工业控制网络作业题

中国矿业大学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。中国矿业大学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、Hart7.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中国矿业大学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。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。13.信号的传输方式：基带传输、载波传输、宽带网、异步转移模式ATM14.OSI参考模型包括哪7层？物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层15.TCP/IP参考模型包括哪4层？网络接口层；互联网层；传输层；应用层。16.请给出TCP、IP、UDP、FTP、OSI、ISO对应的中文全称？TCP：（TransmissionControlProtocol传输控制协议）面向连接的通信协议。IP：（InternetProtocol）网络之间互联协议。UDP:（UserDatagramProtocol，用户数据报协议）面向无连接的通信协议。FTP:（FileTransferProtocol文件传输协议）OSI:(OpenSystemInterconnection)开放式系统互联ISO:（InternationalOrganizationforStandardization）国际标准化组织三、通用串行端口的数据通信17.试简要说明EIA-232D的特性，并详细说明其规程特性？EIA-232具有机械、电气、功能和规程（过程）四个特性。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。18.如何将RS232转换为RS485接口？绘出其接线图。1)转换芯片：MAX232、MAX4852)信号线：TXD、RXD、RTS3)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。19.什么是屏蔽？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。中国矿业大学3)磁场屏蔽是抑制低频磁场对电路的影响。四、CAN总线20.试给出3个CAN的主要技术特点1)网络上的节点不分主从2)采用非破坏性的总线仲裁技术3)网络上的节点具有不同的优先级21.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？4种不同类型的帧：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：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结束五、LonWorks控制网络22.LonWorks技术的特点是什么？1)拥有三个处理单元的神经元芯片。2)支持多种通信介质和它们的互连。3)LonTalk是LON总线的通信协议,支持七层网络协议，提供了一个固化在神经元芯片的网络操作系统。4)提供给使用者一个完整的开发平台。5)由于支持面向对象的编程（网络变量NV），从而很容易实现网络的互操作。23.结合神经元芯片的硬件结构图分析各部分的功能。中国矿业大学24.LonTalk协议包含几层协议？每层的功能是什么？LonTalk协议包含七层协议：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。25..LonTalk协议的网络地址形式有几种?域（domain）地址、子网(Subnet)地址、节点（Node）地址、组（Group）地址、芯片地址（NeuronID）26.神经元芯片的通信端口有几种模式？单端模式、差分模式、专用模式六、工业以太网27.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中国矿业大学的要求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。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。28.工业以太网解决非确定性通信问题的措施？利用以太网现有的技术优势，扬长避短a)提高通信速率b)控制网络负荷c)采用全双工以太网交换机d)提供使用工业环境的器件开发实时以太网技术，如研制实时以太网通信接口芯片七、期中测试29.什么是现场总线？30.现场总线上的数据输入设备有哪些？输出数据用于什么？31.请给出5个现场总线的优点。32.在频带传输中，数字信号的0和1在物理层是如何进行传输的？1)在频带传输中，数字信号需要变换为模拟信号后才能进行传输，这种变换是借助于载波来实现的。2)具体的做法是利用数字数据对载波的某些特性进行控制，使数字数据“寄载”到载波上传送出去。3)模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的0，1状态。信号的幅度、频率、相位是描述模拟信号的参数，可以通过改变三个参数，实现模拟数据编码。33.OSI模型的结构有哪几层？每层的功能分别是什么？物理层：二进制传输数据链路层：介质访问网络层：确定地址和最佳路径传输层：端到端连接会话层：互连主机通信表示层：数据表示应用层：为应用程序提供网络服务34.如何保证串行通信的有效性？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；中国矿业大学4)对接收数据的确认、数据缓存以及错误检查。35.EIA-485总线与RS-232相比，有哪些性能上的改进？答：提高传输速率；增加传输距离；改进电气特性；增加了RS232没有的环测功能，明确规定了连接器，解决了机械接口问题36.什么是USB？USB总线中的4根线的作用分别是什么？USB：通用串行总线，是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。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。37.CAN总线有哪4种不同类型的帧？数据帧、远程帧、出错帧、超载帧38.FF总线由哪两部分组成？FF总线由低速(FF-H1)和高速(FF-HSE)两部分组成。