现场总线综合复习资料2015

1.CIPS概念，系统结构，关键技术CIPS:(ComputerIntegratedProducingSystem):计算机集成生产系统，应用于流程工业，与工厂综合自动化系统，管控一体化是同一概念。系统结构：ERP级-----以财务分析决策为核心的整体资源优化技术。MES级-----以生产综合指标为目标的生产过程优化控制。PCS级------以产品质量和工业要求为目标的先进控制系统技术。关键技术：系统集成----连接各层的网络（硬件），以及数据库技术（软件）。信息集成----信息采集、数据校正、数据挖掘、对象模型。先进控制----改进常规控制的性能。2.现场总线（1）什么是现场总线？解决什么问题？应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数据通信的开放型控制网络技术。总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的控制网络，并最终实现整个生产过程的信息集成，实施综合自动化。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。它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。所以，现场总线既是通信网络，又是自控网络。（2）现场总线的优点开放性、互可操作性实现全数字化通信实现控制彻底分散对现场环境的适应性3.现场总线控制系统（1）什么是现场总线控制系统？它包括哪几部分？现场总线控制系统（FCS）是将现场总线技术应用于具体的生产过程，构成网络化、分散化的自动控制系统。现场总线控制系统通常由以下三部分构成：1）智能仪表、控制器2）现场总线3）线路监控、组态计算机（2）FCS和DCS的优势数字化、可互操作性、分散性、可靠性、可维护性和经济性4.现场总线协议（1）什么是网络拓扑？基本网络连接形式？标记各个设备以何种方式互连起来。基本的网络连接形式：总线型（BusTopology）、星型（StarTopology）、环型（RingTopology）（2）阐述ISO（国际标准组织）/OSI（标准开放式系统互联参考模型）七层网络模型结构及各层应用OSI协议标准服务应用层面向用户服务表示层数据表示会话层会话控制传输层网络间数据包递交信任监测网络层逻辑地址、路由等数据链路层物理地址、拓扑结构、线路存取方法物理层电及机械的有关定义（3）互联设备在OSI七层模型的位置及用途？（4）比较OSI模型及TCP/IP模型5.LONWORKS-1——硬件（1）LONWORKS网络包括哪些内容？LONWORKS技术是一个实现控制网络系统的完整平台，包括所有设计、配置和维护网络所需要的技术，它主要包括以下几个内容：LONWORKS节点、LonTalk协议、LonWorks收发器、LONWORKS网络和节点开发工具（2）节点包括哪些内容？NEURON芯片、I/O信息调理电路、外部存储器、收发器和电源（3）NEURON芯片三个处理器的功能NEURON芯片包括3个8位的中央处理单元（CPU），它们各自的功能如下：CPU-1：是媒体访问CPU主要处理LonTalk7层协议的第一层和第二层。包括通信子系统硬件以及执行媒体访问算法。CPU-1和CPU-2通过共享内存中网络缓冲区通信。CPU-2：是网络处理CPU，实现LonTalk协议栈的3-6层。处理网络变量、地址、事物处理、认证、背景诊断、软件定时器和网络管理。CPU-2用应用缓冲区与CPU-3通信。CPU-3：是应用CPU。它运行用户编写的代码和应用代码调用的操作系统服务，使用的应用编程语言是NEURONC语言。6.LONWORKS-2——NEURONC语言（1）新功能？并对各功能展开说明（网络变量、显示报文、事件驱动、I/O显示说明）网络变量作为NEURONC语言的对象，无论何时被赋值，其值都可自动的传递网络，网络变量的引入和使用简化了节点间的数据共享。支持显示报文传递，实现对基本LonTalk协议服务的直接访问。一个内部多任务调度程序，允许程序员以一种自然的方式逻辑地表达由事件引发的并行任务，并可以控制任务执行的优先级。实现I/O操作显式的控制，通过对I/O显示说明来定义标准化的NEURON芯片特有的多功能I/O。（2）智能节点开发步骤定义控制系统的完整控制策略；将控制系统划分成能分布在现场的独立功能模块或子任务；定义各节点间的相互作用及所需共享的数据；为每个节点所承担的任务编写NeuronC应用程序；通过烧录或下载方式，将应用程序置入各节点的EPROM或FLASHRAM中；分别对单个节点和整个系统进行调试和测试；在现场安装节点并测试其行为；维护系统的硬件和软件。（3）智能结点软件设计步骤1）定义I/O对象；2）定义定时器对象；3）定义网络变量和显式报文；4）定义任务；5）完成用户自定义的其他函数。7.LONWORKS-6——LONWORKS网络、LONTALK协议（1）协议特点1)支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介质。2)LonTalk应用可以运行在任何主处理器上。主处理器(微控制器、微处理器、计算机)管理协议的第六层和第七层，并使用LonWorks网络接口管理第一层到第五层。3)LonTalk协议使用网络变量与其它节点通信。网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用的编程，大大降低了开发人员的工作量。4)LonTalk协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种拓朴结构类型，极大地方便了控制网络的构建。（2）简单展开各层协议内容1)物理层：物理层的功能是在两个节点之间通过传输媒介物理通道，并向上面的数据链路提供透明的位流传输。2）数据链路层：数据链路层的功能是保证物理链路上数据的可靠传送。它负责数据帧的传送，并进行必要的同步控制，差错控制和流量控制，并向上层（网络层）提供无差错的数据传输。3）网络层：网络层有时也称通信子网层，其功能可简单归结为控制通信子网的运行4）传输层协议：传输层协议在OSI上层模型中是低三层与高三层之间衔接的接口，为用户提供进程与进程之间的通信。5）会话层协议：会话层协议的功能是在两个节点或用户之间进行原始的报文传输，并增加了一些面向用户的服务。6）表示层协议：表示层协议的目的是对应用层输入的命令和数据内容加以解释说明，并赋予各种语法以应有的含义，使从应用层送入的各种信息具有明确的表示意义。7）应用层协议：应用层是参考模型的最高层，直接为用户服务，是发送和接收用户应用进程，进行信息交换的执行机构。（3）详细阐述可预测P坚持CSMA/CDCSMA是载波侦听多路访问的英文缩写，是一种随机访问方法。其含义是：任何节点要访问传输介质发送消息时，首先要侦听介质上是否有其它节点正在传送信息，即有无载波，如果介质无载波，未被占用，则可以利用信道进行信息传送，如果其它节点正在利用传输介质进行通信，则必须等待信道空闲之后才能进行传送。CSMA方案有许多处理方法，主要区别在于检测出信道上的情况后，发送时间的确定。所谓可预测P—坚持CSMA的意思是：要求发送数据的节点监听信道，若信道闲，则以概率P发送信息包，并以1-P的概率延迟一个时隙重新监听信道，若信道仍然闲，则重复上述过程。关键在于P的选择。若有N个站有数据等待发送，如果选择P过大，会使N*P1，则冲突不可避免，导致吞吐量下降。不过P值也不能过小，致使1-P过大，信道利用率则会大大降低。（4）LONWORKS控制网络技术与组成CPU智能神经元芯片（处理器、I/O、存储器）LONGTALK协议NEURONC语言（When语句、优先级、网络变量、显式报文、I/O显式操作）LONWORKS收发器LONMARK互操作性标准LONWORKS网络服务架构LNS网络开发工具LonBuilder和节点开发工具NodeBuilder8.LONWORKS-7——控制网络开发（1）开发步骤1）提出问题2）节点定义和功能分配3）为每个接口定义外部接口4）为节点编写应用程序5）节点应用功能调试、节点定制和测试6）节点集成以及测试（2）结构及特点结构：现场智能节点、网络适配器、工控机特点：1）智能节点可独立与计算机进行点—点通信；2）检测、控制、通信功能的分布性；3）LonTalk协议使得节点之间的通信方便；4）智能节点可以满足现场各种设备的需要；5）抗干扰能力强；6）适应现场通信的基本要求；7）“即插即用”，方便了维护。9.PROFIBUS（1）包括哪几部分？各部分特点及应用场合？PROFIBUS-DP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域。PROFIBUS-PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。用于过程自动化的总线类型。PROFIBUS-FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。（2）协议包括哪几层？以开放系统互联网络（OSI）作为参考模型的。该模型共有七层。1）PROFIBUS－DP：定义了第一．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS－DP设备的设备行为。2）PROFIBUS－FMS：定义了第一、二、七层。应用层包括现场总线信息规范（FMS）和低层接口(LLI)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。3）PROFIBUS－PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS－DP协议。（3）总线存取协议PROFIBUS总线存取协议，主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对从站具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权，取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。（4）一类、二类主站，从站作用一类主站：一类主站完成总线通信控制与管理，完成周期性数据访问、PLC、PC或可做一类主站的控制器。二类主站：二类主站完成非周期性数据访问，如数据读写、系统配置、故障诊断等。二类主站包括：操作员工作站（如PC机加图形监控软件）、编程器、HMI等。从站：提供I/O数据并可分配给一类主站的现场设备，也可提供报警等非周期性数据。从站在主站的控制下完成组态、数据修改、数据交换等。从站由主站统一编址，接受主站指令，按主站指令驱动I/O，并将I/O输入及故障诊断等信息返回给主站。从站包括：驱动器、传感器、执行机构。10.FF（1）主要技术包括哪些？FF围绕工厂底层网络和全分布自动化系统两方面形成了其技术特色，主要技术有：基金会现场总线的通信技术——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。标准化功能块（FB，FunctionBlock）与功能块应用进程(FBAP，FunctionBlockApplicationProcess)——便于实现不同制造厂商产品的混合组态与调用。功能块的通用结构是实现开放系统构架的基础，也是实现各种网络功能与自动化功能的基础。设备描述（DD，DeviceDescription）与设备描述语言（DDL，DeviceDescriptionLanguage）——互操作性，是设备驱动的基础，可以看作是设备的驱动程序。现场总线通讯控制器与智能仪表或工业控制计算机之间的接口技术。系统集成技术——通信系统与控制系统的集成。系统测试技术——一致性与互可操作性测试技术（2）包括哪几层？各层功能？OSI共有七层，FF提取了其中的三层：物理层、数据链路层和应用层，另外又在应用层上增加了一层用户层。1）物理层：规定了信号如何发送2）数据链路层：规定如何在设备间共享网络和调度通信3）应用层：规定了在设备间交换数据、命令、事件信息及请求应答中的信息格式4）用户层：用于组成用户所需要的应用程序，如