工业控制网络
哈尔滨工业大学远程教育学院 2011年秋季学期
工业控制网络试题纸（开卷，时间：90分钟）
（所有答案必须写在答题纸上）
一、名词解释（共8分，每题1分）
1、DCS 答：集散控制系统/分散控制系统/分布式控制系统
2、CAN 答：控制器局域网。
3、CSMA/CD 答：载波监听多路访问/冲突检测。
4、PDU 答：PDU：协议数据单元。
5、半双工通信答：信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。
6、ODV A 答：开放式设备网供货商协会；
7、UCMM 答：未连接报文管理器；
8、MAC 答：介质访问控制
二、填空题（共22分，每空0.5分）
1、安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信通信的数据总线称为现场总线。
2、现场总线控制系统软件包括：组态工具软件、组态通信软件、监控组态软件、设备编程软件、系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件
1、现场总线（系统）硬件包括（通信线）和（连接在通信线上的设备），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）系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件。等。
3、进入“工业控制系统用现场总线”国际标准IEC61158（第4版）20种现场总线中的4种类型：、、、。答：IEC/TS61158、CIP、PROFIBUS、P-NET 、FF HSE、SwiftNet、WorldFIP、INTERBUS、FF H1、PROFINET、TCnet、EtherCAT、Ethernet Powerlink、EPA、MODBUS-RTPS、SERCOS-Ⅰ,Ⅱ、VNET/IP 、CC-Link、SERCOS-Ⅲ、HART二十种现场总线中写出5种即可。
给出进入国际标准IEC62026中的2种现场总线类型：（AS-i）、（DeviceNet）。
4、PROFIBUS由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS三部分组成。
6、模拟数据编码的三种编码方法为幅度键控ASK、频移键控FSK 和相移键控PSK。
3、TCP/IP参考模型的4层分别是：主机至网络层、互联网层、传输层和应用层
2、CAN远程帧由6个不同的位场组成，按由先到后发到总线上的顺序，分别是：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。
5、在CAN总线中存在5种不同的错误类型，即位错误、填充错误、CRC错误、形式错误和应答错误。
7、DeviceNet现场总线支持位选通、轮询、状态改变、周期4种I/O数据触发方式。
8、DeviceNet主站是为过程控制器采集和分配I/O数据的设备。DeviceNet对象用于提供到DeviceNet上的一个物理连接的配置及状态。DeviceNet现场总线网络上节点数最多可达64个，支持125bps、250bps、500 bps三种波特率，总线长度可达500米。
9、ControlNet现场总线中，最大网络速度为5Mbps，网络刷新时间为2--100ms，物理介质为RG6同轴电缆、光纤。
10、服务原语的4种类型为：请求、指示、响应、证实原语。
4、无证实服务包括请求和指示2个原语。
3、国际标准IEC61158对现场总线的定义是：安装在制造或（过程）区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的（数字式）、（串行）、（多点）通信的数据总线称为现场总线。
4、请给出两种不同类型的介质访问控制方式：（载波监听多路访问/冲突检测）和（令牌访问控制方式）。
6、标准格式的CAN数据帧最短为（44）位，不计填充位最长为（108）位，总线长度最长可达（10 ）km，报文标识符可达（2032，）个，采用（非破坏性逐位仲裁）机制来解决总线访问冲突。
7、CAN的超载帧包括两个位场：（超载标志）和（超载界定符）。
8、DeviceNet现场总线由美国（Rockwell）公司推出，国际组织（ODV A）负责组织和管理。
三、单选题（共10分，每小题1分）
1、下面哪个现场总线国际标准是关于低压开关设备和控制设备的：答：（B）
A. IEC61158
B. IEC62026
C. ISO11898
D. IEC60068
2、下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？答：（A ）
A. Lonworks
B. HART
C. CC-Link
D. Sensoplex2
3、在CAN总线中，当错误计数值大于多少时，说明总线被严重干扰？答：（A）
A. 96
B. 127
C. 128
D. 255
4、双绞线按规则螺旋结构排列的目的是（B ）
A. 使各线对之间易于区别
B. 使各线对之间的电磁干扰最小
C. 使各线对的韧性更强
D. 以上皆不是
5、ISO11898对CAN总线典型电平规定如下：答：（B ）
A. 显性：VCAN–H＝VCAN–L＝2.5V，Vdiff =0V；
隐性：VCAN–H＝3.5V，VCAN–L=1.5V，Vdiff =2V。
B. 隐性：VCAN–H＝VCAN–L＝2.5V，Vdiff =0V；
显性：VCAN–H＝3.5V，VCAN–L=1.5V，Vdiff =2V。
C. 显性：VCAN–H＝1.75V，VCAN–L=3.25V，Vdiff =-1.5V；
隐性：VCAN–H＝4V，VCAN–L＝1V，Vdiff =3V。
D. 隐性：VCAN–H＝1.75V，VCAN–L=3.25V，Vdiff =-1.5V；
显性：VCAN–H＝4V，VCAN–L＝1V，Vdiff =3V。
6、CAN总线中，若具有下列报文ID的4个标准格式数据帧争用总线，胜出的是：答：（C ）
A. 11001100001
B. 11001101001
C. 11001000001
D. 11001000010
11、CAN总线中，若具有下列报文ID的4个标准格式数据帧争用总线，胜出的是B最小值
A. 11011000010
B. 1101
C.1101
D. 11011100010
7、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（参见附页）：答：（C）
A. 1Mbps
B. 500kbps
C. 250kbps
D. 125kbps
8、在DeviceNet现场总线中，优先级最高的报文组是答：（A ）
A. 组1报文
B. 组2报文
C. 组3报文
D. 组4报文
9、在DeviceNet中，报文组被分为几组？答：（C）
A. 2
B. 3
C. 4
D. 以上都不是
10、在DeviceNet现场总线I/O连接中，使用分段协议取决于下面哪种情况？答：（D）
A. 须发送的数据超过7字节
B. 须发送的数据超过8字节
C. 生产_连接_长度属性值超过7
D. 生产_连接_长度属性值超过8
10、DeviceNet位选通命令和响应报文可在一个主站与它的从站间快速传送的I/O数据是
A. 少量的
B. 大量的
C. 随机的
D. 以上都不是答：（A ）
11、ControlNet使用的MAC机制为答：（D ）
A. CSMA/CD
B.令牌环
C.非破坏性逐位仲裁机制
D.隐性令牌传递机制
12、下面哪个国际标准是工业控制系统用的现场总线国际标准？A
A. IEC61158
B. IEC62026
C. ISO11898
D. ISO11519
13、现场总线设备主要有6类，下列设备中哪个不属于总线设备？D
A. 变送器/传感器
B. 执行器
C. 控制器
D. 普通按钮开关
14、下列选项中哪个不属于现场总线的技术特点？D
A. 现场总线是现场通信网络
B. 现场总线是数字通信网络
C. 现场总线是开放互连网络
D. 现场总线系统是集散控制系统
4、下列选项中哪个不属于数字数据编码方式？C
A. 单极性码
B. 双极性码
C. 频移键控数据编码
D. 非归零码
5、服务原语可以分为请求、指示、响应、证实4类，无证实服务不包括下面哪个原语？C
A. 请求
B. 指示
C. 响应
6、TCP/IP参考模型由4层组成，下列选项中哪个不属于TCP/IP参考模型？D
A. 互联网层
B. 传输层
C. 应用层
D. 表示层
7、下列选项中哪个不属于常用的网络传输介质？C
A. 同轴电缆
B. 双绞线
C. 电力线
D. 光纤
8、CAN是哪个世纪、哪个年代由德国Bosch公司推出的？C
A. 19世纪80年代
B. 19世纪90年代
C. 20世纪80年代
D. 20世纪90年代
9、CAN总线错误帧的字节长度为A
A. 14~20位
B. 14位
C. 6~12位
D. 20位
10、CAN网络上的节点数取决于总线驱动电路，目前可达：A
A. 110
B. 32
C. 64
D.128
12、CAN的数据帧由7个不同的位场组成，下列选项中哪个不属于CAN数据帧的位场？C
A. 帧起始
B. 控制场
C. 错误标志
D. 仲裁场
13、CAN的正常位时间由同步段、传播时间段、相位缓冲段1和相位缓冲段2这4个时间段组成，若总线被采样1次，其采样点位于C
A. 同步段的终点
B. 传播时间段的终点
C. 相位缓冲段1的终点
D.相位缓冲段2的终点
6、CAN控制器接口PCA82C250的作用可归纳为：( )答：B
A. 驱动和隔离
B. 驱动和保护
C. 保护和隔离
D. 以上都不是
15、DeviceNet的网络速度为125kbps时，总线长度应为A
A. 500m
B. 250m
C. 125m
D. 以上都不是
17、根据DeviceNet预定义主／从连接组的规定，若从站有状态改变事件要主动告知主站，使用的报文是A
A. 组1报文ID D
B. 组1报文ID F
C. 组2报文ID 2
D. 组2报文ID 5
7、ControlNet不支持下面哪种I/O数据触发方式？A
A. 位选通
B. 轮询
C. 状态改变
D. 周期
四、判断题（共14分，每小题1分）
1、数据通信方式可分为单工通信和半双工通信两种。答：×
2、常见的网络拓扑结构有星形、环形和总线形等。答：√
2、CAN总线数据帧的数据长度码DLC指明数据场的字节数目，为4位，允许的数据字节数目为0，1，……，14，15。答：×
10、广播式网络可以实现多点传送。答：√
4、下层可以向上层提供面向连接的服务和无连接的服务这两种不同的服务形式，其中面向连接的服务更可靠。答：√
5、OSI参考模型有6层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、表示层和应用层。×
6、CAN已成为国际标准ISO11898和ISO11519。答：√
7、CAN总线的最大网络速度为10Mbps。答：×
8、CAN数据帧中的远程发送请求位即RTR位为显性。答：√
9、CAN的报文传送由3种不同类型的帧表示和控制，它们是错误帧、远程帧和超载帧。答：×
10、CAN可以分为物理层和数据链路层，其数据链路层又可分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制
子层。答：√
11、CAN总线数据帧中参与CRC计算的是仲裁场、控制场、数据场，不包括填充位。答：×
6、在CAN总线中，位时间由传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2组成。答：×
12、所有DeviceNet模块均被要求参与一个重复MAC ID检验算法。答：√
13、DeviceNet网络上可以容纳128个节点，每个节点支持的I/O数量没有限制。答：×
14、DeviceNet现场总线以CAN总线为底层基础，但只使用其数据帧。答：×
16、在DeviceNet现场总线中，链接生产者和链接消费者属于连接类。答：×
18、DeviceNet总线是现场总线中国标准GB/T18858包含的两种现场总线之一。答：√
9、一个显式报文使用一个CAN帧的数据场来传送DeviceNet定义的信息。答：√
3、CAN总线远程帧不存在数据场，所以DLC的数值应永远被设置为0。答：×
8、DeviceNet是一种基于连接的网络，一个DeviceNet连接提供多个应用之间的一条路径。√
13、ControlNet现场总线的I/O数据触发方式包括轮询、位选通和状态改变/周期等。×
19、令牌访问原理可用于环形网络，构成令牌环形网；也可用于总线网，构成令牌总线网络。√
20、在DeviceNet现场总线中，链接生产者和链接消费者不属于连接类。√
21、FF的通信模型以ISO/OSI 开放系统模型为基础，采用了物理层、数据链路层、应用层，并在其上增加了用户层。答：√
五、简答题（共16分，每小题4分）。
1. 简述CAN的MAC机制。
答：CAN网络上一个节点发送的帧/报文可被网络上所有其他节点监听并应答；当总线处于空闲（开放）时，任何节点均可开始发送报文。若一个节点正在发送，其他节点只有在此节点发送完成后，才可尝试发送；若两个或多个节点同时开始发送，则通过使用仲裁场的非破坏性逐位仲裁机制来解决总线访问冲突。在当前发送结束后，失去仲裁的节点可尝试再次发送。
2. 简述在物理层和数据链路层中DeviceNet与CAN的主要区别。
答：CAN的最高通信速率可达1Mbps，DeviceNet只用了125 kbps、250 kbps、500kbps 三种速率；DeviceNet只使用了CAN2.0A中的有关定义，并不支持CAN2.0B中的扩展报文格式；在CAN定义的4种帧类型中，DeviceNet不使用其中的远程帧。
3. 当监听总线状态后，可采用三种CSMA坚持退避算法，简述这三种CSMA坚持退避算法的基本
原理。
答：不坚持CSMA——介质空闲就发送，介质忙就等待一段随机时间再发送。利用随机的重传时间
来减少冲突的概率。
1-坚持CSMA 。介质空闲就发送，介质忙则继续监听，等到总线空闲，立即发送。如果发生冲突，
则等待一段随机时间，重复第一步。
P-坚持CSMA 。假如介质是空闲的，则以P的概率发送，或以（1—P）的概率延迟一个时间单位后
重复处理。
4. 简述TCP/IP参考模型和OSI参考模型的关键差别。
（1）OSI参考模型把服务、接口和协议这3个概念之间的区别明确化了。TCP/IP参考模型最初没有明确区分服务、接口和协议。OSI模型中的协议比TCP／IP参考模型的协议具有更好的隐藏性，在技术发生变化时能相对比较容易地替换掉。（2）OSI参考模型产生在协议发明之前，没有偏向于任何特定的协议，因此非常通用。但不利的方面是设计者在协议方面没有太多的经验，因此不知道该把哪些功能放到哪一层最好。TCP／IP却参考模型首先出现的是协议，模型实际上是对已有协议的描述。因此不会出现协议不能匹配模型的情况，它们配合得相当好。唯一的问题是该模型不适合于任何其它协议栈。因此，它对于描述其它非TCP／IP网络并不特别有用。（3）OSI模型有7层，而TCP/IP模型只有4层。它们都有（互联）网络层、传输层和应用层，但其它层并不相同。（4）OSI模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信，这是它所依赖的（因为传输服务对用户是可见的）。然而TCP／IP模型在网络层仅有一种通信模式（无连接），但在传输层支持两种模式，给了用户选择的机会。这种选择对简单的请求-应答协议是十分重要的。
5. 通信方式一般分为三种，简述这三种通信方式的区别。
答：数据通信方式都有单工通信、半双工通信和全双工通信。单工，就是指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。半双工通信是指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。全双工通信是指能同时作双向通信。
3. 现场总线的技术特点是什么？
答：（1）现场通信网络；（2）数字通信网络；（3）开放互连网络；（4）现场设备互连网络；（5）结构与功能高度分散的系统；（6）现场设备的互操作性与互换性。
3. 简述服务与协议的关系。
答：答：服务与协议是两个完全不同的概念。服务是底层的协议向上层协议提供的一组原语（操作），尽管服务定义了该层能够代表他的上层完成的操作，但丝毫也未涉及这些操作是如何完成的。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。协议是通信同层对等实体之间交换的帧、报文、分组的格式及意义的规则，实体利用协议来实现他们的服务定义。只要不改变他提供给用户的服务，实体可以任意改变他们的协议。这样，服务和协议就被完全分离开来。
或（服务通过协议完成，协议通过服务体现；服务代表功能、能力，协议代表标准化；用户只能见到服务；协议控制同层实体间的通信，服务由下层向上层提供。）
4. 对于服务器而言，DeviceNet 传送类-触发属性的各传送类的区别是什么？ 答：答：传送类0：收到报文后只是通知应用数据已被消费。
传送类2：链接消费者的消费动作会立即触发相关链接生产者进行发送，无须应用的介入。
传送类3：当链接消费者收到一个报文时，它将其传送给消费_连接_路径属性中指定的应用对象。此应用对象继而确认该接收数据事件。若该应用对象确认该接收数据事件有效，则要求触发一个生产。若应用对象检测出一个错误，则根据内部逻辑，它可触发也可不触发一个生产。
六、 请根据图中给出的数据和时钟波形画出对应的曼彻斯特编码波形。（本题5分）
答：
七、 请写出图中各个英文简称对应的中文全称。（本题5分）
答：SAP ：服务访问点 IDU ： 接口数据单元 SDU ： 服务数据单元
PDU ： 协议数据单元 ICI ： 接口控制信息
八、 请根据图中给出的绝对码的波形画出对应的差分码波形。（本题5分）
1
1
1
0 SAP
SDU ICI
SDU
ICI SDU 报头 IDU 第n + 1层
接口 第n 层
答：
九、设CAN总线的通信速率为250kbps，对于包含3字节有效数据的标准格式的数据帧，若其帧间空间为3位，请计算其最小CAN中断时间？（本题6分）
答：CAN总线的位时间：
每个数据帧位数：44+3*8=68位
两次中断间总数据位数：68+3=71位
最小CAN中断时间：
十、设CAN总线的通信速率为125kbps，对于包含4字节有效数据的标准格式的数据帧，若其帧间空间为3位，请计算其最小CAN中断时间？（本题5分）
答：CAN总线的位时间：（错，为8*10-6 S）
每个数据帧位数：44+4*8=76位
两次中断间总数据位数：76+3=79位
最小CAN中断时间：79*8=632 μS
十一、使用晶振频率为12MHz的独立CAN控制器SJA1000，若总线定时寄存器BTR0=01Hex，BTR1=1Bhex，则由其所决定的位速率是多少？（本题8分）
答：t CLK=1/f XTAL=1/12M=1/12微秒
因BTR0=01Hex，则
=4* t CLK =1/3微秒
因BTR1=1BHex，则
网络的位时间：t=t SYNCSEG+t TSEG1+t TSEG2=15 t scl=5微秒
网络的通信速率：200kbps
十二、已知CAN网络使用的独立CAN控制器SJA1000的晶振频率为24MHz，若总线定时寄存器BTR0=11Hex，BTR1=2AHex，则CAN网络的通信速率是多少？设CAN网络中标准格式的数据帧包含3个字节有效数据，则其最小CAN 中断时间是多少？（相关表格参见附页）（本题9分）答：t CLK=1/f XTAL=1/24M=1/24微秒
因BTR0=11Hex，则
=36* t CLK =3/2微秒
因BTR1=2AHex，则
= t SCL*(8+2+1)=11 t SCL
= t SCL*(2+1)=3 t SCL
CAN网络的位时间：t=t SYNCSEG+t TSEG1+t TSEG2=15 t scl=22.5微秒
CAN网络的通信速率：44.4kbps
最小CAN 中断时间是22.5*(44+3+24)=1579.5微秒
十三、CAN总线的发送器和接收器均使用独立CAN控制器SJA1000，采用CAN2.0A技术规范，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？（本题6分）
答：AMR:1111 1110;
ACR:xxxx xxx0 答案不唯一，x可为1，也可为0.
十四、请用“0”代表“显性”电平，“1”代表“隐性”电平，列表给出CAN总线的数据帧中数据长度码DLC和数据字节数的关系。（本题5分）
十五、DeviceNet现场总线预定义主从连接组标识符如附页所示，现使用轮询连接，主站的MAC ID=01，从站的MAC ID分别为8、10、12、50。试给出主站发给每一个从站的轮询命令报文的CID 和每一个从站轮询响应报文的CID。（本题10分）
答：从站8，主站轮询命令报文CID=10 001000 101,0x445
从站轮询响应报文CID=0 1111 001000,0x3C8;
从站10，主站轮询命令报文CID=10 001010 101, 0x455
从站轮询响应报文CID=0 1111 001010, 0x3CA;
从站12，主站轮询命令报文CID=10 001100 101, 0x465
从站轮询响应报文CID=0 1111 001100, 0x3CC;
从站50，主站轮询命令报文CID=10 110010 101, 0x595
从站轮询响应报文CID=0 1111 110010, 0x3F2。
十六、DeviceNet现场总线预定义主从连接组标识符如附页所示，现使用轮询连接，主站的MAC ID=01，从站的MAC ID分别为9、11、12、62。试给出主站发给每一个从站的轮询命令报文的CID 和每一个从站轮询响应报文的CID。（本题8分）
答：从站9，主站轮询命令报文CID=10 001001 101,0x44D
从站轮询响应报文CID=0 1111 001001,0x3C9;
从站11，主站轮询命令报文CID=10 001011 101, 0x45D
从站轮询响应报文CID=0 1111 001011, 0x3CB;
从站12，主站轮询命令报文CID=10 001100 101, 0x465
从站轮询响应报文CID=0 1111 001100, 0x3CC;
从站62，主站轮询命令报文CID=10 111110 101, 0x5F5
从站轮询响应报文CID=0 1111 111110, 0x3FE。
十七、DeviceNet现场总线预定义主从连接组标识符如附页所示，现使用位选通连接，主站的MAC ID=01，从站的MAC ID分别为5、9、14、15、60。试给出主站发给各个从站的位选通命令报文的CID和每一个从站位选通响应报文的CID。（相关表格参见附页）（本题12分）
答：从站5，主站位选通命令报文CID=10 000001 000,0x408
从站位选通响应报文CID=0 1110 000101,0x385;
从站9，主站位选通命令报文CID=10 000001 000,0x408
从站位选通响应报文CID=0 1110 001001,0x389;
从站14，主站位选通命令报文CID=10 000001 000, 0x408
从站位选通响应报文CID=0 1110 001110, 0x38E;
从站15，主站位选通命令报文CID=10 000001 000, 0x408
从站位选通响应报文CID=0 1110001111, 0x38F;
从站60，主站位选通命令报文CID=10 000001 000, 0x408
从站位选通响应报文CID=0 1110 111100, 0x3BC。
十八、请以图解的方式详细描述DeviceNet现场总线中MAC ID为0的客户机与MAC ID为7的服务器之间成功建立显式信息连接的过程。假设两个节点都是UCMM能力设备，双方约定将来在组1报文上通信，客户机使用报文ID A，服务器使用报文ID 3，类和实例ID都用8位表示，且服务器返回的连接实例ID为2。（本题10分）
答：
(需修改源和目的MAC地址，修改对应标识符和数据)
附页
参考信息：
标识符位
标识用途16进制范围
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
0 组1报文ID 源MAC ID 组1报文000-3ff 0 1 1 0 1 源MAC ID 从站的I/O COS或周期报文
0 1 1 1 0 源MAC ID 从站的位选通响应报文
0 1 1 1 1 源MAC ID 从站的I/O轮询响应或COS/周期应答
报文
1 0 MAC ID 组2报文ID 组2报文400-5ff 1 0 源MAC ID 0 0 0 主站的I/O位选通命令报文
1 1 0 源MAC ID 0 0 1 保留给主站使用-使用为TBD 0 目的MAC ID 0 1 0 主站的COS或周期应答报文
1 0 源MAC ID 0 1 1 从站的显式响应报文1 0 目的MAC ID 1 0 0 主站的显式请求报文
1 0 目的MAC ID 1 0 1 主站的I/O 轮询/COS/周期报文
1 0 目的MAC ID 1 1 0 仅限组2未连接显式请求报文（保留） 1
目的MAC ID
1
1
1
重复MAC ID 检验报文
图1 预定义主/从连接组标识符区定义
BIT 7 BIT 6 BIT 5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 SJW.1 SJW.0 BRP.5 BRP.4 BRP.3 BRP.2 BRP.1 BRP.0 图2 SJA1000的总线定时寄存器0（BTR0）各位说明
BIT 7 BIT 6 BIT 5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 SAM
TSEG2.2
TSEG2.1
TSEG2.0
TSEG1.3
TSEG1.2
TSEG1.1
TSEG1.0
图3 SJA1000的总线定时寄存器1（BTR1）各位说明
[(ID.10-ID.3)≡(AC.7-AC.0)](AM.7-AM.0)≡
图4 SJA1000的BasicCAN 模式报文滤波公式
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工业控制网络复习重点
工业控制网络 题型： 填空（15*1’） 选择（10） 分析（2） 简答（5） 操作（10’） 第一章 1.现场总线 定义：国际电工委员会制定的国际标准IEC61158对现场总线（fieldbus）的定义： 安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 现场总线——控制网络 现场总线——工业电话线 现场总线——底层控制网络 2.输入输出设备 总线上的数据输入设备：包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀门等，传输其位置状态、参数值等数据；总线上的输出数据用于：驱动信号灯、接触器、开关、阀门等。 3.现场总线特点 ?适应工业应用环境。 ?要求实时性强，可靠性高，安全性好。 ?多为短帧传送。(短帧传输体现实时性) ?通信的传输速率相对较低。 4.几种现场总线 ?Foundation Fieldbus，FF ?LonWorks ?Profibus ?ControlNet ?DeviceNet ?CAN ?Hart 5.现场总线系统组成与组织结构 ?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、运行以及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：为实现系统以及设备的各种功能而编写的软件，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。 6.在现场总线控制系统中，总线设备主要分为6类 ?变送器／传感器（输入设备）；
工业控制的应用现状和发展趋势
现代工业控制总线的发展趋势 前言 随着计算机、通信、自动控制、微电子等技术的发展，大量智能控制芯片和智能传感器的不断出现，以及在传感器、通信和计算机领域所取得的巨大成就使人们对系统综合性能尤其是安全性能提出了越来越高的要求：希望能对系统设备的工作状况进行实时监测和控制，并在此基础上实现设备的智能维护。对企业自动化设备而言，对其工作状况进行远程监测和控制，不仅可方便设备管理者随时了解设备工作状态，设备出现异常时主动报警，便于及时维修，还可拓宽设备服务范围，提高工作性能，延长使用寿命。这一目标的实现对控制网络在开放性、互连性、分散性等方面提出了更高要求。 一分散控制系统(DCS) 当前工业控制计算机的应用范围仍以大系统、分散对象、连续生产过程(如冶金、石化、电力)为主，采用分布式系统结构的分散控制系统仍在发展。由于开放结构和集成技术的发展，进一步扩展了大型分散控制系统的应用。 1. 应用现状 DCS自1975年问世以来，大约有3次比较大的变革，70年代操作站的硬件、操作系统、监视软件都是专用的，由各DCS厂家自己开发并没有动态流程图，通信网络基本上是轮询方式；80年代通信网络较多使用令牌方式；90年代操作站出现了通用系统，90年代末通信网络有的部分遵循TCP/IP协议，有的开始采用以太网。20多年来，DCS已广泛应用于各工业领域并趋于成熟，成为工业控制系统的主流。 虽以现场总线为基础的FCS发展很快，最终将取代传统DCS，但其发展仍面临一些问题，如统一标准、仪表智能化等。而传统控制系统的维护和改造还需DCS，因此FCS完全取代传统DCS尚有较长过程。现DCS的新产品的特点为：系统开放、管控一体化及带有先进控制软件，DCS生产厂家也从事FCS的研发、生产和推广应用。
工业控制网络作业题
工业控制网络作业题
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工业控制网络作业题 一、现场总线技术 1.现场总线的定义。 安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 2.现场总线网络的特点。 1)适应工业应用环境。 2)要求实时性强，可靠性高,安全性好。 3)多为短帧传送。 4)通信的传输速率相对较低。 3.现场总线系统的组成。 4.在现场总线控制系统中,总线设备主要分为6类。 1)输入设备（变送器/传感器)； 2)输出设备（执行器等); 3)控制器； 4)监控／监视计算机; 5)网络互联设备（网桥/网关／中继器/集线器/交换机／路由器）； 6)其他现场总线设备(ＨMI)。 5.现场总线上的数据输入设备有哪些?输出数据用于什么? ●总线上的数据输入设备：包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀门等，传 输其位置状态、参数值等数据； ●总线上的输出数据用于:驱动信号灯、接触器、开关、阀门等。
6.几种有影响的现场总线 基金会现场总线(FＦ总线)、ＣＡN、PRＯＦIBUS、LｏnＷｏｒks、 ContrｏｌＮeｔ、DevｉceNet、Hart 7.请给出现场总线的技术特点。 1)现场通信网络 2)数字通信网络 3)系统的开放性 4)现场设备互连网络 5)系统结构和功能的高度分散性 6)互操作性与互换性网络 8.请给出５个现场总线的优点。 1)导线和连接附件大量减少 2)仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少 3)设计、安装和调试费用大大降低 4)维护开销大幅度下降 5)提高了系统的可靠性 6)提高了系统的测量与控制精度 7)系统具有优异的远程监控功能 8)系统具有强大的(远程）故障诊断功能 9)用户具有高度的系统集成主动权 10)现场设备更换和系统扩展更为方便 11)为企业信息系统的构建创造了重要条件 9.请列举现场总线的一些应用领域。 ●连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造纸,过程自动化仪表;火 车、汽车、轮船、机器人、数控机床;智能传感器 ●楼宇自控、仓储； ●智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络) ●农、林、水利、养殖等 二、数据通信基础 10.工业数据通信系统的基本组成:发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、 通信协议 有效性指标:数据传输速率；比特率；波特率;频带利用率;协议效率；通信效率 可靠性指标: 误码率 11.数据传输方式: 根据代码的传输顺序可分为串行传输、并行传输 根据数据信号传输时的同步方式可分为同步传输、异步传输 12.请说明数据通信方式（通信线路的工作方式）都有哪几种,并简单说明其不 同之处。 数据通信方式有单工、半双工、全双工3种。 1)单工通信：指所传送的信息始终朝着一个方向，而不进行与此相反方向的传 送
工业控制网络发展
工业控制系统的网络化发展及现状研究 发布: 2009-10-26 | 作者: | 来源: 0引言 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。控制系统的结构从最初的CCS（计算机集中控制系统），到第二代的DCS（分散控制系统），发展到现在流行的FCS（现场总线控制系统）[1]。对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求，又催生了当前在商业领域风靡的以太网与控制网络的结合。这股工业控制系统网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等多种当今流行技术融合进来，从而拓展了工业控制领域的发展空间，带来新的发展机遇。 1计算机控制系统的发展 计算机及网络技术与控制系统的发展有着紧密的联系。最早在50年代中后期，计算机就已经被应用到控制系统中。60年代初，出现了由计算机完全替代模拟控制的控制系统，被称为直接数字控制（DirectDigitalControl,DDC）。70年代中期，随着微处理器的出现，计算机控制系统进入一个新的快速发展的时期，1975年世界上第一套以微处理为基础的分散式计算机控制系统问世，它以多台微处理器共同分散控制，并通过数据通信网络实现集中管理，被称为集散控制系统（DistributedControlSystem,DCS）。 进入80年代以后，人们利用微处理器和一些外围电路构成了数字式仪表以取代模拟仪表，这种DDC的控制方式提高了系统的控制精度和控制的灵活性，而且在多回路的巡回采样及控制中具有传统模拟仪表无法比拟的性能价格比。 80年代中后期，随着工业系统的日益复杂，控制回路的进一步增多，单一的DDC 控制系统已经不能满足现场的生产控制要求和生产工作的管理要求，同时中小型计算机和微机的性能价格比有了很大提高。于是，由中小型计算机和微机共同作用的分层控制系统得到大量应用。 进入90年代以后，由于计算机网络技术的迅猛发展，使得DCS系统得到进一步发展，提高了系统的可靠性和可维护性，在今天的工业控制领域DCS仍然占据着主导地位，但是DCS不具备开放性，布线复杂，费用较高，不同厂家产品的集成存在很大困难。
工业控制网络复习题 --电子科技大学
《工业控制网络》复习题 一、概念题 1、现场总线：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 2、模拟数据编码：分别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状态的，称为模拟数据编码。 3、数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态的，称为数字数据编码。 4、单极性码：信号电平是单极性的数字数据编码。 5、双极性编码：信号电平为正、负两种极性的数字数据编码。 6、归零码（RZ）：在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的数字数据编码。 7、非归零码（NRZ）：在整个码元时间内维持有效电平的数字数据编码。 8、差分码：用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”的数字数据编码。 9、基带传输：就是在数字通信的信道上按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制。 10、载波传输：采用数字信号对载波进行调制后实行传输。 11、单工通信：指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。 12、半双工通信：指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。 13、全双工通信：指能同时作双向通信。 14、广播式网络：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。短的消息，即按某种语法组织的分组或包，可以被任何机器发送并被其它所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查它的地址字段。如果是发送给它的，则处理该分组，否则将它丢弃。 15、点到点网络：由一对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。 16、类：一组表示同种系统组件的对象。一个类是一个对象的一种概括。一个类中所有的对象在形式和行为上是相同的，但是它们可以包含不同的属性值。 17、实例：一个对象的一个明确的真实（物理）事件。 18、属性：一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。
石油化工行业工业控制网络安全
石油化工行业工业控制网络 安全 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
石油化工行业工业控制网络安全 石油化工企业是典型的资金和技术密集型企业，生产的连续性很强，装置和重要设备的意外停产都会导致巨大的经济损失，因此生产过程控制大多采用DCS等先进的控制系统，DCS控制系统的供应商主要有霍尼韦尔、艾默生、横河电机、中控科技等。 1. 石油化工行业网络安全分析 石油化工企业是典型的资金和技术密集型企业，生产的连续性很强，装置和重要设备的意外停产都会导致巨大的经济损失，因此生产过程控制大多采用DCS等先进的控制系统，DCS控制系统的供应商主要有霍尼韦尔、艾默生、横河电机、中控科技等。 在早期，由于信息化程度水平有限，控制系统基本上处于与信息管理层处于隔离状态。因此，石化企业的信息化建设首先从信息层开始，经过10多年的建设积累，石化&化工行业信息层的信息化建设已经有了较好的基础，涉及到了石油勘探、开发、炼油、化工、储运、销售、数据管理等诸多研究领域，企业在管理层的指挥、协调和监控能力，提高上传下达的实时性、完整性和一致性都有很大提升，相应的网络安全防护也有了较大提高。与其他行业一样，在信息管理层面，石化石化企业大量引入IT技术，同时也包括各种 IT 网络安全技术，包括如防火墙、IDS、VPN、防病毒等常规网络安全技术，这些技术主要面向商用网络应用，应用也相对成熟。 与此同时，在信息技术不断发展的推动下，石化&化工企业的生产管理理念和技术也在不断发展，DCS发展到今天，已经进入了第四代，新一代DCS呈现的一个突出特点就是开放性的提高。石化&化工企业普遍开始采用基于ERP/SCM、MES和PCS三层架构的的管控一体化信息模型思想，随着两化融合政策的推进，越来越多的石化企业实施MES系统，使管理实现了管控一体化。
《工业控制网络》课程教学大纲
《工业控制网络》课程教学大纲 课程编码：T1060260 课程中文名称：工业控制网络 课程英文名称：INDUSTRIAL CONTROL NETWORK 总学时：40讲课学时：28 实验学时：12学分: 2.5 授课对象：电气工程及其自动化专业 先修课程：电路集成电子技术嵌入式系统原理及应用 一、课程教学目的 工业控制网络即现场总线是3C（Computer,Communication and Control）技术发展汇集成的结合点，是信息技术、数字化智能化网络发展到现场的结果。现场总线是自动化及电气工程领域当前和今后的发展热点。现场总线已在国民经济各个领域和国防领域中获得了广泛应用，而且应用得越来越普遍。例如，对于电气工程领域，在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中、在数字化变电站、配电系统/继电保护装置中、在智能电器中、在楼宇自动化装置中，几乎均要求配置现场总线通信接口；对于国防领域，在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。 本课程以现场总线基本技术及其节点设计为主要内容，目的是使学生掌握现场总线通信与网络基本知识，学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一般设备的现场总线通信接口，掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为学生进行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。 二、教学内容及基本要求 本课程的主要内容包括计算机网络与现场总线的基础知识、国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范、现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础。 第1章绪论 现场总线的发展历程、概念、组成、技术特点与优点，标准及应用领域。 第2章数据通信与计算机网络基础 数据编码方式、信号传输方式、通信方式等数据通信基础知识；网络拓扑结构、传输介质、硬件组成与介质访问控制方式等计算机网络基础知识；协议分层、接口和服务、服务原语等计算机网络基本理论；OSI参考模型和TCP/IP参考模型及其优缺点，OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较。 第3章控制器局域网——CAN CAN总线的产生及其发展历程，CAN总线的技术特点，CAN节点的分层结构，CAN的一些基本概念，报文传送及其帧类型，错误类型及其界定，位定时要求，CAN总线基本技术阐释与分析，CAN控制器及接口芯片：SJA1000、82C250，CAN节点设计，CAN系统应用实例。 第4章DeviceNet DeviceNet简介，DeviceNet的连接（CAN标识符区的DeviceNet使用、连接建立概述、预定义主/从连接组、客户机和服务器的连接终点），DeviceNet信息协议（显式信息、输入/输出信息、分段/ 重组、重复MAC ID检测协议），DeviceNet通信对象类，网络访问状态机制，预定义主/从连接组，构建DeviceNet网络的步骤及所需的硬件和软件，DeviceNet节点设计、DeviceNet系统应用实例。 第5章ControlNet
工业控制网络
哈尔滨工业大学远程教育学院 2011年秋季学期 工业控制网络试题纸（开卷，时间：90分钟） （所有答案必须写在答题纸上） 一、名词解释（共8分，每题1分） 1、DCS 答：集散控制系统/分散控制系统/分布式控制系统 2、CAN 答：控制器局域网。 3、CSMA/CD 答：载波监听多路访问/冲突检测。 4、PDU 答：PDU：协议数据单元。 5、半双工通信答：信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。 6、ODV A 答：开放式设备网供货商协会； 7、UCMM 答：未连接报文管理器； 8、MAC 答：介质访问控制 二、填空题（共22分，每空0.5分） 1、安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信通信的数据总线称为现场总线。 2、现场总线控制系统软件包括：组态工具软件、组态通信软件、监控组态软件、设备编程软件、系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件 1、现场总线（系统）硬件包括（通信线）和（连接在通信线上的设备），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）系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件。等。 3、进入“工业控制系统用现场总线”国际标准IEC61158（第4版）20种现场总线中的4种类型：、、、。答：IEC/TS61158、CIP、PROFIBUS、P-NET 、FF HSE、SwiftNet、WorldFIP、INTERBUS、FF H1、PROFINET、TCnet、EtherCAT、Ethernet Powerlink、EPA、MODBUS-RTPS、SERCOS-Ⅰ,Ⅱ、VNET/IP 、CC-Link、SERCOS-Ⅲ、HART二十种现场总线中写出5种即可。 给出进入国际标准IEC62026中的2种现场总线类型：（AS-i）、（DeviceNet）。
工业控制网络考试题汇总
1，自动控制系统的发展及其体系结构 模拟仪表控制系统（分散的） 直接数字控制系统（集中的） 集散控制系统（分散控制，集中管理） 现场总线控制系统 2，DCS的结构：分散过程控制装置部分；集中操作和管理系统部分；通信部分 特点：分散控制，集中管理 3，现场总线的基本概念 现场总线定义为应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向、串行、通信系统，也被称为开放式，数字式，多点通信的底层控制网络。 国际ISEC61158对现场总线的定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式，串行，多点通信的数据总线称为现场总线。 4，在现场总线控制系统中，总先设备分为：变送器，传感器，执行器，驱动器，控制器，控制监控器，网络互联设备，其他现场总线设备。 5现场总线控制系统的技术特点：系统的开放性；互可操作性与互用性；现场设备的智能化与功能的自治化；系统结构的高度分散性；对现场环境的适应性。6·IEC61158第二版现场总线标准类型：IEC61158TS; ControlNet Tm；profibus Tm p-Net； FF HSE ； SwiftNet Tm WorldFIP Interbus 7·通信系统的组成：信息源；（发送、接收）设备；信息接受者；传输介质 8·数据编码的编码方式：数字编码、模拟编码 9·通信网络的拓扑结构机器优缺点：（1）星型结构：缺点:可靠性低 （2）环形结构：优点:键路控制简化缺点：节点数量较多时会影响通信速度，另外，环是封闭的不便于扩展。 （3）总线型结构：优点：结构简单，便于扩展缺点：通信距离短。 10·传输介质：双绞线、同轴电缆、光缆11·ISO/OSI模型将各种协议分为七层：物理层、键路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 12·RS-232与RS485的区别： RS-232：她规定数据信号按照负逻辑进行工作，采用全双工工作方式。25针的接口插件，最高的传输速率为s，最大传输距离为15m，主要用于只有一个发送器和接收器的通信线路，采用MAX232芯 RS-485：它可以在一条通信线路上接多个发送器和接收器，（最多可接受32个），9针D型插头连接器，半双工工作方式，最大传输速率为10mbps,最大传输距离为
工业控制网络的区别
AB用Ethernet IP网络。
SIEMENS则是PROFINET网络，还有TCP/IP网络,
请问3者有什么区别 Ethernet/IP（以太网工业协议）是主推ControlNet现场总线的Rockwell Automation公司对以太网进入自动化领域做出的积极响应。Ethernet/IP网络采用商业以太网通信芯片、物理介质和星形拓扑结构，采用以太网交换机实现各设备间的点对点连接，能同时支持10Mbps 和100Mbps以太网商用产品，Ethernet/IP的协议由IEEE 802.3物理层和数据链路层标准、TCP/IP协议组和控制与信息协议CIP(Control Information Protocol)等3个部分组成，前面两部分为标准的以太网技术，其特色就是被称作控制和信息协议的CIP部分。Ethernet/IP 为了提高设备间的互操作性，采用了ControlNet和DeviceNet控制网络中相同的CIP，CIP 一方面提供实时I/O通信，一方面实现信息的对等传输，其控制部分用来实现实时I/O通信，信息部分则用来实现非实时的信息交换。 profinet：(实时以太网)基于工业以太网,具有很好的实时性,可以直接连接现场设备(使用PROFINET IO),使用组件化的设计,PROFINET支持分布的自动化控制方式(PROFINET CBA,相当于主站间的通讯).PROFINET同样是西门子SIMATIC NET中的一个协议，具体说是众多协议的集合，其中包括PROFINET IO RT, CBA RT, IO IRT等等的实时协议。 所以说PROFINET和工业以太网不能比，只能说PROFINET是工业以太网上运行的实时协议而以。不过现在常常称有些网络是PROFINET网络，那是因为这个网络上应用了PROFINET协议而已。 TCP/IP：不过对于Step7 TCP的连接可以有两种方式，一种是通过Open IE的方法，通过功能块确定Server/Client的关系来实现动态的一种连接，也可以断开这个连接。PLC对于这个连接个数同样是有限制的。另外一种就是在NetPro中建立TCP连接,当下载组态后，连接自动建立，但这个资源不能动态释放。连接一旦建立，数据就开始通讯了。不过每个包数据的大小并不是我们决定的，而是TCP的滑动窗口算法决定的。所以使用TCP协议时，速度的快慢不是我们所能把握的。 Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP/IP三种协议的区别在协议层不同而已。取个例子，以太网就像高速公路，Ethernet/IP、Profinet、Modbus TCP/IP分别像高速公路上的宝马、奔驰、奥迪车，都可以从一个城市把物品运送到另一城市。但是每个车上安装的零件无法和另一车上的零件进行更换。 Ethernt/IP属于ODVA组织，Rockwell只是其中一个推广力度比较大的公司而已。施耐德也是ODVA组织的成员，施耐德所有PLC都可以支持Ethernt/IP协议。Ethernt/IP协议是十大总线之一，和Controlnet、Devicenet一起称为CIP总线。可以实现协议间路由，但是需要Rslinx软件进行配置。通讯时需要设置RPI参数，没有任何客户端的反馈信息，因此不管现场客户端是否收到数据，数据一致由服务器不断的发，缺少相应的检测。 Profinet也是十大总线之一，由西门子主推，Profinet在很多方面比Ethernet/IP、Modbus TCP/IP要强，比如同步，安全总线等方面，也是为了保证数据的可靠性和安全性，在开放性方面较差一些。 Modbus TCP/IP由Modbus IDA组织提出，有施耐德旗下的Modicon公司主推，在目前施耐德所有PLC产品中都支持，同时也支持Ethernet/IP协议，Modbus TCP/IP是免费的、全开放协议，可以用VB等高级编程语言调用winsock控件即可实现与PLC的数据通讯，因此，很多产品都支持该协议。同时利用该协议进行通讯时，可以得到客户端的数据校验返回，因此可靠性和安全性较高，当然牺牲了数据量。 1; 这几种协议有什么区别和优势。
工业控制网络的发展综述
2014 ~ 2015 学年第2 学期 《工业控制网络》 课程报告 题目：工业控制网络的发展综述 电气工程学院 2015年5月25 日 工业控制网络的发展综述 1.引言 工业控制网络在提高生产速度、管理生产过程、合理高效加工以及保证安全
生产等工业控制及先进制造领域起到越来越关键的作用。图1总结了工业控制网络的4大主要类型：传统控制网络、现场总线、工业以太网以及无线网络。传统控制网络现在已经很少使用，目前广泛应用的是现场总线与工业以太网，而工业以太网关键技术的研究是目前工业控制网络研究的热点。 图1 工业控制网络的主要分类 2.现场总线 现场总线控制系统FCS是在基地式气动控制信号控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、直接数字控制系统DDC、集散控制系统DCS之后发展起来的新一代控制系统，它将DCS 中集中与分散相结合的模式变成了新型的全分布式控制模式，控制功能彻底下放到现场，现场控制设备通过总线与管理信息层交换信息，代表了工业控制网络技术的发展方向。 2.1现场总线主要技术特点 现场总线打破了传统控制系统的结构形式，图2为现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比。在传统模拟控制系统中采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接，位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接；而在FCS中，所有的设备作为网络节点连接到总线上，不仅节省了电缆，而且还方便了布线。
图2 现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比 2.3 主流现场总线的比较 目前现场应用比较广泛的现场总线主要有FF、Profibus-DP、CAN 总线等，这些现场总线在技术上各有特色，目前它们还不能相互代替而应用到所有的领域，几种总线的特性和应用对比见表1。 表1 几种现场总线的比较
工业控制网络的发展前景
工业控制网络课程论文论文题目：工业控制网络的发展前景所在学院控制工程学院 专业电气工程及其自动化082 姓名赵宇涛 学号 2008072053 2011-10-30
工业控制网络的发展前景 姓名：赵宇涛学号：2008072053 摘要信息技术和工业自动化的发展，带动了整个社会生产向自动控制、智能控制方面转型。工业控制网络作为二十一世纪工业生产的一个重要标志，逐渐应用于工业生产的各个方面，在工业通信及先进制造领域起到关键性作用。本文首先对工业控制网络的概念以及现场总线技术做了一下简单的介绍，回顾了工业控制网络的发展历程，接着列举出了一些工业控制网络的特点，然后进行探讨工业控制网络的未来发展前景以及具体如工业以太网的介绍。最后得出工业控制网络未来发展前景的结论。 关键词发展，工业通信，先进制造领域，现场总线，工业以太网 The prospect of the development of industrial control network Abstract Information technology and industrial automation development, drive the whole society is produced to automatic control, intelligent control aspect transformation. Industrial control network in the 21 st century as the industrial production an important sign, has been used in industrial production of aspects in the industrial communication and advanced manufacturing field plays an important role. In this paper, first, the concept of industrial control network and fieldbus technology
综述工业控制网络发展现状
综述工业控制网络发展现状 工业控制网络在工业通信及先进制造领域起到关键性作用。回顾工业控制网络的发展历程，简要介绍了目前国际上已经应用的几种主要的控制网络：现场总线、工业以太网以及无线网络。最后对控制网络的发展趋势进行了展望。 工业控制网络在提高生产速度、管理生产过程、合理高效加工以及保证安全生产等工业控制及先进制造领域起到越来越关键的作用。工业控制网络从最初的计算机集成控制系统CCS到集散控制系统DCS，发展到现场总线控制系统。近年来，以太网进入工业控制领域，出现了大量基于以太网的工业控制网络。同时，随着无线技术的发展，基于无线的工业控制网络的研究也已开展。工业控制网络可以总结为四大类型：传统控制网络、现场总线、工业以太网及无线网络。传统控制网络现在已经很少使用，目前广泛应用的是现场总线与工业以太网，而工业以太网关键技术的研究是目前工业控制网络研究的热点。 现场总线 现场总线控制系统FCS是在基地式气动控制信号控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、直接数字控制系统、集散控制系统之后发展起来的新一代控制系统，他将DCS中集中与分散相结合的模式变成了新型的全分布式控制模式，控制功能彻底下放到现场，现场控制设备通过总线与管理信息层交换信息，代表了工业控制网络技术的发展方向。 现场总线是综合运用微处理技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物，他在现场控制设备和测量仪器中嵌入微处理器，使他们具有数字计算和数字通信的能力，构成能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。 按照国际电工委员会IEC61158标准的定义，现场总线是“安装在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置、系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”。 现场总线发展现状 由于各个国家各公司的利益之争，虽然早在1984年国际电工技术委员会/国际标准协会（IEC/ISA）就开始着手定制现场总线的标准，但至今统一的标准仍未完成。很多公司也推出其各自的现场总线技术，但彼此的开放性和互操作性还难以统一。 目前现场总线的特点是：①各种现场总线都有其应用的领域；②每种现场总线都有国际组织支持的背景；③多种总线成为国家和地区标准；④设备制造商参与多个现场总线组织； ⑤各个现场总线彼此协调共存。
工业控制网络信息安全事件案例
工业控制网络信息安全案例 一、澳大利亚马卢奇污水处理厂非法入侵事件 2000年3月，澳大利亚昆士兰新建的马卢奇污水处理厂出现故障，无线连接信号丢失， 污水泵工作异常，报警器也没有报警。本以为是新系统的磨合问题，后来发现是该厂前工程师 VitekBoden因不满工作续约被拒而蓄意报复所为。 这位前工程师通过一台手提电脑和一个无线发射器控制了150个污水泵站；前后三个多月，总计有100万公升的污水未经处理直接经雨水渠排入自然水系，导致当地环境受到严重破坏。 二、美国Davis-Besse核电站受到Slammer蠕虫攻击事件 2003年1月，美国俄亥俄州Davis-Besse核电站和其它电力设备受到SQLSlammer蠕虫病毒攻击，网络数据传输量剧增，导致该核电站计算机处理速度变缓、安全参数显示系统和过程控制 计算机连续数小时无法工作。 经调查发现，一供应商为给服务器提供应用软件，在该核电站网络防火墙后端建立了一个 无防护的T1链接，病毒就是通过这个链接进入核电站网络的。这种病毒主要利用SQLServer2000中1434端口的缓冲区溢出漏洞进行攻击，并驻留在内存中，不断散播自身，使得网络拥堵，造成SQLServer无法正常工作或宕机。实际上，微软在半年前就发布了针对SQLServer2000这个漏洞的补丁程序，但该核电站并没有及时进行更新，结果被Slammer病毒乘虚而入。 三、美国BrownsFerry核电站受到网络攻击事件 2006年8月，美国阿拉巴马州的BrownsFerry核电站3号机组受到网络攻击，反应堆再循环泵和冷凝除矿控制器工作失灵，导致3号机组被迫关闭。 原来，调节再循环泵马达速度的变频器（VFD）和用于冷凝除矿的可编程逻辑控制器（PLC）中都内嵌了微处理器。通过微处理器，VFD和PLC可以在以太局域网中接受广播式数据通讯。但是，由于当天核电站局域网中出现了信息洪流，VFD和PLC无法及时处理，致使两设备瘫痪。 四、美国Hatch核电厂自动停机事件 2008年3月，美国乔治亚州的Hatch核电厂2号机组发生自动停机事件。 当时，一位工程师正在对该厂业务网络中的一台计算机（用于采集控制网络中的诊断数据）进行软件更新，以同步业务网络与控制网络中的数据信息。当工程师重启该计算机时，同步程序重置了控制网络中的相关数据，使得控制系统以为反应堆储水库水位突然下降，自动关闭了整个机组。 五、震网病毒攻击美国Chevron、Stuxnet等四家石油公司 2012年，位于美国加州的Chevron石油公司对外承认，他们的计算机系统曾受到专用于 攻击伊朗核设施的震网病毒的袭击。不仅如此，美国BakerHughes、ConocoPhillips和Marathon 等石油公司也相继声明其计算机系统也感染了震网病毒。他们警告说一旦病毒侵害了真空阀，就会造成离岸钻探设备失火、人员伤亡和生产停顿等重大事故。 虽然美国官员指这种病毒不具有传播用途，只对伊朗核设施有效，但事实证明，震网病毒 已确确实实扩散开来。 六、Duqu病毒（Stuxnet变种）出现 2011年安全专家检测到Stuxnet病毒的一个新型变种—Duqu木马病毒，这种病毒比Stuxnet病毒更加聪明、强大。与Stuxnet不同的是，Duqu木马不是为了破坏工业控制系统，而是潜伏并收集攻击目标的各种信息，以供未来网络袭击之用。前不久，已有企业宣称他们的设施中已 经发现有Duqu代码。目前，Duqu僵尸网络已经完成了它的信息侦测任务，正在悄然等待中……。 没人知晓下一次攻击何时爆发。 七、比Suxnet强大20倍的Flame火焰病毒肆虐中东地区 Flame火焰病毒具有超强的数据攫取能力，不仅袭击了伊朗的相关设施，还影响了整个中 东地区。据报道，该病毒是以色列为了打聋、打哑、打盲伊朗空中防御系统、摧毁其控制中心而实
关于工业控制网络的发展现状及趋势的研究
关于工业控制网络的发展现状及趋势的研究 传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础。随着这些技术不断被应用，工业控制网络凭借其速度快，紧跟时代的步伐，具有较好的开放性等优点深受大家喜爱，这就奠定了工业控制网络的重要位置，目前很多通信和先进的行业中，我们都可以发现工业控制网络的影子。文章重点讨论工业控制网络的特点及其发展趋势，以及对工业以太网的研究。工业控制网络就是将自控系统与设备之间建立联系，让它们之间可以沟通信息，通过网络来对它们进行管理，这就给管理带来很大的便利，这一连接构成了企业网络的主体。随着工信行业的发展，使整个社会生产发生转型，发展方向是自动控制、智能控制，这样就可以很好地早办公室里就可以通过网络控制工业自动化，目前使用的最普遍的就是以太网，现场总线的类型已经不能满足现在的需要。工业控制网络作为一种新技术去适应新形势。工业控制网络的出现，推动着控制技术的前进，将这个领域推动到另一个新的台阶。 标签：工业控制网络；以太网；现状；发展趋势 1 工业控制网络的研究现状 以前的工业控制网络计算机系统为集散控制系统DCS，已经弃用了原始的计算机集成系统CCS，后来又升级到现场总线控制系统，一步一个脚印，到现在以太网步入工业控制领域，使大量的起源于以太网的工业控制网络应运而生。同时，随着无线技术的快速发展，这个技术也运用在工业控制网络方面，二者的结合，使得工业控制网络更加完善化，是其使用更加方便，还节省了电缆量，使得安装更加简便。国外关于以太网控制网络的研究已经到达开发阶段，已告别了理论阶段。NETsilicon公司使用NET+ARM体系，这个体系能够生产嵌入式Ethernet/Internet 芯片；能运行FTP/HT TP/TCP/ UDP 协议，并服务于传感器、驱动器等现场设备的具有10-Base T 以太网接口嵌入式以太网控制器，由惠普公司应用IEEE 1451. 2 标准生产。 2 工业控制网络及其特点 2.1 工业控制网络 在现场总线技术的基础上发展了工业控制网络，它是用具有数字通信能力并能大量分散在生产现场的测量控制仪表作为网络节点而构成的。工业网络具有很高的公开性，对于通信协议的要求也很高。它的运作主要是把现场的设备之间的信息可以自由交流，在这样就更容易完成控制系统的任务，完成速度更快，与工业控制网络相比，现场总线就不能很好地完成这个任务。 2.2 工业控制网络的特点 工业控制网络同时具有诸多特点。它具有实现互连设备间、系统间的信息传
工业控制网络信息安全事件案例
工业控制网络信息安全 事件案例 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
工业控制网络信息安全案例 一、澳大利亚马卢奇污水处理厂非法入侵事件 2000年3月，澳大利亚昆士兰新建的马卢奇污水处理厂出现故障，无线连接信号丢失，污水泵工作异常，报警器也没有报警。本以为是新系统的磨合问题，后来发现是该厂前工程师VitekBoden因不满工作续约被拒而蓄意报复所为。 这位前工程师通过一台手提电脑和一个无线发射器控制了150个污水泵站；前后三个多月，总计有100万公升的污水未经处理直接经雨水渠排入自然水系，导致当地环境受到严重破坏。 二、美国Davis-Besse核电站受到Slammer蠕虫攻击事件 2003年1月，美国俄亥俄州Davis-Besse核电站和其它电力设备受到SQLSlammer蠕虫病毒攻击，网络数据传输量剧增，导致该核电站计算机处理速度变缓、安全参数显示系统和过程控制计算机连续数小时无法工作。 经调查发现，一供应商为给服务器提供应用软件，在该核电站网络防火墙后端建立了一个无防护的T1链接，病毒就是通过这个链接进入核电站网络的。这种病毒主要利用SQLServer2000中1434端口的缓冲区溢出漏洞进行攻击，并驻留在内存中，不断散播自身，使得网络拥堵，造成SQLServer无法正常工作或宕机。实际上，微软在半年前就发布了针对SQLServer2000这个漏洞的补丁程序，但该核电站并没有及时进行更新，结果被Slammer病毒乘虚而入。 三、美国BrownsFerry核电站受到网络攻击事件
2006年8月，美国阿拉巴马州的BrownsFerry核电站3号机组受到网络攻击，反应堆再循环泵和冷凝除矿控制器工作失灵，导致3号机组被迫关闭。 原来，调节再循环泵马达速度的变频器（VFD）和用于冷凝除矿的可编程逻辑控制器（PLC）中都内嵌了微处理器。通过微处理器，VFD和PLC可以在以太局域网中接受广播式数据通讯。但是，由于当天核电站局域网中出现了信息洪流，VFD和PLC无法及时处理，致使两设备瘫痪。 四、美国Hatch核电厂自动停机事件 2008年3月，美国乔治亚州的Hatch核电厂2号机组发生自动停机事件。 当时，一位工程师正在对该厂业务网络中的一台计算机（用于采集控制网络中的诊断数据）进行软件更新，以同步业务网络与控制网络中的数据信息。当工程师重启该计算机时，同步程序重置了控制网络中的相关数据，使得控制系统以为反应堆储水库水位突然下降，自动关闭了整个机组。 五、震网病毒攻击美国Chevron、Stuxnet等四家石油公司 2012年，位于美国加州的Chevron石油公司对外承认，他们的计算机系统曾受到专用于攻击伊朗核设施的震网病毒的袭击。不仅如此，美国BakerHughes、ConocoPhillips和Marathon等石油公司也相继声明其计算机系统也感染了震网病毒。他们警告说一旦病毒侵害了真空阀，就会造成离岸钻探设备失火、人员伤亡和生产停顿等重大事故。 虽然美国官员指这种病毒不具有传播用途，只对伊朗核设施有效，但事实证明，震网病毒已确确实实扩散开来。
《工业控制网络》题库
一、概念题 1、现场总线 答：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 2、模拟数据编码 答：分别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状态的，称为模拟数据编码。 3、数字数据编码 答：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0，1状态的，称为数字数据编码。 4、单极性码 答：信号电平是单极性的数字数据编码。 5、双极性编码 答：信号电平为正、负两种极性的数字数据编码。 6、归零码（RZ） 答：在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的数字数据编码。 7、非归零码（NRZ） 答：在整个码元时间内维持有效电平的数字数据编码。 8、差分码 用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0的数字数据编码。 9、基带传输 答：就是在数字通信的信道上按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制 10、载波传输 答：采用数字信号对载波进行调制后实行传输。 11、单工通信 答：就是指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。 12、半双工通信 答：是指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输 13、全双工通信 是指能同时作双向通信。 14、广播式网络 答：仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。短的消息，即按某种语法组织的分组或包，可以被任何机器发送并被其它所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。一旦收到分组，各机器将检查它的地址字段。如果是发送给它的，则处理该分组，否则将它丢弃。 15、点到点网络 由一对对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。 16、类 一组表示同种系统组件的对象。一个类是一个对象的一种概括。一个类中所有的对象在形式和行为上是相同的，但是它们可以包含不同的属性值。 17、实例 一个对象的一个明确的真实（物理）事件。 18、属性 一个对象的一个外部可视特性或特点的一种描述。
工业控制网络实验报告
工业控制网络实验报告 信科08-2班 陈磊 08063538
实验一 PLC基本操作 一、实验目的： 1．学习使用Step7软件，了解安装授权与卸载时需要保存授权； 2．熟悉机架的硬件组成； 3．学会创建工程并建立站； 4．学会如何配置硬件； 5．学会如何进行配置信息的上载与下载； 6．掌握如何调试硬件。 二、实验内容： 1．了解机架上的硬件组成，以及连接布线情况。 2．创建工程并插入一个站。 3．向该站内插入所有硬件，并配置好硬件地址。 4．上载原CPU中存在的硬件配置信息。 5．上传自己配置的硬件信息，并调试直至没有错误。 三、实验步骤： 1、仔细观察机架上的硬件，熟悉硬件组成、连接布线状况 2、新建工程 （1）可以使用向导也可以手动在菜单栏里选择FILE-NEW新建一个项目。 （2）填写工程名称和保存的路径。 （3）在图中空白区域点击鼠标右键－选择插入一个S7-300的站（INSERT NEW OBJECT—SIMATIC 300 STATION） 3、硬件配置 （1）在新建的300站中，双击HARDWARE进行硬件配置 （2）进入HW CONFIG画面，首先插入一个300站的机架，SIMATIC 300－RACK-300－RAIL。可以选中RAIL拖入画面中区域，或者双击RAIL自动添加。（其他模块添加方法类似，以下省略。） （3）配置后如下图所示（注意三号槽保留不要插入模块）
（4）当插入CPU 315-2DP/PN时，需要对其PROFIBUS和PROFINET属性进行设置。新建一条PROFIBUS DP网，CPU默认地址为2，在network Setting中默认通讯速率为：1.5MBps，类型为DP网。如下两个图所示：