内蒙古科技大学现场总线思考题答案

1、 1.现场总线的定义及特点 （1）应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行节点数字通信的系统。也可称为开放式、数字、多点通信的底层控制网络。 （2）现场总线控制系统：是一个开放的通信网络，又是一种全分布控制系统。是连接智能设备的纽带，实现基本控制，补偿计算、参数修改、报警、显示、监控优化及控管一体化的综合自动化功能。 现场总线及其应用-现场总线定义现场总线定义 其特点是： 对同一链路上I/O实时互锁。对等报文传送和编程操作时均具有相同的带宽。 对于离散和连续过程控制应用场合，均具有确定性和可重复性。 现场总线及其应用 FCSFCS的特点的特点CAN总线标识符ID的作用1.描述数据的

2、含义,以便网络中的所有节点借助报文滤波决定该数据是否使它们激活.2.优先性:用标识符定义了一个报文静态的优先权。当总线开放时,任何节点均可发送报文但只有最高优先权报文赢得总线的访问权.2.CAN总线的ID标识符的作用?现场总线及其应用 CANCAN总线特点总线特点 （1）CAN是目前为止惟一有国际标准的现场总线；（2）CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从；（3）在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求；（4）CAN采用非破坏总线仲裁技术:改进的CSMA/CD方式(载波侦听多路访问冲突检测）；（5）CAN节点只需

3、要通过对报文的标识符滤波即可以实现点对点、一点对多点及全局广播等方式传送接收数据；（6）CAN的直接通信距离最远可达10Km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）； 现场总线及其应用 CANCAN总线特点总线特点（7）CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；（8）报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低；（9）CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果；（10）硬件化底层协议 （物理层和数据链路层）（11） CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活；（12） CAN节点在错误严重

4、的情况下，具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响；（13）CAN总线具有较高的性价比。 4.CAN总线的报文有几种格式?是如何定义的?CAN报文的帧结构 1、数据帧 SOF：所有站都必须同步于首先开始发送的那个站的帧起始前沿仲裁场 远程请求：RTR =显性 数据帧；=隐性 远程帧帧格式：IDE =显性 标准帧；=隐性 扩展帧 替代远程请求：SRR扩展帧=隐性 控制场 ：数据场：由0-8字节数据组成 CRC场：1位隐性位界定，8位CRC 应答场ACR 2位：应答间隙=2隐性（发送器发出） 1显性（接收器回应） 应答界定符=1 隐性帧结束：由7个隐性位组成 2、远程帧：用来请求总线

5、上远程节点发送自己想要接收的某种数据，无数据域且RTR=1，其余同数据帧3、错误帧：两个场组成，第一场由来自各站的错误标志叠加，第二场为出错界定符。报文传输过程中任何一个节点出错，即于下一位开始发送出错帧，通知发送端停止发送。4、超载帧：超载条件 要求延迟发送（最多两次）在间歇场检测到显性位活动5、帧间空间 无错 有错认可错误标志： 6个连续显性位认可错误标志： 6个隐性位5.基于CAN总线的应用层协议有哪些?其特点? 1.CAL 医疗 2.J1939 汽车 3.CALOPEN 工业应用 4.DEVICE NET 简单工业控制 特点为 1）多通信层次即消息优先级队列 2）主从或点对点结构 3)

6、总线供电 4）定义应用和物理层规范，数据链路层用CAN协议 5）仅使用CAN2.0A 6）开放式网络标准 7) DEVICE NET 规范应用层（Application layer）：为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议。 通讯描述（Communication profile）：提供配置设备、通讯数据的含义，定义数据通讯方式。 设备描述（Device proflile）：为设备（类）增加符合规范的行为。6.应用层协议的作用及主要内容(服务元素)?7.对象字典OD的作用. 数据档案，为使用这个设备提供说明书， 另一方面通过网络行为获得设备参数，便于使用8.数字化设备使用的一般方法

7、. 9. PROFIBUS家族构成及各自应用方面? 10.PROFIBUS总线存取协议及传输特点? 11. PROFIBUS总线的工作流程及内容? 12.PA设备应用举例? 13.DP设备类型及各自作用? 14. PROFIBUS总线报文结构及服务内容 15. PROFIBUS总线系统集成技术 16. PROFIBUS总线协议芯片的分类及作用? 17. PROFInet的作用及意义? 18.PROFINET三种通讯方式?现场总线及其应用思考题思考题2 2 (1) PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细

8、说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。(2) PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口（Lower Layer InterfaceLLI）。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。9. PROFIBUS家族构成及各自应用方面? (3) PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的

9、传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。9. PROFIBUS家族构成及各自应用方面?10.PROFIBUS总线存取协议及传输特点？总线存取协议及传输特点？(1) 三种PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的总线存取协议。该协议是通过OSI参考模型第二层（数据链路层）来实现的。它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。(2) 在PROFIBUS中，第二层称之为现场总线数据链路层（Fieldbus Data LinkFDL）。介质存取控制（Medium Access ControlMAC）具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在

10、任何一个时刻只有一个站点发送数据。(3）PROFIBUS协议的设计要满足介质存取控制的两个基本要求：在复杂的自动化系统（主站）间的通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。在复杂的程序控制器和简单的I/O设备（从站）间通信，应尽可能快速又简单地完成数据的实时传输。 因此，PROFIBUS总线存取协议，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) 令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权（令牌）。在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行，海明距离 HD = 4。11. PROFIBUS总线的工作流程及内容？总线的工

11、作流程及内容？ PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。每个PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：13.DP设备类型及各自作用? (1) 一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。(2) 二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。(3) DP从站：DP从站是进行输入

12、和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。(4) 单主站系统：在总线系统的运行阶段，只有一个活动主站。13.DP设备类型及各自作用? 14. PROFIBUS总线报文结构及服务内容15. PROFIBUS总线系统集成技术1、单主站的系统根据PROFIBUS技术原理，一个最小系统至少由一个PROFIBUS （一类）主站和若干PROFIBUS从站组成。PROFIBUS总线访问协议：主站间的逻辑令牌环、主从站间的主从协议。主动站在一个限定时间内(Token Hold Time)对总线有控制权，从站只是响应主站的请求，它们对总线没有控制权。（1）PLC做PROFIBUS一类

13、主站控制器：如S7-300（-2DP、CP342-5）；S7-400（-2DP、CP442-5）配置/控制软件：STEP 7 从站提供：GSD文件（2）另一种单主站系统：PC+网卡做PROFIBUS一类主站：网卡：如CP511；CP5613.配置/驱动软件：COM PROFIBUS、SIMATIC NET控制软件：WinAC、WinCC.从站提供：GSD文件2、带监控站的系统（1）PC+组态软件（2）HMI （3）其他通信协议监控站的连接3、多主系统及分层的多主系统（1）基于PROFIBUS的多主系统 PROFIBUS链路层：支持基于令牌的多主系统；PROFIBUS应用层：定义信息规范FMS西

14、门子PLC多主系统产品：两种FMS S7 FUNCTION16. PROFIBUS总线协议芯片的分类及作用?1、SPM2、LSPM2 （1）用途：SPM2（SiemensPROFIBUSMultiplexer）LSPM2（LeanSiemensPROFIBUSMultiplexer）用于简单从站协议芯片。主要用于I/O开关设备。2、SPC3应用 （1）主要用途：智能现场设备，如变频器、智能仪表等；3、 SPC4 应用 （1）用途：用于从站的智能通信芯片；SPC 4 还提供了连接SIM 1 的同步接口，数据传输符合IEC 1158-2，用于PROFIBUS-PA单元。低功耗管理系统，因此特别适合

15、用于本征安全场合。4、SIM1 应用（1）用途：SIM1（SiemensIEC H1 介质连接单元）与IEC H1 即PROFIBUS-PA信号兼容。用于流程自动化行业。可用于本征安全场合。SIM1 可作为SPC 4 的扩展芯片使用。只有为了能连接PROFIBUS-PA及用于本征安全才需要着种芯片作扩展。SIM1 支持所有发送与接受功能，吸收总线上附加电源电流端具有高阻特性。芯片使用两种稳压电源供电并允许电源具有电隔离。芯片采用符合IEC 1158-2的曼切斯特编码技术。5、ASPC 2 用途用于主站的智能通信芯片，支持PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS协议。通过段耦合器也可接P

16、ROFIBUS-PA。主要用于可编程序控制器、个人计算机、驱动控制器、人机接口等设备。17. PROFInet的作用及意义? 一方面，随着现场设备智能程度的不断提高，控制变得越来越分散，分布在工厂各处的智能设备之间以及智能设备和工厂控制层之间需要连续的交换控制数据，导致现场设备之间数据的交换量飞速增长； 另一方面，随着计算机技术的发展，企业希望能够将底层的生产信息整合到统一的全厂信息管理系统当中，于是企业的信息管理系统需要读取现场的生产数据，并通过工业通讯网络实现远程服务和维护.从目前工业自动化控制领域的情况来看，以太网技术取代现场总线是工业控制网络发展的必然趋势。通讯的实时性和确定性。18.PROFINET三种通讯方式?1.TCP/IP标准通讯PROFINET基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准。TCP/IP是IT领域关于通信协议方面事实上的标准，尽管其响应时间大概在100ms的量级，不过，对于工厂控制级的应用来说，这个响应时间就足够了。2.实时（RT）通讯对于传感器和执行器设备之间的数据交换，系统对响应时间的要求更为严格，