现场总线技术试卷A(答案)

淮海工学院
11-12学年第1学期现场总线与控制网技术试卷(A)半开卷
一、填空题（本大题共10小题，每空1分，共30分）
1．物理层传送数据的单位是( 比特 )，数据链路层传送数据的单位是( 帧 )，传输层传送数据的单位是( 报文 )，应用层传送数据的单位是( 报文 )。

2．OSI参考模型中物理层的四个重要特性是（机械特性）、（电气特性）、（功能特性）和（规程特性）。

3．存储转发交换分为（报文存储转发交换）和（报文分组存储转发交换）两种。

4．LonTalk协议提供了四种类型的报文服务，依次是（应答方式）、（请求/响应方式）、（非应答重发方式）和（非应答方式）。

5. 通信电路的工作方式有（单工通信）、（半双工通信）和（全双工通信）三种。

6．CAN总线中存在5种错误类型，分别是（位错误）、（填充错误）、（CRC错误）、（格式错误）和（应答错误）。

7．LON总线中，对双绞线支持的3类收发器是（直接驱动收发器）、（EIA-485收发器）和（变压器耦合收发器）。

8．PROFIBUS系统由三类站点组成,分别是( 1类主站 )、(2 类主站 )和(从站 )。

9．OSI参考模型的通信功能划分为（ 7 ）个层次。

10.被誉为通用控制网络的是（LonWorks ）总线技术。

二、简答题（本大题共5小题，每题6分，共30分）
1．什么是现场总线？现场总线相对于DCS具有哪些优越性？（6分）
参考答案：IEC对现场总线的定义：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行双向、串行、多节点数字通信的技术。

现场总线相对于DCS具有如下优越性：
（1）现场总线实现全数字通信。

（2）现场总线实现彻底的全分散式控制。

（3）现场总线实现不同厂商产品互连、互操作。

（4）现场总线增强系统的可靠性、可维护性。

（5）现场总线降低系统工程成本。

2．PROFIBUS主站的实现方案有哪些？（6分）
参考答案：PROFIBUS主站的实现方案有：
PLC做PROFIBUS的一类主站；
PC+网卡做PROFIBUS的一类主站；
自主开发PROFIBUS的主站；
PLC中插入（第三方的）PROFIBUS通信模块。

3．简述LonWorks通信协议―――LonTalk的特点。

（6分）
答：LonTalk协议具有如下特点：
（1）发送的报文都是短数据（通常为几个到几十个字节）；
（2）通信带宽不高（几Kbps到2Mbps）；
（3）网络上的节点通常是低成本、低维护量的单片机；
（4）支持多种通信介质和不同规模的网络；
（5）支持可靠通信，包括防范未经授权使用系统；
（6）支持混合介质和不同通信速度构成的网络；
（7）允许节点间的任意连通；
（8）提供对节点透明的接口；
（9）为产品的互操作性提供有效机制，使不同制造商的产品共享标准物理量的信息。

4.什么是总线冲突？什么是总线仲裁？（6分）
参考答案：若同一时刻有多个工作站向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上相互混淆而遭破坏，这一现象称为“冲突”。

总线仲裁是指对总线冲突的处理过程，根据某种裁决规则来确定下一时刻具有总线占有权的设备。

5．控制网络与上层网络的连接方式有哪些？（6分）
答：一般有三种：一是采用专用网关；二是将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC的PCI插槽内，由PC内完成数据交换；三是将WEB服务器直接置入PLC或现场控制设备内，借助WEB服务器来完成数据交换。

三、问答题（本大题共4小题，共40分）
1．网络变量与显示报文的区别是什么？（10分）
答：每一种类型的网络变量的数据长度都是固定的，任何一种类型的网络变量的长度不能超过31B；而显示报文恰恰相反，它的数据长度是可变的。

相同的报文码在一个应用中可能只包含1B 的数据，而在另一个应用包含25B的数据。

在显示报文中，数据的最大长度为228B。

因此，在数据量较大的应用中，使用显示报文比使用网络变量更有效。

所谓显示报文是一个接结构变量，该结构分为输出显示报文、输入显示报文、响应输出报文和响应输入报文。

在显示报文中提供对通信目的/源地址、优先级、认证等方式的直接操作。

所有对显示报文的操作都是通过对运行库的调用来实现的。

2．简述OSI参考模型中各层的功能。

（10分）
参考答案：
物理层：位于网络模型的最低层，它通过传输介质将各站点连接起来，组成物理通路，以便数据流通过。

数据链路层：作用是进行差错检测和流量控制，实现二进制数据流的传输。

网络层：负责路由选择和拥塞控制，并使不同种网络实现互联。

传输层：提供一个通道，实现点到点的可靠数据传输。

会话层：为不同计算机上的用户建立会话关系，并管理数据的交换。

表示层：实现不同数据格式的编码之间的转换，以及数据的压缩、加密、解密等。

应用层：为端点用户提供服务，如文件传送、网络管理等、远程登录等。

3．画出神经元芯片内部三个CPU的结构框图，并分析它们的作用及其相互之间的关系。

（10）答：神经元芯片内部三个CPU的结构框图如下：
处理器1＃为介质访问控制处理器，它控制Lon Talk七层协议中的第1层物理层和第2层数据链路层，并可以驱动通信子系统的硬件来完成冲突避免算法。

处理器1＃通过共享存储器中的网络缓冲区与处理器2＃通信。

处理器2＃为网络处理器，它控制网络协议中的第3层到第6层，可完成网络变量进程、编址、处理事项进程、报文鉴定、软件定时器、网络管理和路由寻址等功能。

处理器2＃使用共享存储器中的网络缓冲区与处理器1＃通信，使用应用缓冲区与处理器3＃通信。

处理器3＃为应用处理器，它实现网络协议中的第7层应用层，执行用户代码和用户代码调用的操作系统来进行工作，大部分应用程序的编程语言为Neuron C。

处理器3＃使用共享存储器中的应用缓冲区与处理器2＃通信。

4．试将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较，讨论其异同之处。

（10分）
答：OSI和TCP/IP的相同点是二者均采用层次结构，而且都是按功能分层。

OSI和TCP/IP的不同点有：
（1）TCP/IP虽然也分层，但其层次之间的调用关系不像OSI那样严格。

在OSI参考模型中，两个N层实体之间的通信必须经过（N—1）层。

但TCP/IP可以越级调用更低层提供的服务。

这样做可以减少一些不必要的开销，提高了数据传输的效率。

（2）TCP/IP一开始就考虑到了异种网的互连问题，并将互连网协议作为TCP/IP的重要组成部分。

而ISO只考虑到用一种统一标准的公用数据网将各种不同的系统互连在一起，根本未想到异种网的存在，这是OSI/RM的一大缺点。

（3）TCP/IP一开始就向用户同时提供可靠服务和不可靠服务，而OSI在开始时只考虑到向用户提供可靠服务。

相对说来，TCP/IP更侧重于考虑提高网络传输的效率，而OSI参考模型更侧重于考虑网络传输的可靠性
（4）OSI模型有3个主要明确概念：服务、接口、协议。

而TCP/IP参考模型最初没有明确区分这三者。

这是OSI模型最大的贡献。

（5）通信方式上面，在网络层OSI模型支持无连接和面向连接的方式，而TCP/IP模型只支持无连接通信模式；在传输层OSI模式仅有面向有连接的通信，而TCP/IP模型支持两种通信方式，给用户选择机会。