工业控制网络习题

1. 与普通计算机网络相比，工业控制网络具有哪些特点？实时性、稳定性、安全性

2. 现场总线的定义：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

3. 判断题：工业以太网具有更高的传输速率，因此可以完全取代现场总线协议 （  x   ）错误，现场总线主要用于底层现场设备间互联，工业以太网主要用于上层信息系统集成。

4. 网络控制系统具有哪些优点？A、结构简单，安装、维护方便b、信息集成度高c、现场设备测控功能强

5. 控制网络和信息网络的集成，有哪几种实现方式？硬件实现、dde实现、统一协议标准实现、数据库访问技术实现、opc技术实现

2、CAN总线

1.CAN协议可以划分为  CAN对象层  层、  CAN传输层  层和  物理  层；

2.CAN的4种帧类型分别为：  数据  帧， 远程   帧，  错误  帧和  过载   帧

3.CAN的数据帧由  SOF、 仲裁域 、 控制域 、数据域、校验域、 应答域 和 帧尾 组成，其中校验域是根据 SOF到数据域结束 的数据计算得到的   15   位的 crc   校验码。   

4. CAN总线中显性电平表示数字逻辑  0  ，  隐性电平表示数字逻辑  1  。

5.MCP2515属于  （   Ｃ   ）

  A．CAN控制器接口芯片；   B.CAN控制器驱动芯片； 

C.CAN控制器芯片；    D. 集成了CAN控制器的单片机

6.CAN总线使用的数据编码为（ 　Ｂ  ）

   A． 归零码（RZ）；B. 不归零码（NRZ）；C. 曼彻斯特编码；D. 差分曼彻斯特编码

7.CAN总线的终端匹配电阻值为（ 　Ｄ　  ）

A． 50Ω；   B. 60Ω；C. 100Ω；D. 120Ω

8.CAN 总线协议2.0B规定扩展帧的标志位有 （ 　Ｄ　 ）

   A． 8位；   B.11位； C.18位； D.29位

9.下面关于TJA1050的特征描述不正确的一项是（ 　Ｃ　  ）

   A．最高传输速度可达1Mbps；   B. 输入级兼容3.3V和5V电平；

 C.最多可以连接110个节点；    D. TXD有防止钳位在显性电平的超时功能。

10.在CAN总线中，当错误计数值大于（    　Ａ　    ）时，说明总线被严重干扰。  

A. 96           B. 127            C. 128          D. 255

11.MCP2515与单片机间的通信采用了下面哪一种接口？（ 　Ｄ　  ）

A. 并口          B.1-wire          C. I2C          D. SPI

12.下面哪种说法是错误的（  　Ｃ　  ）。

A、CAN总线协议被广泛用于汽车工业。

B、CAN为多主工作方式，而且不分主从

C、CAN采用破坏总线仲裁技术

D、CAN的直接通信距离可达10Km

13.CAN总线的全称是(  　Ａ　  )

A．Controller Area Network   B. Common Auto Network  

C. Complex Area Network     D. Chinese Advanced Network

14.CAN总线通信参考模型中定义了OSI模型中的（ 　Ｃ　 ）

A．物理层、应用层；     B. 物理层、传输层、应用层

C．物理层、数据链路层； D. 物理层、数据链路层、应用层

15.可以作为CAN总线的传输介质是（   　Ｄ　   ）

A、光纤   B、双绞线    C、同轴电缆     D、以上均可

16.当CAN总线系统传输速率为1000kbps时，两节点间的最大传输距离为（ 　Ｃ　  ）

  A、5m    B、10m    C、30m     D、100m

17.CAN在通信中的错误类型不包括：（   Ｄ   ）

A、位错误   B、填充错误   C、应答错误   D、总路冲突错误

18.简述CAN总线与RS－485相比较其优点有哪些？

、RS－485总线是不支持竞争的，其通信采用的是“一主多从”的方式，运行效率低，高峰期易堵塞；而CAN总线具有非破坏性总线仲裁，支持竞争，通信采用”多主对等”方式；、RS－485总线通信及组网的灵活性不强，通信速率也比较低；CAN总线组网非常灵活，通信速率最大可达1Mbps；、RS－485总线标准只是一个电气标准，并没有自己的通信协议，无故障定位和错误处理功能，所以由RS－485总线构成的网络维护也比较困难，往往一个节点出故障却要每个节点进行排查；而CAN总线在这些方面则具有较强的功能。

19.CAN总线中，若具有下列报文ID的数据帧争用总线，则胜出的为（ 　Ｃ　  ）

  A、10001100001   B、10001010001 C、10001000010   D、11001000010 

3、PROFIBUS

1.简述PROFIBUS协议特点；

答：１、采用短帧结构　２、采用总线型或树型拓扑　３、传输速率９.６ｋｂ／ｓ～１２Ｍｂ／ｓ　４、使用半双工，异步的传输模式　５、使用两类站：主站和从站，最多３２主站，总站数可达１２７　（６）、总线访问采用两种方式：主站之间的令牌传递方式；主站与从站之间的主——从方式　７、ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＰＡ可用于本质安全的场所，还可以总线供电　８、数据传输服务有两类：非循环、循环

2.PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: PROFIBUS DP、ProfiBus PA和ProfiBus FMS。

3.PROFIBUS采用混合的总线存取控制机制，即    在主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式     。

4.ProfiBus DP总线中，线路上的匹配电阻值为  220   欧。

5.为什么一个Profibus网络上的设备个数为126而不是127个？

答：Profibus的地址域中低7位表示实际的地址，在0~127间，其中的127作为广播地址保留，而地址126则是作为初始化时的默认现场设备地址。在一个Profibus系统进入运行状态之前必须预先赋给各个站点一个明确的地址。这样在实际运行状态下，在一个网段中最多只能有126个站点（0~125） 

6.简述GSD文件的作用。

答：PRO FlBUS设备具有不同的性能特点，为达到PROFIBUS简单的即插即用配置．PROFIBUS设备的特性均在电子设备数据库文件(GSD)中具体说明。标准化的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用基于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中．既简单又是对用户友好的。 

7.ProfiBus中将设备分为几种类型？分别是什么？

DP主站（1类）循环地与DP从站交换用户数据：PLC、PC或可以做1类主站使用的控制器。

2类DP主站是操作元工作站、编程装置，诊断和管理设备，完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。

DP从站：PLC、分散式I/O、驱动器、传感器、执行机构等现场设备。

4、LONWORKS

1.1992年，美国    Echelon     公司推出了LonWorks智能控制网络。

2.载波侦听多路访问有三种常用的退避算法，分别是   非坚持、 1坚持 和  p坚持 ，其中Lonworks使用的是 p坚持 。

3.Lonworks技术的核心是神经元芯片，该类芯片内部一般具有 3 个CPU，分别为 MAC  处理器、  网络 处理器和  应用   处理器。

4.LonTalk协议提供了哪几种类型的报文服务

答：（1）确认服务；（2）请求-响应  （3）非确认重发 （4）非确认方式  p167

5.神经元芯片支持多种通信介质，其中使用最广泛的是  双绞线  ，其次是  电力线   。

6.向神经元芯片的Service Pin输入一个低电平，则神经元芯片会传送一个 Neuron ID 。

7.神经元通信端口为适应不同的通信介质，可配置3种不同的接口模式：  单端   模式，

   差分   模式和   专用    模式。

8.Lonworks网络中，支持双绞线的收发器主要有三类：直接驱动，EIA-485和 变压器  。

9.简述LonTalk协议的特点。

答：（p159）1、发送的报文都是很短的数据2、通信带宽不高3、网络上的节点往往是低成本、低维护的单片机4、多节点，多通信介质5、可靠性高6、实时性高

10.LonTalk协议中定义了三种寻址方式：通过   域地址  寻址 、通过   子网地址  寻址和通过    节点地址   寻址

11.Lonworks技术提供了    Nodebuilder     和    LonBuilder      两种节点开发工具。

12.关于P-坚持的CSMA特点正确的一项是（ d  ）

A．介质一旦空闲，立即发送；

B． 介质一旦空闲，等待一个随机时间后再发送；

C． 介质空闲时，以P的概率发送，以1+P的概率延迟一个时间单位。

D．侦测到介质空闲时，以P的概率发送，否则延迟一定时间，再继续监听介质。

5、FF

1.基金会现场总线为设备提供了两种供电方式，即  总线  供电与  非总线  供电。

2.FF总线的终端器由   100欧姆电阻       和    1uF电容       组成。

3.按FF的H1技术规范，采用总线供电时，数字信号以 31.25 的频率，将峰值0.75~1V的数字信号叠加至  9~32   V的直流供电电压上。

4.FF总线上每段有一个链路媒体访问中心，称为         LAS        。 

5.请简述LAS的主要功能。

答：（P225）1、维护调度，发送强制数据CD给网络设备2、探查未使用地址，将其分配给新设备，并加到活动表上3、在链路上周期分配数据链路时间和链路调度时间4、发送传递令牌给设备，进行无调度数据传输控制5、监视设备响应授权令牌，从活动表上删掉不能使用或不能返回令牌的设备

6.在FF的应用层中，存在哪几种应用关系？

答：（P226）1、队列传输、用户活动、单向的AREP（QUU）2、队列传输、用户活动、双向的AREP（ＱＵＢ）３、缓冲器传输、网络启动、单向的ＡＲＥＰ（ＢＮＵ）

7.FF定义了２９ 个功能块，其中包括 基本 功能块、 先进 功能块、  计算 功能块和  辅助  功能块四类。

8.基金会现场总线有哪几种虚拟通信关系？试分析它们的通信特点，信息类型分别是什么以及它们的应用场合。

FAS-PDU包含了哪几种类型？

答：（Ｐ２２８）１、确认的数据传输——请求ＰＤＵ　２、确认的数据传输——响应ＰＤＵ　３、非确认的数据传输——ＰＤＵ　４、连接——请求ＰＤＵ　５、连接——响应ＰＤＵ　６、连接——错误ＰＤＵ　７、放弃——ＰＤＵ

9.FF使用的节点地址范围是什么？这些地址被分为哪几大类？

答：０～２５５

10.某化工生产装置的温度-流量串级控制系统如下图所示，请用FB设计其控制图。

6、工业以太网

1.工业以太网具有哪些优点？

答：１、可以保证控制网络的可持续发展　２、可以得到丰富的软、硬件资源　３、可以降低成本　４、可以提高通信速率　５、易于与上层网络无缝集成

2.EIA-TIA 568B中规定的双绞线接线线序为：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕 

 标准568A：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕；

3.了解IPv4中A、B、C三类地址的范围和定义

答：IP地址中A类：

一个A类IP地址由1字节（每个字节是8位）的网络地址和3个字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”。A类IP的地址第一个字段范围是0~127，但是由于全0和全1的地址用作特殊用途，实际可指派的第一个字段范围是1~126。

IP地址中B类：

前两个八位字节指明网络，后两个八位字节指明网络上的主机。

B类地址范围：128.0.0.1到191.255.255.254。

IP地址中C类：

前三个八位字节指明网络，后一个八位字节指明网络上的主机。“网络负载平衡”为 C 类 IP 地址提供可选的会话支持（除了支持单个 IP 地址以外）以适应在客户站点使用多个代理服务器的客户。

4.IPv6中地址为   １２８  位。

5.了解常见的工业以太网协议。

答：有4种主要协议：HSE、Modbus TCP/IP、ProfINet、Ethernet/IP

HSE

基金会现场总线FF于2000年发布Ethernet规范，称HSE(High Speed Ethernet)。HSE是以太网协议IEEE802.3，TCP/IP协议族与FFIll的结合体。FF现场总线基金会明确将HSE定位于实现控制网 络与Internet的集成。

HSE技术的一个核心部分就是链接设备，它是HSE体系结构将Hl(31.25kb/s)设备连接 100Mb/s的HSE主干网的关键组成部分，同时也具有网桥和网关的功能。网桥功能能够用于连接多个H1总线网段，使同H1网段上的H1设备之间能够进 行对等通信而无需主机系统的干涉;

网关功能允许将HSE网络连接到其他的工厂控制网络和信息网络，HSE链接设备不需要为H1子系统作报文解释，而是将来自H1总线网段的报文数据集合起来并且将Hl地址转化为IP地址。

Modbus TCP/IP

该协议由施耐德公司推出，以一种非常简单的方式将Modbus帧嵌入到TCP帧中，使Modbus与以太网和TCP/IP结合，成为Modbus TCP/IP。这是一种面向连接的方式，每一个呼叫都要求一个应答，这种呼叫/应答的机制与Modbus的主/从机制相互配合，使交换式以太网具有很高的 确定性，利用TCP/IP协议，通过网页的形式可以使用户界面更加友好。

利用网络浏览器便查看企业网内部设备运行情况。施耐德公司已经为Mod-bus注册了502端口，这样就可以将实时数据嵌人到网页中，通过在设备中嵌入Web服务器，就可以将Web浏览器作为设备的操作终端。

ProflNet

针对工业应用需求，德国西门子于2001年发布了该协议，它是将原有的Profibus与互联网技术结合，形成了ProfiNet的网络方案，主要包括：

基于组件对象模型(COM)的分布式自动化系统;

规定了ProfiNet现场总线和标准以太网之间的开放、透明通信;

提供了一个于制造商，包括设备层和系统层的系统模型。

ProfiNet采用标准TCP/IP十以太网作为连接介质，采用标准TCP/IP协议加上应用层的RPC/DCOM来完成节点间的通信和网络寻址。它可以同时挂接传统Profibus系统和新型的智能现场设备。

现有的Profibus网段可以通过一个代理设备(proxy)连接到ProfiNet网络当中，使整Profibus设备和协议能够原封不动地在 Pet中使用。传统的Profibus设备可通过代理proxy与ProFiNET上面的COM对象进行通信，并通过OLE自动化接口实现COM对象间的 调用。

Ethernet/IP

Ethernet/IP是适合工业环境应用的协议体系。它是由ODVA(Open Devicenet Vendors Asso-cation)和Control Net International两大工业组织推出的最新成员与Device Net和Control Net一样，它们都是基于CIP(Controland Information Proto-Col)协议的网络。它是一种是面向对象的协议，能够保证网络上隐式(控制)的实时I/O信息和显式信息(包括用于组态、参数设置、诊断等) 的有效传输。

Ethernet/IP采用和Devicenet以及ControlNet相同的应用层协议CIP。因此，它们使用相同的 对象库和一致的行业规范，具有较好的一致性。Ethernet/IP采用标准的Ethernet和TCP/IP技术传送CIP通信包，这样通用且开放的应 用层协议CIP加上已经被广泛使用的Ethernet和TCP/IP协议，就构成Ethernet/IP协议的体系结构。

6.乙烯的裂解炉装置有8个炉腔，假设每个炉腔安装有30个支持IPv4的智能终端，网络中心为该装置分配了一个C类地址段192.168.243.x 。现出于生产管理需要希望划分8个子网，每个炉腔的终端位于同一子网内。

（1）子网掩码应如何设置？２５５.２５５.２５５.２２４

（2）写出各炉腔的IP地址取值范围

1、１９２.１６８.２４３.１～３０

2、１９２.１６８.２４３.３３～６２

3、１９２.１６８.２４３.６５～９４

4、１９２.１６８.２４３.９７～１２６

5、１９２.１６８.２４３.１２９～１５８

6、１９２.１６８.２４３.１６１～１９０

7、１９２.１６８.２４３.１９３～２２２

8、１９２.１６８.２４３.２２５～２５４

（3）若每个炉腔再新增2个智能节点，是否还能使用上述方案？为什么？

不行。子网划分至少保留２位。节点数不够了。