1、 现场总线及其应用第 2 版 主编郭琼 课后习题答案安徽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
2、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
3、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。9.什么是现场总线？现场总线有哪些特点？答：现场总线是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现双向、串行、多节点数字通信的技术。
4、特点：开放性、互操作性和互用性、现场设备的智能化和功能自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性。10.现场总线的本质含义表现在哪些方面？答：现场设备的互连、现场通信网络、互操作性、分散功能块、总线供电、开放式互联网络11.比较集散控制系统（DCS）与现场总线控制系统(FCS)的优缺点？答：在信号类型上：DCS 有模拟信号和数字信号两种，而 FCS 只有数字信号，在抗干扰方面较 DCS 好。在状态监控上：DCS 不能了解模拟仪表的工作状况，不能对其进行参数调整，且没有自诊断功能；FCS 能实现远程监控、参数调节、自诊断等功能。在开放性上：DCS 大部分技术参数由制造厂自定，导致不同品牌的
5、设备和仪表无法呼唤；FCS 通信协议公开，用户可自主进行设备选型、设备互换、系统配置等等。12.常用现场总线有哪些？它们各有什么特点？答：FF Profibus LonWorks CC-Link Modbus特点：FF：采用 ISO/OSI 参考模型的简化模型。只具备其中的 3 层，即物理层、数据链路层和应用层，另外增设了用户层。FF 分低速 H1 和高速 H2 两种通信速率。Profibus:采用了 ISO/OSI 模型中的 3 层， ，即物理层、数据链路层和应用层，另外增设了用户层，由.Profibus-DP/Profibus-PA/Profibus-FMS 这 3 各版本组成。Profi
6、bus 采取主站之间令牌传递方式和主、从站之间的主-从通信方式。LonWorks：采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通信协议，并采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。13.归纳现场总线技术的现状，并展望其发展趋势？答：此题略。14.你认为现场总线对自动控制系统会产生怎样的影响？答：影响主要体现在以下几个方面：1.现场总线控制系统信号类型 2.自动控制系统的体系结构 3.自动控制系统的产品结构 4.现场总线为实现企业综合自动化提供了基础 5.现场总线技术打破了传统垄断。15.谈谈你对现场总线的理解和看法。答：暂且不谈论现场总线，谈论一下王喜的为人。我感觉这个年轻
7、人不错，祝他在以后的道路上更加给力！（瞎扯淡-哈哈）第二章：1.什么是总线？总线主设备和从设备各起什么作用？答：总线是多个系统功能部件之间传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。 主设备：能够在总线上发起信息传输的设备，具备在总线上主动发起通信的能力；从设备：挂接在总线上、不能再总线上主动发起通信，只能对总线信息接收查询的设备。2.总线上的控制信号有哪几种？各起什么作用？答：3 种。1.控制设备的动作与状态 2.改变总线操作方式 3.表明地址和数据的含义。作用：1.完成诸如设备清零、初始化、启动和停止等所规定的操作；2.改变数据流的方向，选择数据字段和字节等；3.对于地址
8、，可以用指定某一地址空间或表现出现了广播操作；对于数据，可以用于指定它能否转译成辅助地址或命令。3.总线的寻址方式有哪些？各有什么特点？答：3 种。1 物理寻址、2 逻辑寻址、3 广播寻址。特点：1.用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备做为响应者。2.用于指定存储区单元某一通用区，而不顾及这些存储器单元在设备中的物理分布。3.用于选择多个响应者。4.数据通信系统由哪些设备组成？各起什么作用？答：5 部分。1.信息源 2.发送设备 3.传输介质 4.接收设备 5.信息接受者作用：1.把各种消息转换成原始电信号；2.将信息源产生的消息信号变换成适合在传输介质中传输的信号，使信息源和传输介质匹配
9、；3.传输信号的媒介4.完成发送设备的反变换，即对信息进行解调、译码和解码等。5.将复原的原始信号转换成相应的消息。5.试举例说明数据和信息的区别？答：数据时信息的载体，它是信息的表示形式，单独的数据并没有实际的含义，但如果把数据按一定规则、形式组织起来，就可以传达某种意义，这种具有某种意义的数据集合就是信息，即信息是对数据的解释。举例：字符 “你” 、 “ 一” 、 “ 好” 、 “ 个” 、 “ 人” 、 “ 是”6 个字符数据，无规则并无实际意义，而按照一定规则排出“你是一个好人”则具有实际意义，这就是信息。6.什么是数据传输率？它的单位是什么？答：单位时间内传送的数据量。单位有比特率
10、S 和波特率 B7.试比较串行通信和并行通信的优缺点？答：串行通信缺点：传输速度较慢优点：传输线少、连线简单，特别适合多位数据的长距离通信；并行通信缺点：若数据位数较多、传送距离较远时，则线路复杂，成本较高且干扰大，不适合远距离传送。优点：传送数据速度很快，传输效率高，8.什么是异步传输？什么是同步传输？各用于什么场合？答：异步传输：串行通信的一种，在通信中发送方和接收方不保持同步，即时钟频率不同。同步传输：串行通信的一种，在通信中发送方和接收方保持同步，即时钟频率相同。异步传输主要应用于中、低速数据通信；同步传输主要应用于高速通信。9.串行通信接口标准有哪些？试分别阐述其电气特性？答：1.R
11、S-232C 通信接口、2.RS-422A 通信接口、3.RS-485 通信接口。电气特性：1.其中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系，电气接口采用单端驱动、单端接收电路，容易受到公共底线上的电位差和外部引入的干扰信号的影响。2.由于 RS-422A 采用差动发送，差动接收的工作方式并使用+5V 电源，因此通信速率、通信距离、抗共模干扰等方面较 RS-232C 接口有较大的提高。3.RS-485 的逻辑“1”以两线间的电压差为+ （ 26V）表示，逻辑“0”以两线间的电压差为-（26V）表示。10.工业通信网络有几种拓扑结构？答：星形、环形、总线型。11.试分析总线型拓扑结构的优缺点？答：优点
12、：连接布线简单，容易扩充，成本低廉，而且某个节点一旦失效也不会影响其他节点的通信，缺点：端用户发送数据时可能出现冲突。12.常用网络控制方法有哪几种？答：令牌方式、争用方式、主从方式13.试阐述以令牌传递方式发送数据和接收数据的过程？答：此题略。14.在 CSMA/CD 中，什么情况会发生信息冲突？如何解决？答 如果两个以上的节点同时发送信息就会产生线路冲突即发生信息冲突。解决：每个站在发送数据帧前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧，每个站必须有能力随时监测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。15.通常使用的数据交换技术有
13、几种？各有什么优缺点？答：3 种。1.线路交换方式 2.报文交换方式 3.分组交换方式特点：1.优点：数据传输迅速可靠，并能保持原有序列。缺点：一旦通信双方占有通道后，即使不传送数据，其他用户也不能使用，造成资源浪费。适用于时间要求高、且连续的批量数据传输。2.优点：交换数据效率高，信道可以复用且需要时才分配信道，可以方便地把报文发送到多个目的节点。缺点：延时长，不能满足实时交互式的通信要求，有时节点收到的报文太多，以致不得不丢弃或阻止某些报文，对中继器的存储容量要求较高。3.优点：转发延时短，数据传输灵活。缺点：目的节点要对分组进行重组，增加了系统的复杂性。16.曼彻斯特波形的跳变有几次含义
14、？答：这个跳变即做时钟信号，又作为数据信号。含义为：从高到低的跳变表示“1” ，从低到高的跳变表示“0” 。17.有一比特流 10101101011，画出它的不归零码波形和曼彻斯特波形和差分曼彻斯特波形？答：18.什么是差错控制？列举几种基本的差错控制方式？答：差错控制是指在数据通信过程中发现或纠正差错，并把差错限制在尽可能小的、允许的范围内而采用的技术和方法。如：奇偶校验码、二维奇偶监督码、恒比码、汉明码。19.简要说明光缆传输信号的基本原理？答：将发送信号通过光电转换器变成光信号，利用光学原理的全反射，使光在光缆中传输到达目的地。20.采用光缆传输数据有哪些优势？答：抗干扰性好、具有更宽的
15、带宽和更高的传输速率、衰减少，无中继器时传输距离远。21.试比较双绞电缆和同轴电缆的传输性能？答：双绞线可以传输模拟信号又可传输数字信号，同轴电缆 50 号的电缆用于数字传输，75号的电缆用于模拟传输。双绞线与其他传输介质相比，在数据传输速度、传输距离受到一定限制，同轴电缆的数据传输速度、传输距离优于双绞线。22.为什么引进 ISO/OSI 参考模型？它能解决什么问题？答：为了实现不同设备之间的互联与通信，试图使各种计算机在世界范围内互联为网络的标准框架。故引进 ISO/OSI 参考模型。解决：指导生产厂家和用户共同遵循的规范，任何人均可免费使用，它是一个在制定标准时所使用的概念性框架，设计者
16、可根据这一框架，设计出符合各自特点的网络。23.对 ISO/OSI 参考模型划分层次的原则是什么？答：原则是：问题的层次和逻辑的叠套关系。24.简述 ISO/OSI 7 层模型的结构和每一层的作用？答：共 7 层。1.物理层 2.数据链路层 3.网络层 4.传输层 5.会话层 6.表示层 7.应用层作用：1.开放系统的基础，负责设备间接收和发送比特流，提供为建立、维护和释放物理连接所需要的机械、电气、功能与规程的特性。2.负责把不可靠的传输信道改为可靠的传输信道，采用差错检测和帧确认技术，传送带有效校验信息的数据帧。3.确定数据包的传输路径，建立、维持和拆除网络连接。4.解决的是数据在网络之间
17、的传输质量问题，提供可靠的端到端的数据传输，保证数据按序可靠、正确的传输。5.用来实现两个计算机系统之间的连接，建立、维护和管理会话。6.处理数据格式，负责管理数据编码方式，是 OSI 参考模型的翻译器。7.实现应用程序之间的信息交换、协调应用进程和管理系统资源。25.试描述 ISO/OSI 参考模型中数据传输的基本过程？答：此题略。26.列出几种网络互联设备，并说明其功能？答：中继器 、集线器、网络接口卡、交换机、网桥、路由器、防火墙、网关功能：中继器：工作在物理层，它负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。集线器：工作在物理层，是对网络进
18、行集中管理的最小单元，对传输的电信号进行整型、放大，相当于具有多个端口的中继器。网络接口卡：工作在数据链路层，不仅实现与局域网通信介质之间的物理连接和电信号匹配，而且负责实现数据链路层数据帧的封装与拆封、数据帧的发送与接收、物理层的介质访问控制、数据编码与解码以及数据缓存等功能。交换机：工作在数据链路层，可以识别数据包中 MAC（介质存取控制）地址信息，根据 MAC 地址进行数据转发，并将 MAC 地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中，在数据帧转发前先送入交换机的内部缓冲，可对数据帧进行差错检查。网桥：工作在数据链路层，根据 MAC 地址 对帧进行存储转发，它可以有效地连接连个局域网，
19、使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段。路由器：工作在网络层，在不同的网络之间转发数据单元，具有判断网络地址和选择路径的功能，能在多网络互联环境中建立灵活的连接。防火墙：一方面阻止来自因特网的对受保护网络的未授权或未验证的访问，另一方面更允许内部网络的用户对互联网进行 WEB 访问或收发邮件。网关：工作在传输层或以上的层次，是最复杂的网络互联设备，网关具有从物理层到应用层的协议转换能力。27.集线器、交换机和路由器分别工作在 ISO/OSI 参考模型的那一层？答：物理层、数据链路层、网络层。28.什么是防火墙？它在网络系统中其什么作用？答：此题略。29.现场总线通信模型有什么特点
20、？答：1.简化了 ISO/OSI 参考模型 2.采用相应的补充方法实现被删除的 OSI 各层功能，增设了用户层 3.现场总线通信模型的通信数据的信息量较小 4.多种现场总线并存，并采用不同的通信协议。30.现场总线模型的用户层起什么作用？答：此题略。31.试阐述现场总线控制网络的特点和它承担的主要任务？答：特点：现场总线控制网络用于完成各种数据采集和自动控制任务，是一种特殊的、开放的计算网络，是工业企业子综合自动化的基础。任务：1.将控制系统中现场运行的各种信息传送到控制室，使现场设备始终处于远程监视之中。 2.控制室将各种控制、维护、参数修改等命令送往位于生产现场的测量控制设备中，使得生产现
21、场的设备处于可控状态之中。3.与操作终端、上层管理网络实现数据传输与信息共享。第 3 章 ：1.阐述 Profibus 现场总线的性能？答：Profibus 是一种应用广泛的、开放的和不依赖于设备生产商的现场总线标准，适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务。2.Profibus 有哪几种传输技术？各有什么特点？答：1.用于 DP 和 FMS 的 RS-485 传输技术 2.用于 DP 和 FMS 的光线传输技术 3.用于 PA的 IEC1158-2 传输技术。特点：1.RS-485 是一种简单的、低成本的传输技术，其传输过程是建立在半双工、异步和无间隙同步化基础上的，数据的发送采用 N
22、RZ 编码（不归零编码） ，这种传输通常称为H2.网络拓扑结构为总线型，每个总线段的开头和结尾均有一个终端电阻；传输介质可以使STP 或 UTP，取决于电磁兼容性；站点数：每个总线段最多可接 32 各站，使用中继器最多可用到 127 个站，串联中继器一般不超过 3 个；插头连接采用 9 针 D 型插头。2.光纤是一种采用玻璃作为波导，以光的形式将信息从一端传送到另一端的技术，光纤电缆对电磁干扰不敏感，并能保证总线上站与站的电气隔离，允许 Profibus 系统站与站之间的传输距离最大为 15Km.3.IEC1158-2 是一种位同步协议，可进行无电流连续传输，通常称为 H1，采用曼彻斯特编码，
23、能进行本质及非本质安全操作，每段只有一个电源作为供电装置，当站收发信息时，不向总线供电。具体特点：数据传输：数字式、位同步、曼彻斯特编码传输速率：通信速率 31.25Kbit/s，与系统结构和总线长度无关数据可靠性：前同步信号，采用起始和终止限定符，以避免误差传输介质：可以采用 UTP 或 STP远程电源供电：为可选附件，可通过数据总线供电防爆型：能进行本征和非本证安全操作站点数：每段最多有 32 各站，使用中继器最多可达 127 个拓扑结构：采用总线型、树形或混合型网络拓扑结构3.Profibus 控制系统的配置有哪几种形式？答：1.PLC 或其他控制器作为 1 类主站，不设监控站2.以 P
24、LC 或其他控制器作为 1 类主站，监控器通过串行口与 PLC 连接3.以 PLC 或其他控制器作为 1 类主站，将监控站连接在 Profibus 总线上4.使用 PC+Profibus 网卡做为 1 类主站5.工业控制 PC+Profibus 网卡+SoftPLC 。4.Profibus-DP/Profibus-PA/Profibus-FMS 各有什么区别？有什么共同点？答：区别：应用场合不同。DP 主要用于自动化系统中单元级和现场级通信，FMS 可用于车间级监控网络，主要解决车间级通信任务，DP 应用于工业现场控制的过程自动化，一般用于安全性要求较高的场合及由总线供电的站点。共同点：采用
25、Profibus 标准系统，不同制造商所生产的设备不需要对其接口进行特别调整就可以实现通信，都以 ISO/OSI 参考模型为基础的，均使用一致的总线存取协议等等。5.Profibus-FMS 应用层包括哪两部分？各起什么作用？答：现场总线信息规范（FMS）和低层接口（LLI）.作用：FMS 包含应用协议，向用户提供强有力的通信服务；LLI 协调不同的通信关系，并向 FMS 提供不依赖于设备的对第 2 层访问接口。6.Profibus-DP 的 FDL 层提供了哪几种基本传输服务？各有什么特点？答：此题略。7.Profibus 总线存取方式有哪两种？答：令牌传送方式和主从传送方式。8.什么是令牌
26、传递总线方式？答：此题略。9.在 Profibus 网络中 1 类主站起什么作用？哪些设备可以做为 1 类主站？答：1 类主站是中央控制器，完成总线通信控制、管理及周期性数据访问。典型的设备有：PLC、PC、支持主站功能的各种通信处理器模块等设备。10.在 Profibus 网络中 2 类主站有什么作用？列举两种可以做 2 类主站的设备？答：2 类主站完成非周期性数据访问，它可以与 1 类主站进行通信，也可以与从站进行输入/输出数据通信，并未从站分配新的地址。典型设备有：编程设备、触摸屏和操作面板等。11.可将 Profibus 网络从站设备分为几类？列举能做为其从设备的名称？答：3 类。可以
27、是 PLC 一类的控制器，也可以是不具有程序存储和程序执行功能的分散式I/O 设备，还可以如 SITRANS 现场仪表、MicroMaster 变频器等具有总线接口的智能现场设备。12.GSD 文件有什么作用？它包括哪几部分内容？答：GSD 文件用来描述 Profibus-DP 设备的特性。包括通信通用的和设备专用的规范，具体：1.一般规范 2.与 DP 主站有关的规范 3.与 DP 从站有关的规范第 4 章 ：1.CC-Link 现场总线有什么特点？答：组态简单、接线简单、设置简单、维护简单，运行可靠2.CC-Link 采用什么通信协议？提供了哪两种通信方式？答：RS-485 通信协议。提供了循环传输和瞬时传输两种通信方式。3.循环传输方式和瞬时传输方式有什么区别？答：CC-Link 主要采用循环传输的方式进行通信，即主站按照从站号依次轮询从站，从站再给予响应，是按照站号进行的，可以避免因通信冲突造成的系统瘫痪，还可以依靠可预见性的、不变的 I/O 响应，为系统设计者提供稳定的实时控制。在循环数据量不够的情况下，CC-Link 能提供瞬时传输功能，将 960B 的数据，用专用指令传送给智能设备站或本地站，并且瞬时传输不影响循环传输的进行。2014 年 6 月 11 日 18:10电气系： 2013 届 机电 3132学习委员 王喜 留念！
