供良好的通信途径。
一样宽带局域网可与有线电视系总共建,以节省投资。
10、当前操纵网络所采纳的几种网络结构,并写出其中三种结构的优缺点
局域网:
(1ocalareanetwork),简称LAN,是处于同一建筑、同一大学或方圆几千米远地域内的专用网络。
局域网常被用于连接公司办公室或工厂里的个人运算机和工作站,以便共享资源(如打印机)和互换信息。
LAN
的覆盖范围比较小,这意味着即便是在最坏情形下其传输时刻也是有限的,而且能够预先明白传输时刻。
明白了传输的最大时刻,就能够够利用某些设计方式,而在其它情形下是不能如此做的。
这一样也简化了网络的治理。
以太网(Ethernet)是一种基于总线的广播式网络
城域网:
(metropolitanareanetwork),简称MAN,大体上是一种大型的LAN,通常利用与LAN相似的技术。
它可能覆盖一组临近的公司办公室和一个城市,支持数据和声音,不包括互换单元。
MAN有一个散布式队列双总线DQDB(distributedqueuedualbus)标准。
广域网:
(wideareanetwork),称为WAN,是一种跨越大的地域的网络,通常包括一个国家或州。
运行用户应用程序的主机(host)通过通信子网(communicationsubnet,或简称子网)连接。
无线网:
所谓无线网络,既包括许诺用户成立远距离无线连接的全世界语音和数据网络,也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术,与有线网络的用途十分类似,最大的不同在于传输媒介的不同,利用无线电技术取代网线,能够和有线网络互为备份
互联网:
互联网互联的网络集合就称为互联网(internetwork或internet)。
常见的互联网是通过WAN连接起来的LAN集合。
“互联网(intemet)”只代表一样的网络互联意思。
而Internet(大写的I译为“因特网”)是指特定的世界范围的互联网,它被普遍地用于连接大学、政府机关、公司和个人用户。
11、请列写几种传输介质,并详细刻画其物理特性
双绞线:
由按规那么螺旋结构排列的两根或四根绝缘线组成。
一对线能够作为一条通信线路,各个线对螺旋排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小。
同轴电缆:
由内导体(电缆铜芯)、绝缘层、外导体(铜网)及外部爱惜层(外绝缘层)组成。
同轴介质的特性参数由内、外导体及绝缘层的电参数和机械尺寸决定。
光纤:
是一种直径为50~100μm的柔软、能传导光波的介质,各类玻璃和塑料能够用来制造光纤,其顶用超高纯度石英玻璃纤维制作的光纤能够取得最低的传输损耗。
在折射率较高的单根光纤外面用折射率较低的包层包裹起来,就能够够组成一条光纤通道,多条光纤组成一束就组成光纤电缆。