现场总线习题答案1

1.集散控制系统的核心思想是集中管理、分散管理。

2.比特率是一种数字信号的传输速率，表示单位时间内传送的二进制代码的有效位数。

3.在网络控制方法中，常用的介质访问控制方法有总线方式的CSMACD方法、环形结构的令牌环方法、令牌总线方法。

4.Profibus现场总线根据应用特点和用户不同的需要可分为Profibus–FMS、Profibus–DP、Profibus–PA三个家族成员。

5.集线器是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。

6.Profibu s网络的硬件又主站、从站、网络部件、网络工具等组成。

7.经过扩展的诊断功能是对故障进行快速定位，诊断信息分为站诊断信息、模块诊断信息和通道诊断信息等3级。

–link采用主从通信方法，可由1个总站和64个从站组成，为防止主站出现故障而导致整个系统瘫痪，系统可设置备用主站。

9.串行通信可分为同步传输和异步传输两种传输方式。

10.波特率是一种数字信号的调制速率，指数据信号对载波的调制速率，用单位时间内载波的调制状态的改变次数来表示。

11.在数据通信系统中通常采用数据交换方式有线路交换、报文交换和分组交换。

12.交换机一种基于MAC地址识别，采完成封装转发数据包功能的网络设备，又称多端口。

13.现场总线控制系统的核心思想是功能分散、危险分散、信息集中。

14.Profibus的总站有4种工作方式，分别为离线模式、停止模式、消除模式、操作运行模式。

15.根据现场设备控制系统中起的作用不同，现场设备可为1类主站、2类主站和从站3种类型。

16.信息帧主要包括设备地址、功能代码、数据段错误检测域。

二、判断题1、多模光纤性能优于单模光纤。

×2、光纤不受外界电磁干扰与噪声影响。

√3、令牌访问原理可用于环形网络，不可用于总线网，构成令牌总线网络。

×4、如果需要检测5个错误，则海明距离知识应为6. √5、在网络互连时，网桥可以实现相异网络在网络层的互连。

×6、在理论上看，并行传输的信号传输速率比串行传输的信号传输速率高。

√7、在Profibus网络中，从站数目最多只有126.×8、在Profibus–PA网络中，采用单股屏蔽的A型电缆允许最大电缆总长度为1900. √9、在Profibus系统中，使用的连接模块不占用DP网络中的从站地址。

×1.简述控制系统的发展历程，并举例说明该时期的控制系统特点。

答：（1）基地式仪表控制系统非电物理量（0.02-0.1MPa气动信号）、需要工人现场巡视（2）模拟仪表控制系统模拟电量（0-10V、4-20mA电信号）、集中控制（3）直接式数字控制系统数字电量（单片机、PLC等）、集中控制（4）集散控制系统模拟电量和数字电量混合、集中控制，分散管理（5）现场总线控制系统全数字电量（智能节点设备、PLC等）、信息集中，危险分散，功能分散2.简述通信系统的组成。

答：（1）信息源：信息的来源，作用是将原始信息转换为相应的信号（通常称为基带信号）。

电话机的话筒、摄像机等都属于信源。

（2）发送设备：对基带信号进行各种变换和处理，如放大、调制等，使其适合在信道中传输。

（3）传输介质：发送设备和接收设备之间用于传输信号的介质。

（4）接收设备：功能与发送设备相反，对接收信号进行必要的处理和变换后，恢复为相应的基带信号。

（5）接收者：信息的接收者，与信源相对应，将恢复的基带信号转换成相应的原始信息。

电话机的听筒、耳机以及显示器等都属于信宿。

（6）干扰源：信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处噪声的集中表现。

3.在现场总线电缆上主要的干扰源有哪些?针对这些不同的干扰，所采取的抑制干扰的方法是什么?答：（1）内部噪声，选择高质量的、标配的传输介质（2）信号反射，使用终端电阻器。

（3）不同类型导线间的干扰。

同一类型的电缆可以放在一起，同方向地安置在同一个电缆槽中。

不同种类的电缆相互之间必须保持一定的距离，并且当它们相互交叉时必须正交交叉，不能有任何平行（即便是很短的距离）排列。

不同类型的电缆相互之间必须保持的最小距离。

可以使用相互隔离的电缆槽把不同种类的电缆排列在一起，必须做到相互之间完全用金属槽隔离，金属槽的结合部要使用低电阻和低电感的导体可靠地连接起来（最好焊接，但要防止被腐蚀），然后接地，金属槽应和建筑物等电势。

（4）在有高频干扰的地方，电缆屏蔽层的两端必须可靠地接地，但在电气环境恶劣的某些工厂，比较明显地存在着电势差，从而造成屏蔽层中流过电流。

4.请给出3种在现场总线网络中使用RS485中继器的场合。

答：（1）扩展网络（2）改变网络拓扑（3）信号隔离7. 举例简述海明码的编码规则。

（1）发送端的编码根据要传输的数据单元的长度，确定冗余位的个数；确定各冗余位在数据单元中的位置；计算出各冗余校验位的值；排列成包含冗余校验位的数据序列，按此序列发送。

a. 确定冗余位的个数设纠正单比特错误需增加的冗余位数为r，r应满足：2r≥m + r + 1；m为数据单元的长度。

如7位的ASCII码，m为7，取r为4可满足上式；且r为4是满足上式的最小取值。

要纠正7位ASCII码中的1位错误，需要增加4个冗余位。

b. 确定各冗余位在数据单元中的位置将4个冗余位分别编号为R1, R2, R3, R4 ，按海明码的编码规则，这4个冗余位应分别插到数据单元的20, 21, 22, 23位置上，即R 1, R2, R3, R4将被分别插入到数据单元的D1，D2，D4，D8的位置上。

c. 计算出各冗余校验位的值海明码的每个冗余位的值都是一组数据的奇偶校验位。

冗余比特位R 1, R2, R3, R4分别是4组不同数据位的奇偶校验位，采用二进制数据来表示海明码11个数据位数有0001；0010；0011；0100；0101；0110；0111；1000；1001；1010，1011这11种情况,对这11种情况中位数最低位为1的位置进行偶校验，即对0001；0011；0101；0111；1001，1011这6个数据位做偶校验，得到的偶校验码为R 1的值,即R 1为对从低位数起的第1、3、5、7、9、11这6位作偶校验而得到的校验位。

（2）接收端的解码判断按与发送方相同的方法，计算出接收数据的冗余校验位；排列成包含冗余校验位的数据序列；将按计算结果排列出的数据序列与接收到的数据序列比较，判断传输过程是否有错；是哪一位出错，并将出错位取反，以纠正该错误。

9.简要列举6种比较有影响的现场总线。

（12分）（1）FF-----基金会总线（FF，Foundation Fieldbus）是在过程自动化领域得到广泛支持和具有专有良好发展前景的技术。

（2）Profibus------过程现场总线的缩写，于1989年正式成为现场总线的国际标准。

是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。

（3）CAN-------是控制器局域网的简称，由德国BOSCH公司提出，最早用于汽车内部测量和执行部件之间的通信。

（4）Lonworks-------是局部操作网络的缩写，1992年由美国Echelon公司和Motorola、Toshiba 公司倡导；最初主要应用于楼宇自动化。

（5）CC-Link-------- 1996年由日本三菱电机主导的公司推出，唯一起源于亚洲地区的总线系统。

CC-Link是控制与通信链路系统的缩写。

（6）Modbus---------是由Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。

Modbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。

10.常用的网络互连设备有哪些？他们的主要作用是什么？（8分）答：（1）中继器：在相同网络中实现信号的复制，增加网络长度，即重发器，作用为物理层之间的简单连接，复制比特信号。

（2）网桥：在相似网络中实现信号存储转发设备，用于连接不同体系的局域网。

它将数据帧送到数据链路层进行差错校验，再送到物理层，通过物理传输介质送到另一个子网或网段，转发数据帧。

（3）路由：在相异网络中实现信号传输的设备，路由可为信号传输选择一条最佳的路径。

（4）网关：即网间协议交换器，用于实现不同通信协议的网络之间、包括使用不同网络操作系统的网络之间的互联。

11. 一个PRORBUS控制系统有两个控制室，这两个控制室有各自的接地系统，从而造成这两个控制室之间有很大的电势差，试给出3种解决该问题的方法。

（6分）答：(1)是在产生电势差的设备之间安装一根等电势电缆。

该电缆的截面积必须足够克服该电势差（一般为16mm2），最好采用多芯电缆。

该电缆应尽量靠近PROFIBUS电缆安装，以减少安装空间。

(2)代替等电势电缆，即在网络电缆的一端的屏蔽层安装一个接地电容。

该方法可有效减少高频信号干扰，但对通过屏蔽层的直流电流干扰信号无效。

(3)使用光缆传输。

14.假设准备发送的数据信息码是1101011011，生成多项式为G(x)=x4+x+1,求T(x)。

（10分）①计算信息编码多项式T(x)M(X)=1101011011 G(x)=10011生成多项式的最高次幂r=4，信息码附加4个0后形成新的多项式。

M'(x)：11010110110000②用模2除法求M'(x)/G(x)的余数③得出要传输的循环冗余校验码多项式将余数1110直接附加在M(x)的后面得T(x)=11010110111110④接收端对接收到的T(x)进行校验设接收端接收到的数据为多项式T’(x)，将T’(x)除以G(x)，若余数为0，即T’(x)=T(x)，则认为没有错误。

T’(x)/G(x)=(Q(x)×G(x)+R(x)+R(x))/G(x) =(Q(x)×G(x))/G(x)=Q(x)若余数不为0，即T’(x)≠T(x)，认为有错。

五、报文分析SD:报头。

SDr：重复报头LE：数据长度，等于DA-DU部分的字节数。

LEr：重复LEDA：目标地址SA：源地址FC：功能码DSAP: 目标服务存取点SSAP: 源服务存取点FCS：校验码ED：报尾，固定为16H(2)指出该报文的种类：主站的诊断请求报文(3)和该报文相关的站地址是什么?主站地址为01 h，从站地址为0A h。