《网络控制技术 2》山东大学测试答案
山东大学 网络控制技术 课程答案 学年 学期题号一
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阅卷人
一、基本概念（每小题3分，共60分）1. 什么是现场总线?
答：现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。IEC对现场总线（Fieldbus）一词的定义为：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、多节点数字通信技术。
2. 数据编码分几种？什么是曼彻斯特编码？
答：数据编码有单极性码、双极性码、归零码、非归零码、差分码、曼彻斯特码和模拟数据码。
曼彻斯特编码：是常用的基带信号编码。它具有内在的时钟信息，因而能使网络上的每一个系统保持同步。在曼彻斯特编码中，时间被划分为等间隔的小段，其中每小段代表一个比特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号是该时间短传送比特值的反码，后半时间段传送的是比特值本身。
3. 计算机局域网拓扑结构最常见的有哪几种？
答：计算机局域网拓扑结构主要有：星型拓扑结构、环形拓扑结构、总线型拓扑结构和树形拓扑结构。
4. 现场总线控制系统与传统控制系统相比有什么优点？
答：优点有
节省硬件数量与投资
节省安装费用
解约维护开销
用户具有高度的系统集成主动权
提高了系统的准确性与可靠性
此外，由于设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点
5. 什么是介质访问控制方式？常用的有哪几种？
答：在总线和环形拓扑中，网络设备必须共享传输线路。为解决在同一时间有几个设备同时争用传输介质，需要有某中介质访问控制方式，以便协调各设备访问介质的顺序，在设备间交换数据。在随机访问方式中，常用的争用总线技术为CSMA/CD。在控制访问方式中则常用令牌总线、令牌环，或称之为标记总线、标记环。
6. CAN现场总线的数据帧由哪几部分组成？
答：CAN现场总线的数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。
7. RS-232通信接口与RS-485通信接口有什么不同？
答：RS-232采用负逻辑，接口为非平衡型。采用电平传输，信号速率限于20Kbit/s内，电缆长度限于20m以内。抑制噪声能力弱。
RS-485采用二线差分传输，传输距离比较远，抑制噪声能力强。距离最远可达1200m（100Kbit/s），最大传输速度可达10Mbit/s（距离12m）
什么是Modbus通信协议？
Modbus通信协议是应用于PLC或其它控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器之间、控制器通过网络（如以太网）和其它设备之间可以实现串行通信
8. 什么是Modbus通信协议？
答：Modbus通信协议是应用于PLC或其它控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器之间、控制器通过网络（如以太网）和其它设备之间可以实现串行通信。此协议定义了一个控制器能识别使用的消息结构，而不管他们是经过何种网络进行通信的。它描述了控制器请求访问其它设备的过程，如何相应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。他指定了消息域格式和内容的公共格式。
9. 什么是CSMA/CD?
答：这种控制方式对任何工作站都没有预约发送时间。工作站的发送是随机的，必须在网络上争用传输介质，故称之争用技术。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互相混淆遭破坏，称为"冲突"，为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个工作站在发送信息之前，都要监听传输线上是否有信息发送，这就是"载波监听"。
载波监听CSMA的控制方式是先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以决定介质上是否存在其他站的发送信号。如果介质是空闲的，则发送。如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。当监听总线状态后，可采用以下三种CSMA坚持退避算法：
第一种为不坚持CSMA。
第二种为1-坚持CSMA。
第三种为P-坚持CSMA。
由于传输线上不可避免的有传输延迟，有可能多个站同时监听到线上空闲并开始发送从而导致冲突。故每个工作站发送信息之后，还要继续监听线路，判断是否有其他站正与本站同时向传输线发送。一旦发现，便终止当前发送，这就是"冲突检测"。
10. 什么是位填充技术？
答：当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个补码位。这既是位填充技术
11. 简述CAN的分层结构和功能。画出CAN智能网络通信适配器硬件结构图。
答：CAN结构划分为两层：数据链路层和物理层。数据链路层又包括逻辑链路子层LLC和访问控制子层MAC。在CAN技术规范2.0A的版本中LLC和MAC又被描述为“目标层”和“传送层”
LLC子层的功能是：为数据的传送和远程数据请求提供服务，确认由LLC子层接受的报文实际已被接收，并为恢复管理和通知超载提供信息。
MAC子层的功能主要是传输规则，控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定
物理层的作用是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位信息的实际传输
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12. 什么是DP一类主站和二类主站？什么是DP从站？
答：1类DP主站循环的与DP从站交换用户数据。
2类DP主站是编程装置，诊断和管理设备。
DP从站只与装载此从站的参数并组态它的DP主站交换用户数据。DP从站可 以向此主站报告本地诊断中断和过程中断。
13.PROFIBUS-DP现场总线中，GSD文件的功能是什么？
答：PROFIBUS设备具有不同的性能特性，特性的不同在于现有功能的不同或可能的总线参数，如波特率和时间的监控不同。这些参数对每种设备类型和每家生产厂商来说均各有差异，为达到PROFIBUS简单的即插即用配置，这些特性均在电子数据单中具体说明，有时称为设备数据库文件或GSD文件。标准化的GSD数据将通信扩大到操作员控制一级，使用居于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在一个总线系统中，简单，用户界面友好。
14 SPC3是如何与CPU接口的？
答：SPC3通过一块内置的1.5kB的双口RAM与CPU接口，它支持多种CPU，包括Intel、Siemens、Motorola等。SPC3与AT89S52的接口电路如下图所示，SPC3中双口RAM的地址为1000H~15FFH。
15. 为什么现场总线通信模型只采用OSI模型的其中几层？为什么增加用户层？
答：现场总线通讯模型采用了OSI七层协议标准的第1层、第2层、和第七层，即物理层、数据链路层和应用层，并增设了第八层，即用户层。
物理层定义了信号的编码与传送方式、传送介质、接口的电器及机械特性、信号传输速率等。数据链路层又分为两个子层，即介质访问控制层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC）。应用层可以分为两个子层，上面子层是应用服务层（FMS层），它为用户提供服务；下面子层是现场总线存取层（FAS层），它实现数据链路层的连接。用户层是现场总线标准在OSI模型外新增加的一层，是现场总线控制系统开放与可互操作性的关键。
14题图(如下)i)一个测控网络上节点数可达32000个。
j)提供强有力的开发平台。
k)LonWorks技术核心元件：Neuron内部装有3个8位微处理器和34种I/O对象及定时器/计数器，还具有通信和控制功能。
l)改善了CSMA，采用可预测P坚持CSMA，负载很重的情况下，不会导致网络瘫痪。
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第
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二．简述CRC检错码的工作原理。根据下列条件计算余数多项式R(X)。（共10分）
发送数据BIT序列为10101001011（f（x））
生成多项式BIT序列为10101（G（X））
答：CRC检错码的工作原理：CRC校验方法是将要发送的数
据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，在发送方用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式。将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端。接收端用同样的生成多项式G(x)去除接收数据多项式f(x)，得到计算余数多项式。如果计算余数多项式与接收余数多项式相同，则表示传输无差错；如果计算余数多项式不等于接收余数多项式，则表示传输有差错，由发送方重发数据，直到正确为止。
发送数据BIT序列为10101001011（f（x））
生成多项式BIT序列为10101（G（X））
f（x）*=101001011010000; G（X）=10101;
f（x）*/ G（X）=Q(X)+ R(X)/G(X);
按模2运算，R(X)=1101；
得分
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三． CANBUS 硬件节点设计（共20分）
采用你熟悉的一种单片机或单片微控制器设计一CANBUS硬件节点电路，使用SJA1000独立CAN控制器,假设节点号为08，通讯波特率为250Kbps。
画出硬件电路图。
画出CAN初始化程序流程图，写出ACR、AMR、BTR0、BTR1、OCR寄存器。
1、答：
2.
BTR0=01H, BTR1=1CH.
ACR=0X08;
AMR=0XF7;
OCR=0XFA;得分
阅卷人
四．谈谈你对现场总线技术的认识。（共10分）
（不少于500字）现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，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。
现有的多数现场设备，为提高其性价比，在实现其内部操作时都采用了微处理器和数字化元件，于是就提出了必须在这些领域的数字设备之间实现数字通信的要求。采用现场总线的目的就是为了满足这种要求，为工业领域中的测量和调节控制设备提供实现串行数字通信的手段。
对于现场总线一方面把传统的模拟仪表变成数字仪表，变单一功能为多项功能，实现现场仪表的互操作和互换信息；另一方面是把DCS（分散型控制系统）变成FCS（现场控
制系统），在现场建立开放式的现场通信网络，实现全系统的数字通信网络化。现场总线有以下优点：
1.一对N的结构，一对传输线，可以对应多台现场数字仪表，也可采用多种网络拓扑结构，简化了工程设计，降低了工程费用。
2.现场总线采用数字信号传输。
3.实现远程监控
4.综合多种功能，以微处理器为基础的数字仪表具有多种功能；另外数字调节阀直接从现场总线接收数字调节信号，在现场总线上就可以构成回路，把原来的DCS站的功能下放到现场仪表，实现彻底的分散，提高系统的可靠性。
目前，较为流行的现场总线有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART（过渡协议）等。
对于现场总线的理解，应注意以下几点：
1、现场总线技术的本质是网络通讯技术。
2、现场总线的本质是现场传感器和执行器等设备与控制装置之间的通讯，它本身既不 能取代现场设备，也不能代替PLC/DCS/IPC等控制装置。
3、现场总线的成本大大提高了，每个传感器都要有单独的信号放大调理电路、A/D转换、载波与通讯电路、电源部件及其它智能部件。
4、现场总线由于所有信息均需通过总线串行交换，其实时性不得不受限制。
5、现场总线由于能大大减少电缆，所以对大楼布线这样的对电缆数量有要求的场合十分有意义。
6、工业应用中，机电设备、小型系统、重要安全的装置或系统不宜用现场总线。
7、工业中2/3以上的开关量信号（短距离时）不宜用现场总线。
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