工业控制网络

1、哈尔滨工业大学远程教育学院 2011年秋季学期 工业控制网络 试题纸（ 开卷，时间：90分钟）（所有答案必须写在答题纸上）一、 名词解释（共8分，每题1分）1、DCS 答：集散控制系统/分散控制系统/分布式控制系统2、CAN 答：控制器局域网。3、CSMA/CD 答：载波监听多路访问/冲突检测。4、PDU 答：PDU：协议数据单元。5、半双工通信 答：信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。6、ODVA 答：开放式设备网供货商协会；7、UCMM 答：未连接报文管理器；8、MAC 答：介质访问控制二、 填空题（共22分，每空0.5分）1、安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的

2、自动控制 装置之间的数字式、串行、多点通信 通信的 数据 总线称为现场总线。2、现场总线控制系统软件包括：组态工具软件、 组态通信软件、监控组态软件、设备编程软件、系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件1、现场总线（系统）硬件包括（通信线）和（连接在通信线上的设备），软件包括（组态工具软件）、（组态通信软件）、（监控组态软件）和（设备编程软件）系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件。等。3、进入“工业控制系统用现场总线”国际标准IEC61158（第4版）20种现场总线中的4种类型：、。答：IEC/TS61158、CIP、PROFIBUS、P-NET 、FF HSE、Swif

3、tNet、WorldFIP、INTERBUS、FF H1、PROFINET、TCnet、EtherCAT、Ethernet Powerlink、EPA、MODBUS-RTPS、SERCOS-,、VNET/IP 、CC-Link、SERCOS-、HART二十种现场总线中写出5种即可。给出进入国际标准IEC62026中的2种现场总线类型：（AS-i ）、（DeviceNet）。4、PROFIBUS由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA，PROFIBUS-FMS三部分组成。6、模拟数据编码的三种编码方法为幅度键控ASK、频移键控FSK 和相移键控PSK。3、TCP/IP参考模型的4层分别是

4、：主机至网络层、互联网层、传输层和应用层2、CAN远程帧由6个不同的位场组成，按由先到后发到总线上的顺序，分别是：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场和帧结束。5、在CAN总线中存在5种不同的错误类型，即位错误、填充错误、CRC错误、形式错误和应答错误。7、DeviceNet现场总线支持位选通 、轮询 、状态改变 、周期4种I/O数据触发方式。8、DeviceNet主站是为过程控制器 采集 和分配I/O数据的设备。DeviceNet对象用于提供到DeviceNet上的一个物理连接的 配置 及状态。DeviceNet现场总线网络上节点数最多可达64个，支持125bps、250bps、500

5、bps三种波特率，总线长度可达500米。9、ControlNet现场总线中，最大网络速度为 5Mbps ，网络刷新时间为 2-100ms ，物理介质为 RG6同轴电缆 、光纤 。10、服务原语的4种类型为：请求、指示 、响应 、证实 原语。4、无证实服务包括请求和指示 2个原语。3、国际标准IEC61158对现场总线的定义是：安装在制造或（过程）区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的（数字式）、（串行）、（多点）通信的数据总线称为现场总线。4、请给出两种不同类型的介质访问控制方式：（载波监听多路访问/冲突检测）和（令牌访问控制方式）。6、标准格式的CAN数据帧最短为（ 44）位，不计填充

6、位最长为（108）位，总线长度最长可达（10 ）km，报文标识符可达（2032，）个，采用（非破坏性逐位仲裁）机制来解决总线访问冲突。7、CAN的超载帧包括两个位场：（超载标志）和（超载界定符 ）。8、DeviceNet现场总线由美国（Rockwell）公司推出，国际组织（ODVA ）负责组织和管理。三、 单选题（共10分，每小题1分）1、下面哪个现场总线国际标准是关于低压开关设备和控制设备的：答：（ B）A.IEC61158 B.IEC62026 C.ISO11898 D.IEC600682、下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？答：（ A ）A.Lonworks B.HART C

7、.CC-Link D.Sensoplex23、在CAN总线中，当错误计数值大于多少时，说明总线被严重干扰？答：（A）A.96 B.127 C.128 D.2554、双绞线按规则螺旋结构排列的目的是 （ B ）A.使各线对之间易于区别B.使各线对之间的电磁干扰最小C.使各线对的韧性更强D.以上皆不是 5、ISO11898对CAN总线典型电平规定如下：答：（ B ）A.显性：VCANHVCANL2.5V，Vdiff =0V；隐性：VCANH3.5V，VCANL=1.5V，Vdiff =2V。B.隐性：VCANHVCANL2.5V，Vdiff =0V；显性：VCANH3.5V，VCANL=1.5V，

8、Vdiff =2V。C.显性：VCANH1.75V，VCANL=3.25V，Vdiff =-1.5V；隐性：VCANH4V，VCANL1V，Vdiff =3V。D.隐性：VCANH1.75V，VCANL=3.25V，Vdiff =-1.5V；显性：VCANH4V，VCANL1V，Vdiff =3V。6、CAN总线中，若具有下列报文ID的4个标准格式数据帧争用总线，胜出的是：答：（ C ） B. C 11、CAN总线中，若具有下列报文ID的4个标准格式数据帧争用总线，胜出的是 B最小值7、使用晶振频率为16MHz的独立CAN控制器SJA1000，若BTR0=01Hex，BTR1=1Chex，则由

9、其所决定的位速率是（参见附页）：答：（ C ）A.1Mbps B.500kbps C.250kbps D.125kbps 8、在DeviceNet现场总线中，优先级最高的报文组是答：（ A ）A. 组1报文 B. 组2报文 C. 组3报文 D. 组4报文 9、在DeviceNet中，报文组被分为几组？ 答：（ C ）A.2 B. 3 C. 4 D. 以上都不是 10、在DeviceNet现场总线I/O连接中，使用分段协议取决于下面哪种情况？答：（ D）A.须发送的数据超过7字节B.须发送的数据超过8字节C.生产_连接_长度属性值超过7 D.生产_连接_长度属性值超过8 10、DeviceNet

10、位选通命令和响应报文可在一个主站与它的从站间快速传送的I/O数据是A.少量的 B. 大量的 C. 随机的 D. 以上都不是 答：（ A ） 11、ControlNet使用的MAC机制为 答：（ D ）A. CSMA/CD B.令牌环 C.非破坏性逐位仲裁机制 D.隐性令牌传递机制 12、下面哪个国际标准是工业控制系统用的现场总线国际标准？ AA.IEC61158 B.IEC62026 C.ISO11898 D.ISO11519 13、现场总线设备主要有6类，下列设备中哪个不属于总线设备？ DA.变送器/传感器 B.执行器 C.控制器 D.普通按钮开关14、下列选项中哪个不属于现场总线的技术特点

11、？ DA.现场总线是现场通信网络 B.现场总线是数字通信网络C.现场总线是开放互连网络 D.现场总线系统是集散控制系统4、下列选项中哪个不属于数字数据编码方式？ CA.单极性码 B.双极性码 C.频移键控数据编码 D.非归零码 5、服务原语可以分为请求、指示、响应、证实4类，无证实服务不包括下面哪个原语？ CA.请求 B.指示 C.响应 6、TCP/IP参考模型由4层组成，下列选项中哪个不属于TCP/IP参考模型？ DA.互联网层 B.传输层 C.应用层 D.表示层7、下列选项中哪个不属于常用的网络传输介质？ CA.同轴电缆 B.双绞线 C.电力线 D.光纤8、CAN是哪个世纪、哪个年代由德国

12、Bosch公司推出的？ CA.19世纪80年代 B.19世纪90年代 C.20世纪80年代 D.20世纪90年代 9、CAN总线错误帧的字节长度为 AA. 1420位 B. 14位 C. 612位 D. 20位 10、CAN网络上的节点数取决于总线驱动电路，目前可达： AA. 110 B. 32 C. 64 D.128 12、CAN的数据帧由7个不同的位场组成，下列选项中哪个不属于CAN数据帧的位场？ CA.帧起始 B.控制场 C.错误标志 D.仲裁场 13、CAN的正常位时间由同步段、传播时间段、相位缓冲段1和相位缓冲段2这4个时间段组成，若总线被采样1次，其采样点位于 CA.同步段的终点

13、B.传播时间段的终点 C.相位缓冲段1的终点 D.相位缓冲段2的终点 6、CAN控制器接口PCA82C250的作用可归纳为：( ) 答：B A. 驱动和隔离 B. 驱动和保护 C. 保护和隔离 D. 以上都不是 15、DeviceNet的网络速度为125kbps时，总线长度应为 AA. 500m B. 250m C. 125m D. 以上都不是 17、根据DeviceNet预定义主从连接组的规定，若从站有状态改变事件要主动告知主站，使用的报文是 AA. 组1报文ID D B. 组1报文ID F C. 组2报文ID 2 D. 组2报文ID 5 7、ControlNet不支持下面哪种I/O数据触发

14、方式？ AA.位选通 B.轮询 C.状态改变 D.周期 四、 判断题（共14分，每小题1分）1、数据通信方式可分为单工通信和半双工通信两种。 答：×2、常见的网络拓扑结构有星形、环形和总线形等。 答：2、CAN总线数据帧的数据长度码DLC指明数据场的字节数目，为4位，允许的数据字节数目为0，1， 14，15。 答：×10、广播式网络可以实现多点传送。答：4、下层可以向上层提供面向连接的服务和无连接的服务这两种不同的服务形式，其中面向连接的服务更可靠。答：5、OSI参考模型有6层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、表示层和应用层。×6、CAN已成为国际标准I

15、SO11898和ISO11519。 答：7、CAN总线的最大网络速度为10Mbps。答：×8、CAN数据帧中的远程发送请求位即RTR位为显性。答：9、CAN的报文传送由3种不同类型的帧表示和控制，它们是错误帧、远程帧和超载帧。答：×10、CAN可以分为物理层和数据链路层，其数据链路层又可分为逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层。答：11、CAN总线数据帧中参与CRC计算的是仲裁场、控制场、数据场，不包括填充位。答：×6、在CAN总线中，位时间由传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2组成。答：×12、所有DeviceNet模块均被要求参与一个重复MAC ID检验

16、算法。答：13、DeviceNet网络上可以容纳128个节点，每个节点支持的I/O数量没有限制。答：×14、DeviceNet现场总线以CAN总线为底层基础，但只使用其数据帧。答：×16、在DeviceNet现场总线中，链接生产者和链接消费者属于连接类。答：×18、DeviceNet总线是现场总线中国标准GB/T18858包含的两种现场总线之一。答：9、一个显式报文使用一个CAN帧的数据场来传送DeviceNet定义的信息。答：3、CAN总线远程帧不存在数据场，所以DLC的数值应永远被设置为0。答：×8、DeviceNet是一种基于连接的网络，一个Dev

17、iceNet连接提供多个应用之间的一条路径。13、ControlNet现场总线的I/O数据触发方式包括轮询、位选通和状态改变/周期等。 ×19、令牌访问原理可用于环形网络，构成令牌环形网；也可用于总线网，构成令牌总线网络。20、在DeviceNet现场总线中，链接生产者和链接消费者不属于连接类。21、FF的通信模型以ISO/OSI 开放系统模型为基础，采用了物理层、数据链路层、应用层，并在其上增加了用户层。答：五、 简答题（共16分，每小题4分）。1. 简述CAN的MAC机制。答：CAN网络上一个节点发送的帧/报文可被网络上所有其他节点监听并应答；当总线处于空闲（开放）时，任何节点均

18、可开始发送报文。若一个节点正在发送，其他节点只有在此节点发送完成后，才可尝试发送；若两个或多个节点同时开始发送，则通过使用仲裁场的非破坏性逐位仲裁机制来解决总线访问冲突。在当前发送结束后，失去仲裁的节点可尝试再次发送。2. 简述在物理层和数据链路层中DeviceNet与CAN的主要区别。答：CAN的最高通信速率可达1Mbps，DeviceNet只用了125 kbps、250 kbps、500kbps三种速率；DeviceNet只使用了CAN2.0A中的有关定义，并不支持CAN2.0B中的扩展报文格式；在CAN定义的4种帧类型中，DeviceNet不使用其中的远程帧。3. 当监听总线状态后，可采

19、用三种CSMA坚持退避算法，简述这三种CSMA坚持退避算法的基本原理。答：不坚持CSMA介质空闲就发送，介质忙就等待一段随机时间再发送。利用随机的重传时间来减少冲突的概率。1-坚持CSMA 。介质空闲就发送，介质忙 则继续监听，等到总线空闲，立即发送。如 果发生冲突，则等待一段随机时间，重复第 一步。P-坚持CSMA 。假如介质是空闲的，则以P的概率发送，或以（1P）的概率延迟一个时间单位后重复处理。4. 简述TCP/IP参考模型和OSI参考模型的关键差别。（1）OSI参考模型把服务、接口和协议这3个概念之间的区别明确化了。TCP/IP参考模型最初没有明确区分服务、接口和协议。OSI模型中的协

20、议比TCPIP参考模型的协议具有更好的隐藏性，在技术发生变化时能相对比较容易地替换掉。（2）OSI参考模型产生在协议发明之前，没有偏向于任何特定的协议，因此非常通用。但不利的方面是设计者在协议方面没有太多的经验，因此不知道该把哪些功能放到哪一层最好。TCPIP却参考模型首先出现的是协议，模型实际上是对已有协议的描述。因此不会出现协议不能匹配模型的情况，它们配合得相当好。唯一的问题是该模型不适合于任何其它协议栈。因此，它对于描述其它非TCPIP网络并不特别有用。（3）OSI模型有7层，而TCP/IP模型只有4层。它们都有（互联）网络层、传输层和应用层，但其它层并不相同。（4）OSI模型在网络层支

21、持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信，这是它所依赖的（因为传输服务对用户是可见的）。然而TCPIP模型在网络层仅有一种通信模式（无连接），但在传输层支持两种模式，给了用户选择的机会。这种选择对简单的请求-应答协议是十分重要的。5. 通信方式一般分为三种，简述这三种通信方式的区别。答：数据通信方式都有单工通信、半双工通信和全双工通信。单工，就是指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。半双工通信是指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。全双工通信是指能同时作双向通信。3. 现场总线的技术特点是什么？ 答：（1）现场通信网络；（2）数字通信网络；（

22、3）开放互连网络；（4）现场设备互连网络；（5）结构与功能高度分散的系统；（6）现场设备的互操作性与互换性。 3. 简述服务与协议的关系。答：答：服务与协议是两个完全不同的概念。服务是底层的协议向上层协议提供的一组原语（操作），尽管服务定义了该层能够代表他的上层完成的操作，但丝毫也未涉及这些操作是如何完成的。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，下层是服务提供者。协议是通信同层对等实体之间交换的帧、报文、分组的格式及意义的规则，实体利用协议来实现他们的服务定义。只要不改变他提供给用户的服务，实体可以任意改变他们的协议。这样，服务和协议就被完全分离开来。或（服务通过协议完成，协议通过服务体现

23、；服务代表功能、能力，协议代表标准化；用户只能见到服务；协议控制同层实体间的通信，服务由下层向上层提供。） 4. 对于服务器而言，DeviceNet传送类-触发属性的各传送类的区别是什么？答：答：传送类0：收到报文后只是通知应用数据已被消费。传送类2：链接消费者的消费动作会立即触发相关链接生产者进行发送，无须应用的介入。传送类3：当链接消费者收到一个报文时，它将其传送给消费_连接_路径属性中指定的应用对象。此应用对象继而确认该接收数据事件。若该应用对象确认该接收数据事件有效，则要求触发一个生产。若应用对象检测出一个错误，则根据内部逻辑，它可触发也可不触发一个生产。 六、 请根据图中给出的数据和

24、时钟波形画出对应的曼彻斯特编码波形。（本题5分）答： 七、 请写出图中各个英文简称对应的中文全称。（本题5分） SAPSDUICISDUICISDU报头IDUn-PDU第n + 1层接口第n层答：SAP：服务访问点 IDU： 接口数据单元 SDU： 服务数据单元PDU： 协议数据单元 ICI： 接口控制信息 八、 请根据图中给出的绝对码的波形画出对应的差分码波形。（本题5分）答： 九、 设CAN总线的通信速率为250kbps，对于包含3字节有效数据的标准格式的数据帧，若其帧间空间为3位，请计算其最小CAN中断时间？（本题6分）答：CAN总线的位时间：每个数据帧位数：44+3*8=68位两次中断

25、间总数据位数：68+3=71位最小CAN中断时间： 十、 设CAN总线的通信速率为125kbps，对于包含4字节有效数据的标准格式的数据帧，若其帧间空间为3位，请计算其最小CAN中断时间？（本题5分）答：CAN总线的位时间：（错，为8*10-6 S）每个数据帧位数：44+4*8=76位两次中断间总数据位数：76+3=79位 最小CAN中断时间： 79*8=632 S十一、 使用晶振频率为12MHz的独立CAN控制器SJA1000，若总线定时寄存器BTR0=01Hex，BTR1=1Bhex，则由其所决定的位速率是多少？（本题8分）答：tCLK=1/fXTAL=1/12M=1/12微秒因BTR0=

26、01Hex，则=4* tCLK =1/3微秒因BTR1=1BHex，则网络的位时间：t=tSYNCSEG+tTSEG1+tTSEG2=15 tscl=5微秒网络的通信速率：200kbps 十二、 已知CAN网络使用的独立CAN控制器SJA1000的晶振频率为24MHz，若总线定时寄存器BTR0=11Hex，BTR1=2AHex，则CAN网络的通信速率是多少？设CAN网络中标准格式的数据帧包含3个字节有效数据，则其最小CAN 中断时间是多少？（相关表格参见附页）（本题9分）答：tCLK=1/fXTAL=1/24M=1/24微秒因BTR0=11Hex，则=36* tCLK =3/2微秒因BTR1=

27、2AHex，则= tSCL*(8+2+1)=11 tSCL= tSCL*(2+1)=3 tSCLCAN网络的位时间：t=tSYNCSEG+tTSEG1+tTSEG2=15 tscl=22.5微秒CAN网络的通信速率：44.4kbps最小CAN 中断时间是22.5*(44+3+24)=1579.5微秒十三、 CAN总线的发送器和接收器均使用独立CAN控制器SJA1000，采用CAN2.0A技术规范，发送器发送的4个报文的ID分别为：（1）；（2）；（3）；（4）。欲使接收器只接收报文（1）、（3），应如何设置接收器SJA1000的ACR和AMR？（本题6分）答：AMR:1111 1110; AC

28、R:xxxx xxx0 答案不唯一，x可为1，也可为0.十四、 请用“0”代表“显性”电平，“1”代表“隐性”电平，列表给出CAN总线的数据帧中数据长度码DLC和数据字节数的关系。（本题5分）表 数据长度码中数据字节数目编码数据字节数目 数据长度码 DLC3DLC2DLC1DLC0000001000120010300114010050101601107011181000十五、 DeviceNet现场总线预定义主从连接组标识符如附页所示，现使用轮询连接，主站的MAC ID=01，从站的MAC ID分别为8、10、12、50。试给出主站发给每一个从站的轮询命令报文的CID和每一个从站轮询响应报文的

29、CID。（本题10分）答：从站8，主站轮询命令报文CID=10 001000 101,0x445从站轮询响应报文CID=0 1111 001000,0x3C8;从站10，主站轮询命令报文CID=10 001010 101, 0x455从站轮询响应报文CID=0 1111 001010, 0x3CA;从站12，主站轮询命令报文CID=10 001100 101, 0x465从站轮询响应报文CID=0 1111 001100, 0x3CC;从站50，主站轮询命令报文CID=10 110010 101, 0x595从站轮询响应报文CID=0 1111 110010, 0x3F2。十六、 Device

30、Net现场总线预定义主从连接组标识符如附页所示，现使用轮询连接，主站的MAC ID=01，从站的MAC ID分别为9、11、12、62。试给出主站发给每一个从站的轮询命令报文的CID和每一个从站轮询响应报文的CID。（本题8分）答：从站9，主站轮询命令报文CID=10 001001 101,0x44D从站轮询响应报文CID=0 1111 001001,0x3C9;从站11，主站轮询命令报文CID=10 001011 101, 0x45D从站轮询响应报文CID=0 1111 001011, 0x3CB;从站12，主站轮询命令报文CID=10 001100 101, 0x465从站轮询响应报文CI

31、D=0 1111 001100, 0x3CC;从站62，主站轮询命令报文CID=10 111110 101, 0x5F5从站轮询响应报文CID=0 1111 111110, 0x3FE。十七、 DeviceNet现场总线预定义主从连接组标识符如附页所示，现使用位选通连接，主站的MAC ID=01，从站的MAC ID分别为5、9、14、15、60。试给出主站发给各个从站的位选通命令报文的CID和每一个从站位选通响应报文的CID。（相关表格参见附页）（本题12分）答：从站5，主站位选通命令报文CID=10 000001 000,0x408从站位选通响应报文CID=0 1110 000101,0x385;从站9，主站位选通命令报文CID=10 000001 000,0x408从站位选通响应报文CID=0 1110 001001,0x389;从站14，主站位选通命令报文CID=10 000001 000, 0x408从站位选通响应报文CID=0 1110 001110, 0x38E;从站15，主站位选通命令报文CID=10 000001 000, 0x408从站位选通响应报文CID