第一章现场总线技术概述
1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？
大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。
2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？
包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分
3.现场总线的基本定义？
现场总线(Fieldbus)：是用于过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、控制器)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. 现场总线控制系统的技术特点。
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相对于DCS具有哪些优越性？
1．FCS实现全数字化通信 2．FCS实现彻底的全分散式控制 3．FCS实现不同厂商产品互联、互操作4．FCS增强系统的可靠性、可维护性 5．FCS降低系统工程成本
7. 分析现场总线的现状，展望其发展前景。
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(bus slaver)，也称基本设备。
2.总线操作过程的内容是什么？
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)，或者叫做一次总线操作。
3.寻址方式有几种？物理寻址逻辑寻址广播寻址
4.通信系统由哪几部分组成?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。它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。
信息源和接收者是信息的产生者和使用者
发送设备的基本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经过编码，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。它可以是无线的，也可以是有线的(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，各种电缆、光缆、双绞线等为有线传输介质。
接收设备的基本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，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。
5.通信方式按照信息的传输方向分为哪几种?
单工 (simplex)方式；半双工(Half duplex)方式；全双工 (Full duplex)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常用的数据表示方法？
调幅方式、调频方式、调幅方式
8.在数据通讯系统中，通常采用哪几种数据交换方式?
线路交换方式报文交换方式报文分组交换方式
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，构成一个封闭的环路。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理功能。
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. 介质访问控制方式主要有哪两种?说明各自的含义。
1.CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测) 。载波监听CSMA的控制方案是先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其他站的发送信号。如果介质是空闲的，则可以发送。如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。
2.令牌访问控制方式。令牌方式是一种按一定顺序在各站点传递令牌(Token)的方法。谁得到令牌，谁才有发报权。
11.什么样的现场设备可以作为现场控制网络节点？举出几个例子。
具有计算与通信能力的测量控制设备可以作为现场控制网络节点。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、物位等各种传感器、变送器；可编程逻辑控制器PLC； PID 等数字控制器；各种数据采集装置等。
12.现场控制网络完成哪些通信任务？
1.将现场运行的各种信息(现场设备的运行参数、状态以及故障信息等)传送到远离现场的控制室；
2.又将各种控制、维护、组态命令等送往位于现场的测量控制现场设备中；
3.现场级控制设备之间数据联系与沟通；
4.还要在与操作终端、上层管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？各层的主要功能是什么？
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(physical layer)主要是处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物理传输介质等问题。数据链路层(data link layer)的主要任务是加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(network layer)关系到子网的运行控制，其中一个关键问题是确定分组从源端到目的端如何选择路由。
传输层(transport layer)的基本功能是从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元，传递给网络层，并确保到达对方的各段信息正确无误。
会话层(Session layer)允许不同机器上的用户建立会话 (session)关系。
表示层 (presentation layer)完成某些特定功能，例如用一种大家一致同意的标准方法对数据编码。
应用层 (application layer)包含大量人们普遍需要的协议。
14.常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.物理层使用中继器 (Repeater)，通过复制位信号延伸网段长度
2.数据链路层使用网桥 (bridge)，在局域网之间存储或转发数据帧
3.网络层使用路由器 (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，使用网关 (gateway)进行协议转换，提供更高层次的接口
第三章 PROFIBUS总线
1、PROFIBUS由哪三个兼容部分组成？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还采用了第7层（应用层）,另外增加了用户层。
6、PROFIBUS的总线存取控制机制是什么？
主站之间采用令牌总线机制，主站与从站之间采用主从机制。
7、PROFIBUS-DP的主要功能是什么？
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)强大的诊断功能，三级诊断信息;
5)输人或输出的同步;
6)通过总线给DP从站赋予地址;
7)通过总线对DP主站 (DPM1)进行配置;
8)每个DP从站最大为246字节的输人和输出数据。
8、 PROFIBUS控制系统有哪几部分组成？（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或可做一类主站的控制器。一类主站完成总线通信与管理。
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传输技术的基本特征。
网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻；
传输速率： 9.6kbit/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使用
1. 组态及组态软件的概念
使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行待定任务，满足使用者要求的目的。
开发商事先开发好一套具有一定通用性的软件开发平台，生产若干种规格的硬件模块（如I/O模块、通信模块、控制模块），然后，再根据用户的要求在软件平台上进行二次开发以及硬件模块的连接。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.监控组态软件主要解决哪些问题?
（1）如何与采集、控制设备间进行数据交换；
（2）使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；
（3）处理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）为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；
（7）最终生成的应用系统运行稳定可靠；
（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。
可以工作在生产现场，并能适应本质安全防爆的要求，还可以通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。传输速率的典型值为31.25kbit/s。
2. 基金会现场总线通信模型只具备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备了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;数据链路层规定如何在设备间共享网络和调度通信;应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式。用户层则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，实现网络管理、系统管理等。
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.按照各部分在物理设备中要完成的功能可分为三大部分：
通信实体、系统管理内核、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、帧结束码。
7. FF总线通信设备类型按照各自的通信能力分为哪三类？
链路主设备、基本设备和网桥
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间表周期性依次发起的通信活动。（这种受调度通信一般用于在设备间周期性地传送控制数据。如在现场变送器与执行器之间传送测量或控制器输出信号。）和非调度通信：在预定调度时间表之外的时间，通过得到令牌的机会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
1.CAN总线最初是有BOSCH公司设计的。
2. CAN
1. 多主方式工作。网络上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，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，可满足不同的实时要求。
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出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。
4. 采用报文滤波。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.节点数主要取决于总线驱动电路，可达110个。
6.采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。
7.每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低。
3. CAN的通信模型只采用了ISO/OSI模型中的物理层和数据链路层。
4.CAN总线具有两种逻辑状态：隐形和显性。
5.CAN的最大传输速率：1Mbit/s；最远传输距离：10KM。
6. 数据链路层包括：逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子层（MAC）
7. 报文传送由哪4种不同类型的帧表示和控制？
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；出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。
思考题
1、现场总线的定义。
现场总线是指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
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。
组态工具软件——为用计算机进行设备配置、网络组态提供平台并按现场总线协议/规范与组态通信软件交换信息的工具软件，如RSNetWorx for DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP 。
组态通信软件——为计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使用的软件，如RSLinx
监控组态软件——运行于监控计算机(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。
监控组态软件可使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。当设备为控制器/PLC时，设备编程软件即为控制器编程软件，如RSLogix500（用于SLC500系列和ML系列控制器的32位基于Windows的梯形图逻辑编程软件）、RSLogix5000（用于Logix平台所包括的各种控制器（如Control LogixTM）的编程软件）。系统用户程序软件——根据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。该程序一般运行于作为主站的控制器中或计算机中。
设备接口通信软件——根据现场总线协议/规范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分）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、请给出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个现场总线的优点。
全数字性、精度高、抗干扰性强、内嵌控制功能、高速通信、多变量测量、多变量传送、系统综合成本低、真正的可互操作性、真正的分散控制、组态操作一致、具有强大的故障诊断功能、采用预测维护技术。
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、继电保
护和电力监控、物流制药、包装、石油化工、钢铁冶金、机器
人等
7、请用图解的形式描绘通信系统的组成, 以及各部分
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：基带传输是指在基本不改变数据信号频率的情况下，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，不采用任何调制措施。它是目前广泛应用的最基本的数据传输方式。局域网、控制局域网
特点：不用调制解调器 系统价格低廉 较高的数据传输速率（一般为1Mb/s ～10 Mb/s ） 传输距离一
般不超过25km 半双工方式或单工方式
载波（带）传输：在载波传输中，发送设备首先要产生某个频率的信号作为基波来承载信息信号，这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。
最基本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，随着多媒体技术的发展，计算机网络传输数据、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主要区别:一是数据传输速率不同，基带网的数据传输速率范围为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，能提供良好的通信路径。一般宽带局域网可与有线电视系统共建，以节省投资。10、当前控制网络所采用的几种网络结构,并写出其中三种结构的优缺点
局域网：（1ocal area network），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计算机和工作站，以便共享资源（如打印机）和交换信息。LAN的覆盖范围比较小，这意味着即使是在最坏情况下其传输时间也是有限的，并且可以预先知道传输时间。知道了传输的最大时间，就可以使用某些设计方法，而在其它情况下是不能这样做的。这同样也简化了网络的管理。以太网（Ethernet）是一种基于总线的广播式网络
城域网：（metropolitan area network），简称MAN，基本上是一种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。它可能覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市，支持数据和声音，不包含交换单元。MAN有一个分布式队列双总线DQDB（distributed queue dual bus）标准。
广域网：（wide area network），称为W AN，是一种跨越大的地域的网络，通常包含一个国家或州。运行用户应用程序的主机（host）通过通信子网（communication subnet，或简称子网）连接。
无线网：所谓无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，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，可以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（inter network或internet）。常见的互联网是通过W AN连接起来的LAN集合。“互联网（intemet）”只代表一般的网络互联意思。而Internet（大写的I译为“因特网”）是指特定的世界范围的互联网，它被广泛地用于连接大学、政府机关、公司和个人用户。
11、请列写几种传输介质,并详细描绘其物理特性
双绞线：由按规则螺旋结构排列的两根或四根绝缘线组成。一对线可以作为一条通信线路，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）及外部保护层（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，各种玻璃和塑料可以用来制造光纤，其中用超高纯度石英玻璃纤维制作的光纤可以得到最低的传输损耗。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，就可以构成一条光纤通道，多条光纤组成一束就构成光纤电缆。
一、概念题 1、现场总线 现场总线是指安装在制造或过程区域的现场设备与控制室内的自控制装置 之间数字式、串行、多点通信的数据总线。 2、模拟数据编码 用模拟信号的不同幅度、频率、相位来表达数据的0、1状态。 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。 4、单极性码 信号电平是单极性的。 5、双极性编码 信号电平为正、负两种极性的。 6、归零码（RZ） 归零码在每一位二进制信息传输之后均返回零电平的编码。可以很方便地确定每个码元的界限和信号电平。 7、非归零码（NRZ） 非归零码在整个码元时间内维持有效电平。如果两个码元数据相同（例如都是1），则电平保持不变。而这种情况下要求区分每个码元的 电平就必须对每个码元的占用时间做精确确定。否则，就会带来不同步 的问题。 8、差分码 差分码用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”。变化为“1”，不变化为“0”。 9、基带传输 人们把数字数据信号固有的频带称为基带，相应的矩形脉冲信号称为基带信号。 10、载波传输 把数字基带信号记载到连续的高频载波上进行传输的系统叫载波传输或调制传输。 11、单工通信
数据单向传输（无线电广播） 12、半双工通信 数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机） 13、全双工通信 数据可同时双向传输（电话） 两个方向的信号共享链路带宽： 1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或 2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输 14、广播式网络 在广播式网络中，所有连网计算机都共享一条公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他的计算机都会“收听”到这个分组。 15、点到点网络 与广播式网络相反，在点到点网络中，每条物理线路连接一对计算机。 假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储与转发，直至目的结点。 采用分组存储转发与路由选择机制是点到点式网络与广播式网络的重要区别之一。 16、广播风暴 网络上的一个错误数据包的广播，它会引起多个主机立刻响应，一般说来，这种平等的错误数据包会引起风暴严重地成指数增长。 17、本质安全 18、总线供电 19、CSMA/CD 20、CTDMA 21、总线仲裁 二、填空题
《现场总线及其应用第2版主编郭琼课后习题答案》 机电职业技术学院电气工程系 作者：卡尔二毛第一章： 1.过程控制系统的发展经历了那几代控制系统？ 答：共5代。1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC）4.集散控制系统（DCS）5.现场总线控制系统（FCS） 2.阐述DDC控制系统的结构及工作过程？ 答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、输出设备组成。 工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合系统要求性能指标。 3.计算机在DDC控制系统中起什么作用？ 答：完成对生产过程的自动控制、运行参数监视等。 4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？ 答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。 输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。 5.计算机的软件包括哪两大类？各起什么作用？ 答：用户软件和系统软件。用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。 6.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？ 答：集散控制系统：由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机控制系统。核心思想：集中管理、分散控制。 7.简述集散控制系统的层次结构及各层次所起的作用？ 答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级； 分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。 集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。 综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。 8.生产过程包括哪些装置？ 答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。
1.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，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4-20mA模拟 信号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4~20mA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
一、单选题 1.若两台主机在同一子网中，则两台主机的IP地址分别与它们的子网掩码相“与”的结果一定（）C A．为全0 B ．为全1 C ．相同 D ．不同 2. 采用海明码纠正一位差错，若信息位为7位，则冗余位至少应为（）C A． 5位 B ．3位 C ．4位D． 2位 3. 采用曼彻斯特编码的数字信道，其数据传输速率为波特率的（）C A ．2倍 B ．4倍 C ．1/2倍D． 1倍 4.一个快速以太网交换机的端口速率为100Mbit/s，若该端口可以支持全双工传输数据，那么该端口实际的传输带宽为（）C A．100Mbit/s B． 150Mbit/s C．200Mbit/s D．1000Mbit/s 5.在常用的传输介质中，（）的带宽最宽，信号传输衰减最小，抗干扰能力最强。C A．双绞线B．同轴电缆 C．光纤 D．微波 6．集线器和路由器分别运行于OSI模型的（）D A．数据链路层和物理层B．网络层和传输层 C．传输层和数据链路层D．物理层和网络层 7. 在 TCP/IP 参考模型中TCP协议工作在（）B A．应用层B．传输层C．互连层D．主机-网络层 8．在不同的网络之间实现分组的存贮和转发，并在网络层提供协议转换的网络互连器称为（）。B A．转接器 B．路由器 C．网桥 D．中继器 9. 下面描述的内容属于配置管理的是（）。A A．监控网络和系统的配置信息 B．测量所有重要网络资源的利用率 C．收集网络管理员指定的性能变量数据 D．防止非授权用户访问机密信息 10. 路由器是____________的设备 C A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．传输层 11.路由器是一种常用的网络互连设备，它工作在OSI／RM的（1）上，在网络中它能够根据网络通信的情况（2），并识别（3） ,相互分离的网络经路由器互连后（4）。(1)C (2)A (3)B (4)D
1.发电机组并入电网后，应能迅速进入状态，其暂态过程要，以减小对电力系统的扰动。c A 异步运行，短B异步运行，长 C 同步运行，短D同步运行，长 2.最大励磁限制是为而采取的安全措施。d A 防止发电机定子绕组长时间欠励磁B防止发电机定子绕组长时间过励磁 C 防止发电机转子绕组长时间欠励磁D防止发电机转子绕组长时间过励磁 3. 当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压落后电网电压，则发电机。d A 发出功率，发电机减速B发出功率，发电机增速 C 吸收功率，发电机减速D吸收功率，发电机增速 4.同步发电机的运行特性与它的值的大小有关。d A 转子电流B定子电流 C 转速D空载电动势 5.自动并列装置检测并列条件的电压人们通常成为。a A 整步电压B脉动电压 C 线性电压D并列电压 6只能在10万千瓦以下小容量机组中采用的励磁系统是。b A 静止励磁机系统B直流励磁机系统 C 交流励磁机系统D发电机自并励系统 7. 自动低频减载装置是用来解决事故的重要措施之一。c A 少量有功功率缺额 B 少量无功功率缺额 C 严重有功功率缺额D严重无功功率缺额
8. 并列点两侧仅有电压幅值差存在时仍会导致主要为的冲击电流，其值与电压差成。b A有功电流分量，正比 B 无功电流分量，正比 C有功电流分量，反比D无功电流分量，反比 9.由于励磁控制系统具有惯性，在远距离输电系统中会引起。d A 进相运行B高频振荡 C 欠励状态 D 低频振荡 10.容量为的同步发电机组都普遍采用交流励磁机系统。d A 50MW以下 B 10万千瓦以下 C 10万兆瓦以上 D 100MW以上 11电网中发电机组在调速器的工作情况下是电网的特性。b A 功率特性B一次调频频率特性 C 二次调频频率特性 D 调节特性 12.调差系数δ〉0时为调差系数，调节特性为。a A 正，下倾B负，下倾 C 正，上翘 D 负，上翘 13.发电机并列操作中，当相角差较小时，冲击电流主要为。a A 有功电流分量B无功电流分量 C 空载电流分量D短路电流分量 14.调速器通常分为机械液压调速器和调速器。c A 电子液压调速器B电机液压调速器 C 电气液压调速器D电瓶液压调速器 15.对励磁系统进行分析，首先要求写出控制系统各个单元的。b
现场总线试题
1. 现在各种总线及标准不下二百种，其中 PROFIBUS现场总线、 FF现场总 线、 LONWORKS总线、 __ WorldFip现场总线、P-NET现场总线_ 等是具有一定影响和己占有一定市场份额的总线。 2．PROFIBUS 协议结构是以开放式系统互联网络为参考模型，该模型共有七层，PROFIBUS—DP定义了其中的_第一、二层和用户接口____。 3．利用OLM模块进行网络拓朴可分为三种方式_总线型、_星型 __、冗余环型 _ 。 4．有多种电源模块可以为S7-300 PLC和需要24V直流的传感器/执行器供电,如:PS305电源模块是直流供电, PS307电源模块是交流供电。 5．每个数字量模块的地址寄存器自动按__4 个字节分配,不管实际的I/O点数是否与之相同。 6．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。 7．OPT只适合连接__1__个无光纤接口的PROFIBUS站点到集成光纤接口的光纤网上,OBT是一个_有源的网络元件, 在网段里也是一个站点。8．PROFIBUS-DP系统行为有停止、清除、运行三种状态。 9.STEP7块的类型有组织块 ,功能 , 功能块 , 背景数据块、共享数据块 以及系统功能和系统功能块 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
10.PROFINET支持下列三种通信方式 TCP/IP标准通讯 , 实时（RT）通讯 , 同步实时（IRT）通讯。 11.STEP7中的数据类型分为三类基本数据类型 , 复杂数据类型和参数数据 类型。 12.PROFIBUS-DP系统可包括第一类DP主站设备 , 第二类DP主站设备 , DP从站设备三种不同设备 13.PROFIBUS-DP是一种现场级主从循环的通信, 用于自动控制系统和分 散的现场设备的通信, 可取代 24V DC 或 4—20mA 信号传输 14.PROFINET由PROFIBUS国际组织推出, 是新一代基于工业以太网的自 动化总线标准. PROFINET主要有两种应用方式 CBA 适合模块化分布式的应用; I/O 适合分布式智能站点之间通信的应用 15.一个S7-300站最多可以有一个主机架和三个扩展机架 16.RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种传输技术, 常称为H2, 采用的电缆 是屏蔽双绞线 17. RS485 , IEC1158-2 ,和光纤是PROFIBUS提供的三种数据传输类型 18.西门子PLC有三种类型的启动模式暖启动 , 冷启动和热启动 19.FC和FB的临时变量储存在系统的本地数据堆栈中, 当FC或FB调用完 毕后, 这些变量空间就会被释放126 , 因此临时变量仅在FC或FB调用期 间有效 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除
《现场总线》历年期末试卷答 一. 填空题 1.控制网络与计算机网络相比主要特点有：数据传输的及时性和系统响应的实时性、高可靠性及互可操作。 2.信号所含频率分量的集合称为频谱；频谱所占的频率宽度称之为带宽。 3.局域网常用的拓外结构有总线、星形和___环形__ _三种。著名的以太网（Ethernet）就是采用其中的___总线____结构。 4.按交换方式来分类，可以分为 _电路交换 _ 、 _报文交换__和__分组交换___三种。 5.开放系统互连参考模型OSI中，共分七个层次，分别是应用层、表达层、会话层、传输层、网络层、数据链路层 和物理层。 6.常用的有线通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆。 7. PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。 8. LonWorks拥有三个处理单元的神经元芯片：一个用于链路层的控制，一个用于网络层的控制，另一个用于用户的应用程序。 9 LonTalk协议提供了应答方式、请求/响应方式、非应答重发方式和非应答方式四种类型的报文服务。 10.FF现场总线的拓扑结构较灵活，通常包括点到点型、带分支的总线型、菊花链型和树型。 11. FF总线由低速（FF-H1）和高速(FF-HSE)两部分组成。 12. 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。 13. FF的网络管理主要由网络管理者、网络管理代理和网络管理信息库。 14.PROFIBUS的总线存取方式有：主站之间采用_令牌方式 _传送，主站和从站之间采用_ 主从方式_传送。 17. PROFIBUS的OSI模型由_应用层_ __、__数据链路层 _ __和_ 物理层 _ _组成三层模型。 18. CAN的ISO/OSI参考模型的层次结构分为数据链路层和物理层。 19.CAN控制器的验收滤波器由4个验收码寄存器和4个验收屏蔽寄存器定义。 20.CAN总线上用显性和隐形两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。 21.CAN报文的位流根据非归零编码方法来编码。 22. 验收滤波器的滤波模式包括单滤波模式、双滤波模式。 23.多路复用技术有时分多路、频分多路、码分多路。 24. CAN报文帧格包含11位标识符的标准帧和29位标识符的扩展帧。 二. 名词解析： 1．现场总线2.报文过滤3. 虚拟现场设备VFD 4.工业以太网5.本质安全技术6.链路活动调度器7.控制网络8. 计算机网络9. 总线仲裁：10.多路复用：11. 网桥：12.网络协议 1、现场总线：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。 2、报文过滤：一个用软件或硬件设备对向网络上传或下载的数据流进行有选择的控制过程。 3、虚拟现场设备VFD：应用进程中的网络可视对象和相应的OD 在FMS 中称为虚拟现场设备VFD。是一个自动化系统的数据和行为的抽象模型。它用于远距离查看对象字典中定义过的本地设备的数据, 其基础是VFD 对象。VFD 对象包含有可由通信用户通过服务使用的所有对象及对象描述。对象描述存放在对象字典中, 每个VFD 有一个对象描述。因而虚拟现场设备可以看作应用进程的网络可视对象和相应的对象描述的体现。 4、工业以太网是以太网、甚至是互联网系列技术延伸到工业应用环境的产物；工业以太网涉及企业网络的各个层次，无论是应用于工业环境的企业信息网络，还是基于普通以太网技术的控制网络，以及新兴的实时以太网，均属于工业以太网的范畴。 5、本质安全技术是指保证电气设备在易燃、易爆环境下安全使用的一种技术。它的基本思路是限制在上述危险场所中工作的电气设备中的能量，使得在任何故障的状态下所产生的电火花都不足以引爆危险场所中的易燃、易爆物质。 6、链路活动调度器：总线通信中的链路活动调度，数据的接收发送，活动状态的探测、响应，以及总线上各设备间的链路时间同步，都是通过数据链路层来实现。每个总线网段上有一个媒体嗯控制中心，称为链路活动调度器LAS。 7、控制网络：将多个分散在生产现场，具有数字通信能力的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，以现场总线作为通信连接的纽带，把现场控制设备连接成为可以相互沟通信息，共同完成自控任务的网络系统与控制系统。 8、计算机网络：用通信手段将空间上分散的、具有独立处理能力的多台计算机系统互连起来，按照某种网络协议进行数据通信，以进行信息交换、实现资源共享和协同工作的计算机系统的集合。 9、总线仲裁：总线在传送信息的操作过程中有可能会发生“冲突”。为解决这种冲突，就需进行总线占有权的“仲裁”。总线仲裁是用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。
一. 填空题 1.控制网络与计算机网络相比主要特点有：、及。 2.信号所含频率分量的集合称为频谱；频谱所占的频率宽度称之为带宽。 3.局域网常用的拓外结构有总线、星形和___环形__ _三种。著名的以太网（Ethernet）就是采用其中的___总线____结构。 4.按交换方式来分类，可以分为 _电路交换 _ 、 _报文交换__和__分组交换___三种。 5.开放系统互连参考模型OSI中，共分七个层次，分别是应用层、表达层、会话层、传输层、网络层、数据链路层 和物理层。 6.常用的有线通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆。 7. PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。 8. LonWorks拥有三个处理单元的神经元芯片：一个用于链路层的控制，一个用于网络层的控制，另一个用于用户的应用程序。 9 LonTalk协议提供了应答方式、请求/响应方式、非应答重发方式和非应答方式四种类型的报文服务。 10.FF现场总线的拓扑结构较灵活，通常包括点到点型、带分支的总线型、菊花链型和树型。 11. FF总线由低速（FF-H1）和高速(FF-HSE)两部分组成。 12. 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。 13. FF的网络管理主要由网络管理者、网络管理代理和网络管理信息库。 14.PROFIBUS的总线存取方式有：主站之间采用_令牌方式 _传送，主站和从站之间采用_ 主从方式_传送。 17. PROFIBUS的OSI模型由_应用层_ __、__数据链路层 _ __和_ 物理层 _ _组成三层模型。 18. CAN的ISO/OSI参考模型的层次结构分为数据链路层和物理层。 19.CAN控制器的验收滤波器由4个验收码寄存器和4个验收屏蔽寄存器定义。 20.CAN总线上用显性和隐形两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。 21.CAN报文的位流根据非归零编码方法来编码。 22. 验收滤波器的滤波模式包括单滤波模式、双滤波模式。 23.多路复用技术有时分多路、频分多路、码分多路。 24. CAN报文帧格包含11位标识符的标准帧和29位标识符的扩展帧。 二. 名词解析： 1．现场总线2.报文过滤3. 虚拟现场设备VFD 4.工业以太网5.本质安全技术6.链路活动调度器7.控制网络8. 计算机网络9. 总线仲裁：10.多路复用：11. 网桥：12.网络协议： 1、现场总线：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。 3、虚拟现场设备VFD：应用进程中的网络可视对象和相应的OD 在FMS 中称为虚拟现场设备VFD。是一个自动化系统的数据和行为的抽象模型。它用于远距离查看对象字典中定义过的本地设备的数据, 其基础是VFD 对象。VFD 对象包含有可由通信用户通过服务使用的所有对象及对象描述。对象描述存放在对象字典中, 每个VFD 有一个对象描述。因而虚拟现场设备可以看作应用进程的网络可视对象和相应的对象描述的体现。 4、工业以太网是以太网、甚至是互联网系列技术延伸到工业应用环境的产物；工业以太网涉及企业网络的各个层次，无论是应用于工业环境的企业信息网络，还是基于普通以太网技术的控制网络，以及新兴的实时以太网，均属于工业以太网的范畴。 5、本质安全技术是指保证电气设备在易燃、易爆环境下安全使用的一种技术。它的基本思路是限制在上述危险场所中工作的电气设备中的能量，使得在任何故障的状态下所产生的电火花都不足以引爆危险场所中的易燃、易爆物质。 6、链路活动调度器：总线通信中的链路活动调度，数据的接收发送，活动状态的探测、响应，以及总线上各设备间的链路时间同步，都是通过数据链路层来实现。每个总线网段上有一个媒体嗯控制中心，称为链路活动调度器LAS。 7、控制网络：将多个分散在生产现场，具有数字通信能力的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，以现场总线作为通信连接的纽带，把现场控制设备连接成为可以相互沟通信息，共同完成自控任务的网络系统与控制系统。 8、计算机网络：用通信手段将空间上分散的、具有独立处理能力的多台计算机系统互连起来，按照某种网络协议进行数据通信，以进行信息交换、实现资源共享和协同工作的计算机系统的集合。 9、总线仲裁：总线在传送信息的操作过程中有可能会发生“冲突”。为解决这种冲突，就需进行总线占有权的“仲裁”。总线仲裁是用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。 10、多路复用：在数据通信或计算机网络系统中，传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求，为了有效地利用通信线路，可以利用一条信道传输多路信号，这种方法称为信道的多路利用，简称多路复用。
现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词：现场总线技术、自动控制、发展趋势
第一章绪论 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义： 目前，公认的现场总线技术概念描述如下：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。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 2.2 现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。 （2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤岛"，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。 （3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 第三章现场总线的种类 从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛发展，出现了群雄并起、百家争鸣的局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、
1、通信方式按照信息的传输方向分类，不正确的是（）。 A. 单工方式 B. 半双工方式 C. 全双工方式 D.异步方式 2、通过复制位信号和延伸网段长度的网络设备是（）。 A. 网关 B. 路由器 C. 中继器 D.网桥 3、下列现场总线中，支持电力线传输的是（）。 A. Profibus-PA B. CAN C. DeviceNet D. LonWorks 4、SJA1000进入睡眠模式，下列说法错误的是（）。 A. 睡眠模式位为 1 B. 没有总线活动 C. 无中断 D. 发送数据 5、下列OSI模型中的（）不属于DeviceNet的通信模型。 A. 物理层 B. 网络层 C. 应用层 D.数据链路层 6、ISO11898标准支持最高传输速率为（）。 A. 5Kbps B. 125Kbps C. 500Kbps D. 1Mbps 7、DeviceNet总线两端应加终端电阻，其标准阻值为（）。 A. 75Ω B. 120Ω C. 200Ω D. 330Ω 8、CAN控制器接口PCA82C250的CAN总线系统，总线至少可连接（）个节点。 A. 32 B. 64 C. 110 D. 127 9、CAN总线使用的数据编码是（）。 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 10、MCP2515的SPI指令集中，复位命令是（）。 A. B. 11 C. 00000011 D. 00000000 11、在CAN总线技术规范中，扩展帧具有的标识符位数为（）。 A. 8位 B. 11位 C. 15位 D. 29位 12、SJA1000是（） 控制器接口芯片控制器驱动芯片 C.在片CAN控制器芯片 D.独立CAN控制器芯片 13、属于独立CAN控制器芯片的是（）。 A. C8051F040 B. P8Xc591 C. SJA1000 D. LPC2000 14、CANopen协议支持（）位标识符。
一、填空题 1、当CAN总线系统任意两节点间的最大传输距离为10000米时，传输速率为_____5kbps_______。当CAN总线系统传输速率为1000kbps 时，两节点间的最大传输距离___40m_________。 2、CAN总线报文传送由4种不同类型的帧表示，分别是数据帧、远程帧、错误帧、超载贞______，其中数据帧与远程帧的区别是，远程帧 的RTR位为______隐性/（1）___。 3、以太网与现场总线整合的方案分三种即__________、网关和代理服务器法和重建法。 4、CAN总线两端应加终值电阻，其值为___120n_______。 6、DeviceNet定义的通用对象包括标识对象、消息路由对象、______Devienet对象____和连接对象。 7、高速CAN收发器TJA1050有两种工作模式：高速模式和静音模式，如果将S引脚连接到VCC，则可以进入到_静音模式________。 8、DeviceNet网络最多允许_______64___ 个节点，网络通信采用_____生产者和消费者___________模型。 9、标准格式的CAN数据帧，不计填充位，最短为44位，最长为108位。若计填充位，最短为44位，最长为132位。 10、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、应答错误。 11、CAN总线在传输速率为5kbps及其以下时，传输距离可达10Km；传输距离在40m及其以下时，传输速率可达1Mbps。 12、CAN总线数据帧由7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束。 13、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____。 14、SJA1000有两种不同的协议模式，即BasicCAN模式和________PeliCAN_______。 15、DeviceNet支持的传输速率为125kbps、________150kbps_____和500bps。 16、PCA82C250的引脚8接地进入高速模式；引脚8接至____高电平___________进入低电流待机模式。 17、CAN总线数据帧由7个不同位域组成即：帧起始、________仲载域_____、控制域、数据域、______CRCP域_______、应答域和帧结 尾。 18、在PeliCAN模式下，接收缓冲区和发送缓冲器结构相同，并且__内部RAM________也相同。读操作访问______接收缓冲区_______， 写操作访问发送缓冲器。 19、CANopen协议中采用____11______位标识符，其默认的标识符分配方案称为预定义连接。 二、选择题（本题10分，每题1分） 1、CAN总线使用的数据编码是（ B ）。 A. 归零码（RZ） B.非归零码（NRZ） C. 曼彻斯特编码 D. 差分曼彻斯特编码 2、OSI通信模型中七层都具有的现场总线是（ A ）。 A. LonWorks B. CAN C. DeviceNet D. HART 3、在CAN总线2.0B技术规范中，扩展帧具有的标识符位数为（ D ）。 A. 8位 B. 11位 C. 15位 D. 29位 4、ISO11898对CAN总线典型电平规定如下，正确的是（ B ）。 A. 显性：V CAN–H＝V CAN–L＝2.5V，V diff =0V；隐性：V CAN–H＝3.5V,V CAN–L=1.5V, V diff =2V。 B. 隐性：V CAN–H＝V CAN–L＝2.5V，V diff =0V；显性：V CAN–H＝3.5V,V CAN–L=1.5V, V diff =2V。 C. 显性：V CAN–H＝1.75V,V CAN–L=3.25V, V diff =-1.5V；隐性：V CAN–H＝4V，V CAN–L＝1V，V diff =3V。 D. 隐性：V CAN–H＝1.75V,V CAN–L=3.25V, V diff =-1.5V；显性：V CAN–H＝4V，V CAN–L＝1V，V diff =3V。 5、属于独立CAN控制器芯片的是（ C ）。 A. C8051F040 B. P8Xc591 C. SJA1000 D. LPC2000 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（ C ）。 A. 11001100001b B. 11001101001 C. 11001000001 D. 11001000010 7、CANopen协议支持（ B ）位标识符。 A. 12 B. 11 C. 29 D. 32 8、SJA1000对控制段寄存器初始化工作在（ D ）下进行的。 A. BasicCAN模式 B. PeliCAN模式 C. 工作模式 D. 复位模式 9、（ B ）总线即传输数字信号又可传输模拟信号。 A. FF B. CAN C. DeviceNet D. HART 10、DeviceNet是基于连接的网络，下列属于报文组1的连接标识符（CID）是（ A ）。 A. CID=300 hex B. CID=400 hex C. CID=500 hex D. CID=600 hex 11、SJA1000进入睡眠模式，下列说法错误的是（ D ）。 1
《工业机器人电气控制与维修》（ISBN 978-7-121-29476-1）邢美峰主编卢彦林李伟娟副主编 电子工业出版社 练习题参考答案 习题1 1.什么是工业机器人？ 2.按照工业机器人的结构形式，可将工业机器人分为哪几类？各自特点是什么？ 3.按照工业机器人的驱动方式，可将工业机器人分为哪几类？ 4.工业机器人一般由哪几部分组成？ 5.工业机器人的编程一共有几种方法，其特点是什么？ 6.HSR-608型工业机器人电气控制系统主要由哪几部分组成？ 7.在HSR-608型工业机器人中伺服驱动器的作用是什么？ 8.在HSR-608型工业机器人中光电编码器的作用是什么？ 9.简述在HSR-608型工业机器人电气控制系统中伺服控制系统的工作过程？ 10.简述在HSR-608型工业机器人电气控制系统中PLC控制系统作用？ 习题1答案 1.答：工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。 2.答： （1）直角坐标机器人 直角坐标机器人的主机架由三个相互正交的平移轴组成，具有结构简单、定位精度高的特点。 （2）圆柱坐标机器人 圆柱坐标机器人由立柱和一个安装在立柱上的水平臂组成。立柱安装在回转机座上，水平臂可以伸缩，他的滑鞍可沿立柱上下移动。因而，它具有一个旋转轴和两个平移轴。 （3）关节机器人
关节机器人手臂的运动类似于人的手臂，由大小两臂的立柱等机构组成。大小臂之间用铰链联接形成肘关节，大臂和立柱联接形成肩关节，可实现三个方向旋转运动。它能够抓取靠近机座的物件，也能绕过机体和目标间的障碍物去抓取物件，具有较高的运动速度和极好的灵活性，成为最通用的机器人。 3.答：可分为电气驱动机器人和气压传动机器人两大类， 电气驱动机器人是由交、直流伺服电动机、直线电动机或功率步进电动机驱动的机器人。它不需要中间转换机构，故机械结构简单。 气压传动机器人它是一种以压缩空气来驱动执行机构运动的机器人，具有动作迅速、结构简单、成本低的特点。 4.答：由控制系统、驱动系统、位置检测机构以及执行机构等组成 5.答：常用的编程方法有示教法和离线编程法等。 手控示教编程是一种最简单，又是一种最为常用的机器人编程方法。 离线编程的优点在于： （1）设备利用率高，不会因编程而影响机器人执行任务； （2）便于信息集成，可将机器人控制信息集成到CAD/CAM数据库和信息系统中去。在现代机械制造系统中，机器人编程可由先进的CAD/CAM系统来完成，这和CAD/CAM系统编制NC零件加工程序完全一样。 6.答：由IPC单元、示教器单元、PLC单元、伺服驱动器等单元组成， 7.答：伺服驱动器接收来自IPC装置的送来的进给指令，这些指令经过驱动装置的变换和放大后，转变成伺服电动机进给的转速、转向与转角信号，从而带动机械结构按照指定要求准确运动。因此伺服单元是IPC单元与机器人本体的联系环节。 8.答：编码器在机器人控制系统中用于检测伺服电动机的转角、转速和转向信号，该信号将反馈给伺服驱动器和IPC单元，在伺服驱动器内部进行速度控制，在IPC单元内部进行转角控制。 9.答：在HSR-JR608型工业机器人电气控制系统中，由IPC单元、伺服驱动器、伺服电动机和光电式编码器构成伺服控制系统。在该控制系统中，IPC作为控制核心，发出控制命令，该命令被伺服驱动器接收到，之后驱动伺服电动机按照指令要求运动。伺服电动机的运动情况由光电式脉冲编码器检测，编码器将检测结果反馈给伺服驱动器和IPC单元，用于修正给定的指令，这个过程一直持续到误差信息为零为止。
本答案仅供参考。 第1章绪论 1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。 答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执行装置构成，以实现生产过程闭环控制的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。例 如温度控制系统。 1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？ 答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型： 操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统； 现场总线控制系统。 1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各部分是怎样互相联系 的？其中过程通道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？ 答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。 两个过程通道，一个是输入通道，另一个为输出过程通道。 输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入； DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。 输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出； DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。 1.4 直接数字控制系统的硬件由哪几部分组成？ 答：直接数字控制系统的硬件主要有计算机（主机）、过程输入输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。如下图所示。
1.5 数字PID 控制算法有几种形式？各有什么特点？ 答：数字PID 控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。PID 位置式根 据偏差计算阀门的位置，PID 增量式根据偏差计算阀门的变化；PID 速 度式根据偏差变化程度计算阀门的变化。 1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。 答：模拟PI 控制算法为 ])(1)([)(0?+=t I p dt t e T t e k t u 其中，p k ----比例增益 I T ----积分时间常数 在采样周期相当短暂时，用矩形法近似代替积分项∑?=≈k i t i Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。 PI 位置式算法为： x k i I p u i e k k e k k u ++=∑=0)()()( PI 增量式算法为： )()()(k e k k e k k u I p +=?? PI 速度式算法为： T k e k T k e k T k u k v I p )()()()(+==??
填空题 控制网络与计算机网络相比主要特点有：、及。 信号所含频率分量的集合称为频谱；频谱所占的频率宽度称之为带宽。 局域网常用的拓外结构有总线、星形和___环形__ _三种。著名的以太网（Ethernet）就是采用其中的___总线____结构。 按交换方式来分类，可以分为_电路交换_ 、_报文交换__和__分组交换___三种。 开放系统互连参考模型OSI中，共分七个层次，分别是应用层、表达层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。 6.常用的有线通信介质主要有双绞线、同轴电缆和光缆。 7. PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: PROFIBUS-DP 、PROFIBUS-PA 和PROFIBUS-FMS 。 8. LonWorks拥有三个处理单元的神经元芯片：一个用于链路层的控制，一个用于网络层的控制，另一个用于用户的应用程序。 9 LonT alk协议提供了应答方式、请求/响应方式、非应答重发方式和非应答方式四种类型的报文服务。 10.FF现场总线的拓扑结构较灵活，通常包括点到点型、带分支的总线型、菊花链型和树型。 11. FF总线由低速（FF-H1）和高速(FF-HSE) 两部分组成。 12. 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。 13. FF的网络管理主要由网络管理者、网络管理代理和网络管理信息库。 14.PROFIBUS的总线存取方式有：主站之间采用_令牌方式_传送，主站和从站之间采用_ 主从方式_传送。 17. PROFIBUS的OSI模型由_应用层_ __、__数据链路层_ __和_ 物理层_ _组成三层模型。 18. CAN的ISO/OSI参考模型的层次结构分为数据链路层和物理层。 19.CAN控制器的验收滤波器由4个验收码寄存器和4个验收屏蔽寄存器定义。 CAN总线上用显性和隐形两个互补的逻辑值表示“0”和“1”。