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工业控制网络复习重点#精选

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）；

?执行器（输出设备）；

?控制器；

?监控／监视计算机；

?网桥／网关/中继器/集线器/交换机/路由器（网络互联设备）；

?其他现场总线设备（HMI）。

7.现场总线

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、系统结构和功能高度分散性

6、互操作性与互换性网络

优点（5个）：

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

12.概括

现场总线是综合自动化的发展需要

综合自动化要求对企业信息的优化利用。

智能仪表为现场总线的出现奠定了基础

传输信号数字化是实现数字通信的基础。

现场总线将朝着开放系统、统一标准的方向发展

系统开放性是指对同一标准的认同和遵守。

9.作业题

1.现场总线的定义。

2.现场总线系统的组成。

3.请列举4类现场总线设备。

4.请给出现场总线的技术特点。

5.请给出5个现场总线的优点。

6.请列举现场总线的一些应用领域

1.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

2.楼宇自控、仓储；

3.智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络）

4.农、林、水利、养殖等

第二章

1.数字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

?数据通信系统实际上是一个硬软件的结合体

?信息源和信息接收者是信息的产生者和使用者。

?信息源可根据输出信号的性质不同分为模拟信息源和离散信息源。

?发送设备的基本功能是将信息源和传输介质匹配起来，即将信息源产生的信息信号

经过编码，并转换为便于传送的信号形式，送往传输介质。

?传输介质是指发送设备到接收设备之间信号传递所经媒介。它可以是有线的也可以

是无线的。

?接收设备的基本功能就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，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。

2.性能指标

?衡量一个数据通信系统好坏的主要性能指标包括传输的有效性和可靠性的指标。

?有效性指标：

数据传输速率

频带利用率

协议效率

通信效率

?可靠性指标：误码率

3.数字编码（数据在物理层的表示期中考试题目）

?数据编码是指通信系统中以何种物理信号的形式表达数据

?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状态称为模

拟数据编码

?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

模拟数据编码—调幅

幅值键控ASK中，载波信号的幅度随着调制信号而变化，而载波信号的频率、相位不变。例如在二进制数字信号调制后波形的时域表达式对应S A = a n A *cos w c t，a n=0，S A=0代表0，a n=1，S A波形代表1。

模拟数据编码——调频

频移键控FSK中，载波信号的频率随着调制信号而变化，而载波信号的幅度、相位不变。例如在二进制频移键控中、可定义为信号0对应的载波频率大，信号1对应的载波频率小。模拟数据编码——调相

相移键控PSK中，载波信号的相位随着调制信号而变化，而载波信号的幅度、频率不变。例如在二进制相移键控中、可定义为信号1对应的0o，信号0对应180o。

5.串行传输和并行传输

?数据传输方式是指数据代码的传输顺序和数据信号传输时的同步方式

?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

?串行传输（Serial Transmission）中，数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输。

?每次只能发送一个数据位，发送方必须确定是先发送数据字节的高位还是低位。同

样，接收方也必须知道所收到字节的第一个数据位应该处于什么位置。

?串行传输具有易于实现，在长距离连接中可靠性高等优点。适合远距离的数据通信。

?并行传输（Parallel Transmission）是将数据以成组的方式在两条以上的并行通道上同

时传输。

?它可以同时传输一组数据位，每个数据位使用单独的一条导线，例如采用8条导线

并行传输一个字节的8个数据位，另外用一条“选通”线通知接收者接收该字节，接收方可对并行通道上各条导线的数据位信号并行取样。

?若采用并行传输进行字符通信时，不需要采取特别措施就可实现收发双方的字符同

步。

?串行传输和并行传输的区别在于组成一个字符或字节的各数据位是依顺序逐位传

输还是同时并行地传输。

6.通信方式

（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，如设A为发送终端，B为接收终端，数据只能从A传送至B，而不能由B

传送至A。

?单工通信线路一般采用二线制。

（2）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。如信息可以从A传至B，或从B传至A，所以通信双方都具有发送器和

接收器。实现双向通信必须改换信道方向。

?半双工通信采用二线制线路，当A站向B站发送信息时，A站将发送器连

接在信道上，B站将接收器了解接在信道上，而当B站向A站发送信息时，B站则要将接收器从信道上断开，并把发送器接入信道。

（3）全双工通信是指信息流可同时在两个方向上传输，它相当于把两个相反方

向的单工通信方式组合在一起。

?这种方式常用于计算机——计算机之间的通信。

7.信号的传输方式

?基带传输

基带传输就是在数字通信的信道上直接传送数据的基带信号，即按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制，它是最基本的数据传输方式。

?载波传输

载波传输（也称频带传输）采用数字信号对载波进行调制后实行传输。

最基本的调制方式有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）三种

?宽带网

宽带传输是指将多路基带信号、音频信号和视频信号的频谱分别移到一个物理信道的不同频段进行传输的传输方式

?异步转移模式ATM

ATM 是一种新的传输与交换数字信息技术，也是实现高速网络的主要技术

它支持多媒体通信，包括数据、语音和视频信号，按需分配频带，具有低延迟特性

8.差错控制，差错纠正

差错控制即是对数据通信中发现差错，并对差错进行纠正的技术。要解决的问题包括：如何保证不丢失帧，保证不乱序等。

?差错控制包括：差错检测和差错校正两个方面

?差错检测是让报文分组中包含使接收端发现差错的冗余信息，但它不能确

定是哪一比特出错，自己也不能纠正传输中的差错。常用的纠错码如海明码

?差错检测原理简单，实现容易，编码与解码速度快，在工业数据通信中得

到广泛使用。分为检错码和纠错码

常用的检错码有：奇偶校检码和循环冗余码（自己去看一下原理和如何计算）

8.作业题

1.请说明数据通信方式都有哪几种，并简单说明其不同之处。

2.OSI参考模型包括哪7层？

3.应用层：为用户提供相关的服务，如：e-mail服务，ftp服务、www服务

等。

表示层：提供多种数据格式之间的转换。

会话层：建立、管理和终止应用程序间的会话。

传输层：保证数据的可靠传输。

网络层：为处在不同位置的两个设备之间，提供连接和选择一条最佳路径。

数据链路层：规定了物理地址、网络拓扑结构、错误警告机制、所传数据帧的

排序和流量控制等。

物理层：定义了通信线路的一些规范。

4.TCP/IP参考模型包括哪4层？

5.请给出TCP、IP、UDP、FTP、OSI、ISO对应的中文全称？

第四章

1.串口通信有效方法

1.采用轮询或者中断来检测、接收信息；

2、设置通信帧的起始、停止位；

3、建立连接握手信号；

4、对接收数据的确认、数据缓存以及错误检查。

2.EIA-232-D

EIA-232-D是由EIA（美国电子工业协会）制定的物理接口标准。它定义了数据终端设备（DTE）与数据通信设备（DCE）之间的物理接口。它具有机械、电气、功能和过程四个特性。

起

始

位

奇

偶

校

验

位

数据位

停

止

位

1000000

3.RS-485

为何要使用RS-485?

RS-232C虽然使用很广，但由于推出时间比较早，所以在现代通信网络中已暴露出明显的缺点，主要表现在：

（1）接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。

（2）传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。

（3）接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。

（4）传输距离有限。

EIA在1977年作了部分改进，制定了新标准RS-449：除了保留与RS-232-C兼容外，还在提高传输速率、增加传输距离、改进电气特性等方面做了很多努力，增加了RS—232-C没有的环测功能，明确规定了连接器，解决了机械接口问题。

在RS-449标准下，推出的子集有RS-423A/RS-422A，以及RS-422A的变型RS-485。

4.EIA-232和485的转换

1、转换芯片：MAX23

2、MAX485

2、信号线：TXD、RXD、RTS

3、收发控制：当RTS为高电平时，MAX485处于接收状态；当RTS为低电

平时，MAX485处于发送状态。

5.屏蔽与接地（作业题）

https://www.wendangku.net/doc/d211463236.html,B

定义：USB外设接口标准的基本思想是采用通用连接器和自动配置及热插拔技术和相应的软件，实现资源共享和外设简单快速连接，关键是提供设备共享接口来解决PC机与外部设备连接的通用性。

USB电缆由电源线+5V (VBUS)、地线(GND)和两根数据线(D+和D-)4线组成。

数据在D+和D-间通过差分方式以全速或低速传输，如下图所示。

电源线+5V (VBUS)：可提供5V/500mA电源

地线(GND)：

数据线D+ ：正电压数据线（读数据线）

数据线D-：负电压数据线（写数据线）

电源线+5V (VBUS)、地线(GND)可以单独做电源使用

两根数据线(D+和D-)4线提供外接设备的信号传输

5.作业题

1.试简要说明EIA-232D的特性，并详细说明其规程特性？

电气特性：

EIA-232采用负逻辑电平：

数据线：逻辑“1” -5 ~ -15V ；逻辑“0” +5 ~ +15V。

控制线：逻辑“1” -5 ~ -15V OFF ；逻辑“0” +5 ~ +15V ON。

功能特性：保护接地，发送数据，接收数据，请求发送，允许发送，DCE就绪，信号接地，载波检测，DTE就绪

注：EIA-232逻辑电平与TTL电平不兼容，若要实现TTL电路的连接，需进行电平转换。如采用MAX232芯片。

规程特性规定了数据终端设备DTE与数据通信设备DCE之间控制信号与数据信号的发送时序、应答关系及操作过程。

2、如何将RS232转换为RS485接口？绘出其接线图。

3、什么是屏蔽？它分为哪几种屏蔽？

有效的屏蔽能阻止电磁干扰对导线上通信信号的影响。它可分为电场屏蔽、电磁屏蔽和磁场屏蔽。

1、电场屏蔽是抑制电路间由于分布电容的耦合而产生的电场干扰。

2、电磁屏蔽是抑制高频电磁场对电路的影响，包括电磁感应干扰和电磁辐

射干扰。

3、磁场屏蔽是抑制低频磁场对电路的影响。

第五章

1.CAN总线

?CAN[Controller Area Network]是控制器局域网的简称。

2.CAN主要技术特点

?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。

?CAN采用非破坏性的总线仲裁技术（载波监测，多主掌控／冲突避免）

?CAN网络上的节点具有不同的优先级

?CAN的直接通信距离长

?报文标识符多

?CAN节点具有良好的检错功能，出错率低

3.CAN的通信参考模型

–CAN的通信模型的分层结构

?数据链路层

–逻辑链路控制子层LLC

?LLC的主要功能是：为数据传送和远程数据请求提供

服务，确认由LLC子层接收的报文实际已被接收，并

为恢复管理和通知超载提供信息

–介质访问控制子层MAC

?MAC子层主要规定传输规则，即控制帧结构、执行

仲裁、错误检测、出错标定和故障界定

?物理层

物理层规定了节点的全部电气特性

4.CAN总线有哪4 种不同类型的帧？其中数据帧有哪几个位场组成？

CAN通信帧的类型

–数据帧、远程帧、出错帧、超载帧

?数据帧：携带数据，由发送器传送至接收器。

?远程帧：用以请求总线上的相关单元发送具有相同标识符的数据帧。

?出错帧：由检测出总线错误的单元发送。

?超载帧：用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟

?数据帧由7个不同的位场（域）组成及各部分含义：

?帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束

1、帧起始(SOF)，它仅由一个显位构成。

2、仲裁场由标识符和远程发送请求位(RTR)组成。

3、控制场

4、数据场：0 —8 字节

5.CRC场：对帧起始、仲裁场、控制场、数据场进行CRC编码的余数

6.应答场

7、帧结束：每个数据帧由7个隐位组成的标志序列界定。

5.实现CAN通信控制的几种ASIC芯片

?CAN通信控制器82C200:实现CAN2.0A的标准格式通信帧的通信控制

?CAN通信控制器SJA1000:实现CAN2.0B的两种格式通信帧的通信控制

?带CAN通信控制器与8位微控制器的P8XC592

?带CAN通信控制器与16位微控制器的87C196CA/CB

?带32位ARM7 处理器内核、可编程逻辑、存储子系统、CAN接口、以太网接口、I/O 接口等的片上系统TA7V

?带CAN通信控制器的CAN总线I/O器件82C150

?CAN总线收发接口器件82C250

第六章基金会现场总线

1.基金会现场总线（简称“FF总线）

在八种国际现场总线通信协议标准（IEC 61158）中，基金会现场总线就占有两个标准，即低速现场总线“FF H1”及高速现场总线“FF HSE”。其中，前者是专为过程控制开发的，用于取代4~20mA模拟信号传输标准，支持总线供电和本质安全，符合IEC物理层国际标准

（IEC61158-2）。FF-HSE标准于2000年发布，是与FF H1配套的，主要用于工业实时网络中的主设备间通信数据量较大或对响应时间有苛刻要求的场合，如断续生产的制造业，以及上位监控一级。FF H1与FF HSE统称为“基金会现场总线”。

2.基金会现场总线的通信技术

它包括基金会现场总线的通信模型、通信协议、通信控制器芯片、通信网络与系统管理等内容。

它涉及一系列与网络相关的硬、软件，如通信栈软件，被称之为圆卡的仪表用通信接口卡，FF与计算机的接口卡，各种网关、网桥、中继器等。

它是现场总线的核心基础技术之一；无论对于现场总线设备的开发制造单位，还是系统设计单位、系统集成商以至用户，都具有重要作用。

3.设备描述DD与设备描述语言DDL

为实现现场设备的互操作性，支持标准的块功能操作，FF总线采用了设备描述技术。

设备描述为控制系统理解来自现场设备的数据意义提供必须的信息，因而也可以看做控制系统或主机对某个设备的驱动程序，即设备描述是设备驱动的基础。设备描述语言是一种用以进行设备描述的标准编程语言。采用设备描述编译器，把用DDL编写的设备描述源程序转换为机器可读的输出文件。

4.基金会参考模型

基金会现场总线同样采用了简化的ISO/OSI参考模型，具有典型的三层结构，即物理层（PHL）、数据链路层（DLL）以及应用层（APL），后两者统称为“通信栈”。此外，与ISO/OSI 参考模型不同的是，基金会现场总线不仅指定了通信标准，而且还对使用总线通信的用户应用进行了规范，形成了独有的用户应用层（User Application Layer），简称用户层。虽然这会使协议规范内容变得复杂，但却为不同厂商设备间的可相互操作性带来了方便，并使各厂产品的独有功能在用户层上更易于实现。

5.通信设备类型（3层）

依据现场设备在基金会现场总线内可能承担的角色不同，可将现场设备分为三类，即基本设备、链路主设备(Link Master，简称“LM”)以及网桥。凡有能力成为LAS的设备均称为链路主设备,均有机会充当LAS。网桥属于网络链接设备，除具有LM的功能外，主要用于网段链接。

凡没有能力成为LAS的设备称作基本设备.

6.链路活动调度器

链路活动调度器LAS拥有总线上所有设备的信息，由它来掌管总线段上的各设备对总线的操作。任何时刻每个总线段上都只有一个LAS处于工作状态，总线段上的设备只有得到LAS 的许可，才能向总线上发送数据。

链路活动调度器应具有以下五种基本功能：

(1)向设备发送强制数据CD。调度表内只保存要发送CD的请求，其余功能函数都分散在各调度实体之间。

(2)向设备发送传递令牌PT，使设备得到发送非周期数据的权力。

(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PT的响应，当设备既不能随着PT顺序进入使用，也不能将令牌返还时，就从活动表中去掉这些设备。

7.通信活动（2个）

基金会现场总线的通信活动被分为两类：受调度通信和非调度通信。

第七章

1.PROFIBUS 应用领域

?PROFIBUS DP：

分布式外设

主要应用于制造业自动化系统中单元级和现场级设备高速通信。

?PROFIBUS PA：

过程自动化

电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。

?PROFIBUS FMS：

现场总线报文规范

主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。

2.RPOFIBUS的好处

一、节省硬件和安装费用

?减少硬件成份（I/O、终端块、隔离栅）

?更容易、更快捷和低成本的安装

二、节省工程费用

?更容易组态（对所有设备只需一套工具）

?更容易保养和维修

?更容易和更快捷的系统起动

三、更大的制造灵活性

?改进功能

?减少故障时间

?准确、可靠的诊断数据

?可靠的数字传输技术

3.PROFIBUS 网络的构成

4.协议结构

物理接口

6.数据传输特点

高速（H2），RS 485

依据RS 485，异步NRZ传输

波特率从9.6kBit/s到12MBit/s,可选双绞屏蔽电缆

每段32个站，最多允许127个站

距离：12MBit/s=100m; 1.5MBit/s=400;小于等187.5KBit/s=1000m;

有中继器距离可延长到10公里

9针，D型插头

低速（H1）IEC 1158-2

同步Manchester编码,31.25kBit/s

本质安全（可选）和通过总线对站供电（可选）

屏蔽或非屏蔽的双绞电缆

第一段距离达1900米，用中继器可延长到10公里

最多127个站，每段10=32个设备

（依赖于EX类型和供电消耗）

7.PROFIBUS总线存取协议

1.PUOFIBUS 总线访问协议（第二层）对三种PUOFIBUS 版本（FMS/DP/PA）均相同

2.这使通令透明和FMS/DP/PA网络区域容易组合

3.因为FMS/DP使用相同的物理介质（RS-485/FO），因此它们能组合在同一根电缆上。PROFIBUS介质存取控制MAC的基本要求：

在主站间通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务；

在主站和从站间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。

8. 总线访问协议的特征

混合总线访问协议:

主站间的逻辑令牌环

从站间的主从协议

主站:

主动站在一个限定时间内（Token Hold Time)对总线有控制权

从站:

从站只是响应一个主站的请求，它们对总线没有控制权

9.PROFIBUS_DP定义的三种设备类型

DP-1类主设备（DPM1）

?中央控制器，它与分散的I/O设备（DP-从）交换数据；

?允许若干个DPM1，典型的设备是PLC，PC，VME。

DP-2类主设备（DPM2）

?组态、监视或工程工具，它被用来设定网络或参数/监视DP-从设备。DP- 从设备

?直接连接I/O信号的外围设备；

?典型的设备是输入、输出、驱动器、阀、操作面板等等。

10.通信模式

?点对点(用户数据传送)或广播(控制指令)

?循环主—从用户数据传送

?非循环主—主数据传送

11. 耦合器的功能：段耦合器在不同的传输技术之间提供一个网关

DA/PA耦合器

12. PROFIBUS—FMS应用层包括以下两个部分：

1、FMS: 现场总线信息规范(FMS)描述通信对象和服务；

2、LLI: 低层接口(LLI)用于将FMS适配到第2 层。

13.PROFIBUS-FMS协议结构

第八章

1.什么是Lon；LonTalk协议；神经元芯片

（1）LON(Local Operating Network)总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络，广泛应用在工业、楼宇、家庭、能源等自动化领域。

（2）Lonworks 使用的开放式通信协议LonTalk为设备之间交换控制状态信息建立了一个通用的标准。LonTalk协议最大的特点是对OSI的七层协议的支持，是直接面向对象的网络协议。

（3）神经元芯片(Neuron chip)：是LonWorks技术的核心，它不仅是LON总线的通信处理器，同时也可作为采集和控制的通用处理器，LonWorks技术中所有关于网络的操作实际上都是通过它实现的。

（4）Lonworks网络的特点（作业题）

2.神经元芯片的硬件结构

三个CPU各自的功能及对应的层次结构

（1）MAC通信处理器完成介质访问控制，也就是ISO的OSI七层协议的第1和2层，这其中也包括碰撞回避算法。它和网络CPU间通过使用网络缓冲区达到数据的传递。

（2）网络处理器完成OSI的第3～6层网络协议，它处理网络变量、地址、认证、后台诊断、软件定时器、网络管理和路由等进程。

（3）应用处理器完成用户的编程，其中包括用户程序对操作系统的服务调用。

（4）在神经元芯片中，每个CPU都有自身的寄存器组，但所有的CPU都可以通过使用存储器和算术逻辑单元ALU共享数据。

3.收发器的类型

双绞线收发器、电源线收发器、电力线收发器、无线收发器、光纤收发器

（1）双绞线收发器

直接驱动使用神经元芯片的通信端口作为收发器，同时加入电阻和瞬态抑制器作为电流限制和静电放电ESD保护。

EIA485常用电气接口，其共模电压优于直接驱动，逊与变压器耦合

变压器耦合接口能够满足系统的高性能、高共模隔离、同时具有噪声隔离的作用。

（2）电力线收发器

电力线收发器，是将通信数据调制成载波信号或扩颇信号，然后通过耦合器耦合到220v或其他交直流电力线上，甚至是没有电力的双绞线。

4.Lonwork路由器作用

1）扩展通道容量；

2）连接不同的通信介质和波特率；

3）提高LON总线的可靠性；

4）全面提高网络性能

5.LonTalk协议

LonTalk协议是LON总线的专用协议，是LonWorks技术的核心。它符合1SO/OSI参考模型的七层体系结构，即含有物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

?物理层：定义通信信道上位流的传输，它确保源设备发送的位流准确地被目的设备接收。

?数据链路层：定义介质访问方法和单一信道的数据编码。

?网络层：定义设备名称和地址，源设备的报文如何选择路由到达一台或多台目的设备，以及当源设备和目的设备不在同一信道上时，如何确定报文路由。

?传输层：确保可靠的报文传输。

?会话层：对较低层数据交换加以控制。

?表示层：定义报文数据的编码。

?应用层：定义一种低层交换数据的公共语义解释，使不同应用程序中的网络变量改变时，均能自动将更新的网络变量值下传(发送)或上传(接收)。应用层还定义了一个

文件传输协议，用来传输应用程序间的传输流。

6.LonTalk协议的网络地址结构

LonTalk地址唯一地确定一个LonTalk数据包的源节点或目标节点，路由器则利用这些地址在信道之间选择数据包的传输路径。为了简化路由选择，LonTalk协议定义了分级的网络地址形式：域(Domain)、子网(Subnet)、节点(Node)地址、组地址。

1）域（domain）地址

?域是一个信道或多个信道上的节点的逻辑集合。一个域就是一个实际意义上的网络，通信只能在同一域中配置的节点之间进行。

?多个域可以占用同一个信道，所以，域地址可以用来隔离不同网络上的节点。域的结构可以保证在不同的域中通信是彼此独立的。

?域标识符是唯一的。

2）子网(Subnet)地址

?一个子网是在同一域中节点的逻辑集合，是一个或多个通道的逻辑分组。一个子网最多可有127个节点，一个域最多可有255个子网。一种子网层的智能路由器产品可以实现子网间的数据交换。子网中的所有节点必须在同一信道上，如果一个节点属于两个域，该节点必须属于每个域中的一个子网。

3）节点（Node）地址

?节点地址是节点被赋予的所属子网内的唯一的节点标识码。节点的标识码为7位，所以每个子网最多可以有127个节点。一个域中最多可以有32385个节点（255×127）。任一节点可以分属一个或两个域，容许一个节点作为两个域之间的网关(gateway)，也容许一个节点将采集来的数据分别发向两个不同的域。

4）组（Group）地址

?组是一个域内节点的逻辑集合。与子网不同，组不需要考虑节点的物理位置。组可以包括路由器，一个组可在一个域中跨越几个子网，或几个通道。每一个组对于需应答服务的节点最多可包含64个，而对无应答服务的节点个数不限，一个节点最多可以属于15个组，一个域最多可以有256个组。组地址的长度为1个字节。分组结构可以使一个报文同时为多个节点所接收。

5）芯片地址（Neuron ID）

?每一个神经元芯片有一个独一无二的48位ID地址，这个ID地址是在神经元芯片出厂时由厂方规定的，这个ID码是唯一的。一般只在网络安装和配置时使用，可以作为产品的序列号。节点也可以用Neuron ID寻址。

7.网络变量的服务、网络变量的使用

网络变量是LonTalk协议中表示层的数据项，网络变量可以是单个的数据项（Neuron C变量），也可以是一个数据结构或数组，其最大长度可达31个字节。网络变量用关键字Network 在应用程序中定义，每一网络变量都有其数据类型。对于基于神经元芯片的节点来说，当定义为输出的网络变量改变时，能自动地将网络变量的值变成应用层协议数据单元（APDU）下传并发送，使所有把该变量定义为输入的节点收到该网络变量的改变。当收到信息时，能根据上传的APDU判断是否是网络变量，以及是哪一个输入网络变量并激活相应的处理进程。

网络变量

?应用程序可以定义一个特殊的静态对象类——网络变量。网络变量的传送是通过LonTalk协议来完成的，对用户来说是透明的，网络变量提供了一个非常灵活的由系统中节点操作分布数据的方法。

?网络变量可以是整型、字符型或结构等类型。网络变量可以与一个或多个其他节点的网络变量互连。

?节点的数据可以通过网络变量进行共享。

?网络变量需要一个互联（Binding）的过程——将不同节点的同类型的网络变量互连在一起。

网络变量的使用：

?应用程序首先对输出网络变量赋值，然后调度程序构造这个网络变量并将该消息传递到网络层，网络层将地址信息附加到消息中后将消息传递到MAC层，MAC层再将该层的信息附加到网络变量中，最后将消息发送到通道上。当该网络变量消息被网络上任一节点接收后，消息包被拆开，MAC层证实消息的有效性，网络层检查消息中的地址信息是否是发向本节点的消息。

8. Neuron C概述

?LON系统是由神经元芯片为核心的各种节点构成的。LonWorks为产品开发者、系统集成商和最终用户提供了用于研制、构建、安装和维护控制网络所需要的所有支持，这种一步到位的解决方案十分有利于用户将主要精力集中在所擅长的应用层的开发工作上。而应用层的软件可在Node Builder或Lon Builder开发系统下，采用一种专门的编程语言Neuron C。

?Neuron C语言的主要特点包括：内部多任务调度程序、Run_Time函数库、I/O对象的定义、网络变量的定义、“When”语句、显示报文传递、针对ms和s计时器对象的语句。

?利用Neuron C语言，可简易地开发基于网络的应用系统。例如，该语言对不同节点所定义的变量都可简单地作为本地变量一样使用，只需在系统联调时给予互联即可。

?Neuron芯片的任务调度程序采用的是事件驱动方式，当给定的一个条件为真时，与该条件相关联的一段程序代码将被执行。因此Neuron C不再使用main()函数结构，而是代之以由When语句和函数组成的Neuron C程序的可执行对象。

?定义在When语句中的时间一般有预定义事件和用户定义事件两种类型。

第九章

1.什么是工业以太网

?工业以太网源于以太网、而又不同于普通以太网

?将普通以太网改进为适合工业应用环境

?添加控制应用功能、形成基于以太网通信的测量控制网络?工业以太网是工业应用环境下信息网络与控制网络的结合体

2.工业以太网与OSI的通信参考模型对比

3.以太网进入工控领域的优势

?价格优势：由于信息网络的存在和以太网的大量使用，使得其具有价格明显低于控制网络相应软硬件的特点，如网卡

?技术优势：技术成熟、易于得到、技术深入人心，已为许多人掌握。

?有利于企业网络的信息集成，便于与上层网络的连接，便于与外界沟通信息

?工业以太网沿用现有以太网技术可发挥其上述优势。

?工业以太网的标准化工作目前一是集中在应用层，二是致力于在数据链路层实现实时以太网

?工业以太网目前还没有一致的定义与规范

4.工业以太网是一系统称

?以太网的由来与标准

–以太网最早由Xerox 开发，后经数字仪器公司、Intel公司联合扩展，形成局域网标准

–IEEE802.3就是以这个技术规范为基础制定的

?以太网的通信参考模型

–按OSI开放系统互连参考模型的分层结构，以太网只包括通信模型中的物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层

?工业以太网含盖了一系列技术

–以太网规范（物理层与数据链路层）

–TCP/IP（网络层的网际互连协议IP；传输层的传输控制协议TCP；用户数据报协议UDP）。属TCP/IP协议组下层协议

–应用层上的SMTP、DNS、FTP、HTTP、动态网页发布等；属TCP/IP协议组的上层协议

5.工业以太网应用需要解决的关键问题

1、通信实时性问题

CSMA/CD的媒体访问控制方式不能满足一些控制场合的实时性要求

2、对环境的适应性与可靠性的问题

接插件、集线器、交换机等是为办公应用设计的，不适应工业现场恶劣环境的要求；

还要考虑到在工业环境下的安装要求，例如采用DIN导轨式安装等；如RJ45一类的连接器，在工业上应用太易损坏，应该采用带锁紧机构的连接件，使设备具有更好抗振动、抗疲劳能力。

3、总线供电

在控制网络中，现场控制设备的位置分散性使得它们对总线有提供工作电源的要求。现有的许多控制网络技术都可以利用网线对现场设备供电。工业以太网目前没有对网络节点供电做出规定。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对供电。一般在工业应用环境下，要求采用直流10~36V低压供电。

4、本质安全

工业以太网如果要用在一些易燃易爆的危险工业场所，就必须考虑本安防爆问题。这是在总线供电解决之后要进一步解决的问题。

6.工业以太网解决非确定性通信问题的措施

?通信的实时性

–以太网采用的CSMA/CD随机访问、平等竞争的介质访问控制方式具有不确定性（nondeterministic）

工业通讯与网络知识题

习题（一）一、判断题（每空2分，共20分） 1.工业控制网络是计算机网络技术、通信技术与控制技术相结合的产物。（） 2.模拟信号传输的优点是精度高，但易受干扰。（） 3.实时性表现在对外部事件能及时地响应并做出相应的处理，不丢失信息、不延误操作。（）4.现场总线是综合运用微处理器技术、网络技术、通信技术和自动控制技术的产物。（） 5.在涉及系统实际数据传送能力时，使用比特率。（） 6.曼彻斯特码属于不归零码。（） 7.基带网的线路工作方式一般只能为双工方式。（） 8.网络层负责将逻辑地址和名字转化为物理地址，交给数据链路层处理。（） 9.在异步TDM中，时间片是预先分配好的。（） 10.共享式局域网是各站点共享传输媒介的带宽。（）二、选择题（每题2分，共20分） 1、通信是两点或多点之间借助某种传输介质以（）形式进行信息交换的过程。 A、十进制 B、二进制 C、八进制 D、十六进制

2、香农公式的正确表达方式是（）。 A、错误!未找到引用源。 B、错误!未找到引用源。 C、错误!未找到引用源。 D、错误!未找到引用源。 3、下述选项中不属于模拟数据编码方式的是（）。 A、时间键控（TSK） B、幅移键控（ASK） C、频移键控（FSK） D、相移键控（PSK） 4、下述选项中不属于HART通信协议层次的是（）。 A、物理层 B、数据链路层 C、传输层 D、应用层 5、为了保持发送设备和接收设备的同步，HART采用的通信模式是（）。 A、异步模式 B、同步模式 C、并行模式 D、串行模式 6、HART通信协议支持的设备类型有（）。 A、主设备 B、从设备 C、成组模式从设备 D、主设备、从设备、成组模式从设备 7、下述选项中，不属于HART协议的三种帧的是（）。 A、主设备到从设备或成组模式从设备的帧 B、从设备到成组模式从设备的帧 C、从设备到主设备的帧 D、成组模式从设备到主设备的帧 8、实现数字数据的模拟传输的通信设备是（） A、路由器 B、交换机 C、网卡 D、调制解调器 9、通信系统按通信方式分为三种，它们是（） A、单工 B、半双工 C、双工 D、以上都对

2010年春季学期《工业控制网络》试题

哈工大 2010 年春季学期工业控制网络试题A 一、填空题（共5分，每空0.5分） 1、罗克韦尔推出的现场总线控制系统的三层网络结构，其设备层、控制层、信息层三层网络分别为：DeviceNet 、ControlNet 、 EtherNet/IP 。 2、传输介质的特性主要包括：物理特性、传输特性、连通特性、地理范围、抗干扰性、相对价格。 3、DeviceNet 现场总线网络上节点数最多可达64个，支持 125kbps 、250kbps 、500kbps 三种波特率。二、单选题（共5分，每小题 1分） 1、下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？ A. L onworks B. HART C. C C-Link D. Sensoplex2 答：（ A ）第 1 页（共 11页）

试题：工业控制网络班号：姓名： 2、CAN控制器接口PCA82C250的作用可归纳为： A. 驱动和隔离 B. 驱动和保护 C. 保护和隔离 D. 以上都不是答：（B ） 3、独立CAN控制器SJA1000采用BasicCAN模式，关于其接收滤波公式，下列表述正确的是： A. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)同或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收 B. (ID.10-ID.3)先和(A C.7-AC.0)异或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收 C. (I D.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位同或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收 D. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位异或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收答：（C ） 4、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？ 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 答：（D ） 5、ControlNet现场总线是由下面哪个公司推出的： A. S iemens B. Boeing C. R ockwell D. Fisher-Rosemount 答：（C ）第 2 页（共11页）

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）；

工业控制网络复习题

题型有概念10分、填空30分、选择10分、判断10分、挑错10分、计算，简答共30分一．概念（名词解释） 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．DC S:集中采集控制系统和集散控制系统 3．FCS:现场总线控制系统 4．TCP：传输控制协议 5．UDP：用户数据报协议 6．UCMM：未连接报文管理器 7．NUT：网络更新时间二．填空或简答 1．现场总线的优点，特点（1）现场总线的特点：现场总线是现场通信网络；现场总线是数字通信网络；现场总线是开放互连网络；现场总线是现场设备互连网络；现场总线是结构与功能高度分散的系统；现场总线是现场设备的互操作性与互换性网络（2）优点：导线和连接附件大量减少；仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少；设计、安装和调试费用大大降低；维护开销大幅度下降；系统可靠性提高；系统测量与控制精度提高；系统具有优异的远程监控功能；系统具有强大的（远程）故障诊断功能；设备配置、网络组态和系统集成方便自由；现场设备更换和系统扩展更为方便；为企业信息系统的构建创造了重要条件 2．现场总线系统

3．现场总线国际标准，中国标准国际标准：IEC61158：工业控制系统用现场总线（Fieldbus for use in industrial Control System）IEC62026：低压开关设备和控制设备（Low-V oltage Switchgear and Controlgear）用现场总线（设备层现场总线） ISO11898：道路交通工具－数字信息交换－用于高速通信的控制器局域网（CAN）ISO11519：道路交通工具－低速串行数据通信中国标准： GB/T20540-2006 测量和控制数字式数据通信工业控制系统用现场总线3：PROFIBUS GB／T18858.1－2002 低压开关设备和控制设备控制器－设备接口(CDI)第1部分总则 GB／T18858.2－2002 低压开关设备和控制设备控制器－设备接口(CDI)第2部分执行器-传感器接口（AS-i） GB／T18858.3－2002 低压开关设备和控制设备控制器－设备接口(CDI)第3部分DeviceNet 4．OSI参考模型的层对应关系（那个协议属于哪层） 5．TCPIP传输层的层对应关系（那个协议属于哪层）

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19.2kbit/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1200m，采用MAX485芯片。 13·网络访问控制协议：时分多路访问法；查询法；令牌法；带有冲突的载波帧听多路访问法；扩展环形法。 14`PROFIBUS的三个兼容的协议：PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA PROFIBUS-FMS 15·总线存取控制机制的系统配置：纯主--主系统（令牌传递机制）纯主—从系统（主从机制）混合系统 16·PROFIBUS-DP的设备类型：一级DP 主站；二级DP主站；DP从站17·PROFIBUS控制系统的组成：一类主站；二类主站；从站 18·现场设备是否具有profibus接口可分为三种形式：总线接0型；单一总线型；混合型。 19·西门子S7-300有哪些模块：电源模块ps；CPU模块；SM模块；IM模块；FM 模块；CP模块。 20`step-7功能：项目管理；硬件组态，网络组态；软件编程；运行监控。21·step-7组成：SIMATIC Manager ；符号编辑器；硬件配置；通信；信息功能。22·step-7软件的三中编程语言：梯形图；功能块图；语句表。 23·WinAC的功能：控制功能；计算功能；可视化功能；网络功能；工艺技术功能。24·WinAC的特点：提高处理性能；满足实时性能；简化通信接口；降低网络负担；易于集成用户控制要求；编程调试简单方便；节省投资成本；节约安装空间。

西南科技大学2014-2015年-《工业控制网络与现场总线技术》期末复习题

西南科技大学2014-2015年《工业控制网络与现场总线技术》期末复习题一、填空题 1. 按照地理分布距离和覆盖范围来看，计算机网络可以分为广域网、城域网和局域网。 2. 光纤分为单模和多模两种类型，其传输原理都是基于光的全反射。 3. 工业自动化网络控制系统不单单是一个完成数据传输的通信系统，还是一个借助网络完成控制功能的自控系统。 4.工厂自动化网络的分层结构为_现场设备层、车间监控层和工厂管理层三个层次。 5. 参照ISO/OSI标准模型，CAN通信模型包括物理层和数据链路层两层。 6. CAN的报文帧有以下四种类型：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。 7. 同步是数据传输中必须要解决的重要问题，在报文帧的传送过程中有三种同步方式：位同步、字同步和帧同步。 8.工业控制系统经历了基地式仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统等主要阶段。 9.CAN总线是有效支持分布式实时控制的串行通信网络，从定位时的同步方式考虑，它属于异步通信。 10.现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现场设备或现场仪表互连的通信网络，是现

场通信网络与控制系统的集成。 11.CAN总线支持位仲裁的介质访问方式，是多主工作方式。 12.CAN通信协议规定了4种不同类型的帧：数据帧，远程帧，错误帧，过载帧。 13.CAN总线上用显性和隐性两个互不的逻辑值表示0和1。 14.CAN协议可以检测到位错误，填充错误，CRC错误，格式错误，应答错误。 15. CAN总线是多主工作方式，任意节点可以主动发送信息。通过非破坏性总线仲裁机制解决多节点同时发送时的冲突问题。 16.CAN的ISO/OSI参考模型包括两层：数据链路层、物理层。 17.CAN空闲时网络电平保持隐性1位。 18.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。 19.RS-422接口通信需要4根线，它是全双工的，RS-485接口通信需要2根线，它是半双工的。 20.Modbus基于串行链路的通信方式有ASCII和RTU。 21.PROFIBUS-DP协议的两个主要部分是用户接口层和直接数据链接映射层。 22.目前的PROFIBUS标准IEC61158提供了三种传输方式：双绞线、同轴电缆、光纤。 23.基于PROFIBUS的远程监控系统由三层组成：底层控制层、SCADA层（现场监控层）、远程监控层。 24.CAN的直接通信距离最远达10km ，通信速率最高可达1Mbps。

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。

工业控制网络习题

一、绪论 1. 与普通计算机网络相比，工业控制网络具有哪些特点？实时性、稳定性、安全性 2. 现场总线的定义：一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术 3. 判断题：工业以太网具有更高的传输速率，因此可以完全取代现场总线协议（x ）错误，现场总线主要用于底层现场设备间互联，工业以太网主要用于上层信息系统集成。 4. 网络控制系统具有哪些优点？A、结构简单，安装、维护方便b、信息集成度高c、现场设备测控功能强 5. 控制网络和信息网络的集成，有哪几种实现方式？硬件实现、dde实现、统一协议标准实现、数据库访问技术实现、opc技术实现二、CAN总线 1.CAN协议可以划分为CAN对象层层、CAN传输层层和物理层； 2.CAN的4种帧类型分别为：数据帧，远程帧，错误帧和过载帧 3.CAN的数据帧由SOF、仲裁域、控制域、数据域、校验域、应答域和帧尾组成，其中校验域是根据SOF到数据域结束的数据计算得到的15 位的crc 校验码。 4. CAN总线中显性电平表示数字逻辑0 ，隐性电平表示数字逻辑 1 。 5.MCP2515属于（Ｃ） A．CAN控制器接口芯片； B.CAN控制器驱动芯片； C.独立CAN控制器芯片； D. 集成了CAN控制器的单片机 6.CAN总线使用的数据编码为（Ｂ） A．归零码（RZ）；B. 不归零码（NRZ）；C. 曼彻斯特编码；D. 差分曼彻斯特编码7.CAN总线的终端匹配电阻值为（Ｄ） A．50Ω； B. 60Ω；C. 100Ω；D. 120Ω 8.CAN 总线协议2.0B规定扩展帧的标志位有（Ｄ） A．8位； B.11位；C.18位；D.29位 9.下面关于TJA1050的特征描述不正确的一项是（Ｃ） A．最高传输速度可达1Mbps； B. 输入级兼容3.3V和5V电平； C.最多可以连接110个节点； D. TXD有防止钳位在显性电平的超时功能。 10.在CAN总线中，当错误计数值大于（Ａ）时，说明总线被严重干扰。 A. 96 B. 127 C. 128 D. 255 11.MCP2515与单片机间的通信采用了下面哪一种接口？（Ｄ） A. 并口 B.1-wire C. I2C D. SPI 12.下面哪种说法是错误的（Ｃ）。 A、CAN总线协议被广泛用于汽车工业。 B、CAN为多主工作方式，而且不分主从 C、CAN采用破坏总线仲裁技术 D、CAN的直接通信距离可达10Km 13.CAN总线的全称是( Ａ) A．Controller Area Network B. Common Auto Network C. Complex Area Network D. Chinese Advanced Network 14.CAN总线通信参考模型中定义了OSI模型中的（Ｃ） A．物理层、应用层； B. 物理层、传输层、应用层 C．物理层、数据链路层；D. 物理层、数据链路层、应用层

工业控制网络复习资料题

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。

工业控制网络复习题

《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。

哈尔滨工业大学工业控制网络试题A

工业控制网络试题A

一、判断题（5分，每小题0.5分） 1、载波监听多路访问/冲突检测机制和令牌访问控制方式属于两种不同类型的介质访问控制方式。答：（对） 2、DeviceNet 网络可上可以容纳多达128个节点，每个节点支持的I/O 数量没有限制。答：（错） 3、在DeviceNet 现场总线中，实例ID 值0表示类本身。答：（对） 4、CAN 已成为国际标准ISO11898和IEC62026。答：（错） 5、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逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层。答：（对） 6、CAN 数据帧中的远程发送请求位即RTR 位为隐性。答：（错）第 1 页（共 11 页）试题：工业控制网络班号：姓名： 7、所有DeviceNet 模块均被要求参与一个重复MAC ID 检验算法。答：（对） 8、ControlNet 现场总线采用生产者/消费者网络模型，支持位选通、轮询、状态改变/周期等I/O 数据触发方式。答：（错） 9、双绞线各个线对螺旋排列的主要目的是使各线对之间的电磁干扰最小。答：（对）

10、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、会话层和应用层。答：（错）二、单选题（共10分，每题1分） 1、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，1次采样时其采样点位于 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的终点答：（ C ） 2、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国际标准？ A. IEC61158 B. IEC62026 C. ISO11898 D. ISO11519 答：（ B ） 3、在DeviceNet中，报文组被分为几组？ A. 2 B. 3 C. 4 D. 以上都不是答：（ C ）第2 页（共11 页）试题：工业控制网络班号：姓名： 4、DeviceNet的网络速度为250kbps时，总线长度应为 A. 125m B. 250m C. 500m D. 以上都不是答：（ B ）

《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

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）。

西南科技大学《工业控制网络与现场总线技术》期末复习题

12.CAN通信协议规定了4种不同类型的帧：数据帧，远程帧，错误帧，过载帧。 13.CAN总线上用显性和隐性两个互不的逻辑值表示0和1。 14.CAN协议可以检测到位错误，填充错误，CRC错误，格式错误，应答错误。 15. CAN总线是多主工作方式，任意节点可以主动发送信息。通过非破坏性总线仲裁机制解决多节点同时发送时的冲突问题。 16.CAN的ISO/OSI参考模型包括两层：数据链路层、物理层。 17.CAN空闲时网络电平保持隐性1位。 18.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。 19.RS-422接口通信需要4根线，它是全双工的，RS-485接口通信需要2根线，它是半双工的。 20.Modbus基于串行链路的通信方式有ASCII和RTU。 21.PROFIBUS-DP协议的两个主要部分是用户接口层和直接数据链接映射层。 22.目前的PROFIBUS标准IEC61158提供了三种传输方式：双绞线、同轴电缆、光纤。 23.基于PROFIBUS的远程监控系统由三层组成：底层控制层、SCADA层（现场监控层）、远程监控层。 24.CAN的直接通信距离最远达10km ，通信速率最高可达1Mbps。 25.DeviceNe的应用层采用的是控制与信息协议（CIP）,CIP也是ControlNet/和Ethernet/IP所采用的应用层协议。 26.报文接受节点根据网络上报文的目的地址段是否与自己的地址相同，来判断报文是否是发给自己的。 27.CIP要发送的报文分为显式报文和隐式报文两种。

春季学期《工业控制网络》试题答案

哈工大 2009 年春季学期工业控制网络试题A 一、填空题（18分，每空0.5分） 1、ControlNet 的MAC 帧由前同步、起始界定符、源MACID 、链路数据包、 CRC 和结束界定符组成。ControlNet 使用隐形令牌传递机制获取媒体访问权。 2、DeviceNet 的位选通命令和响应报文可在一个主站与它的从站间传送少量的I/O 数据，而轮询命令和响应报文可在一个主站与它的轮询的从站间传送任意量的I/O 数据。 3、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 的网络速度可为 125 kbps 、 250 kbps 和 500 kbps ，总线长度最长可达 500 m 。 4、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。第 1 页（共 12 页）

5、CAN总线借助位填充或非归零码规则进行编码。CAN的总线长度最长可达10 km，通信速率最高可达1M bps。 6、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。 7、无证实服务包括请求和指示2个原语。 8、国际电工委员会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。 9、进入国际标准IEC62026的现场总线包括AS-i 、DeviceNet 、SDS 和Seriplex 。 10、模拟数据编码的三种编码方法为幅键键控ASK 、频移键控FSK 、和相移键控PSK。二、单选题（共14分，每题1分） 1、CAN总线定时寄存器1（BTR1）的BIT7位即SAM位为“1” 时，总线被采样 A. 1次 B. 2次 C. 3次 D. 4次答：（C ） 2、下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？ A. Lonworks B. HART C. CC-Link D. Sensoplex2 答：（A ）第2 页（共12 页）

2010年春季学期《工业控制网络》试题

工业控制网络试题A 一、填空题（共5分，每空0.5分） 1、罗克韦尔推出的现场总线控制系统的三层网络结构，其设备层、控制层、信息层三层网络分别为：DeviceNet 、ControlNet 、 EtherNet/IP 。 2、传输介质的特性主要包括：物理特性、传输特性、连通特性、地理范围、抗干扰性、相对价格。 3、DeviceNet 现场总线网络上节点数最多可达64个，支持 125kbps 、250kbps 、500kbps 三种波特率。二、单选题（共5分，每小题1分） 1、下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？ A. L onworks B. HART C. C C-Link D. Sensoplex2 答：（ A ）试题：工业控制网络班号：姓名： 2、CAN 控制器接口PCA82C250的作用可归纳为： A. 驱动和隔离 B. 驱动和保护 C. 保护和隔离 D. 以上都不是答：（ B ） 3、独立CAN 控制器SJA1000采用BasicCAN 模式，关于其接收滤波公式，下列表述正确的是：

A. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)同或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收 B. (ID.10-ID.3)先和(A C.7-AC.0)异或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收 C. (I D.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位同或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收 D. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位异或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收答：（C ） 4、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？ 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 答：（D ） 5、ControlNet现场总线是由下面哪个公司推出的： A. S iemens B. Boeing C. R ockwell D. Fisher-Rosemount 答：（C ）第 2 页（共11页）三、判断题（共5分，每小题1分） 1、FF、Profibus、FF HSE、P-Net、WorldFIP、SwiftNet、Ethernet/IP、PROFInet均进入“工业控制系统用现场总线”国际标准IEC61158（第3版）。答：（对）

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