自-2010年春季学期《工业控制网络》试题

班级学号姓名哈工大2010年春季学期工业控制网络试题A题号一二三四五六七总分分数评卷人本题得分一、填空题（共5分，每空0.5分）1、罗克韦尔推出的现场总线控制系统的三层网络结构，其设备层、控制层、信息层三层网络分别为：DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP。2、传输介质的特性主要包括：物理特性、传输特性、连通特性、地理范围、抗干扰性、相对价格。3、DeviceNet现场总线网络上节点数最多可达64个，支持125kbps、250kbps、500kbps三种波特率。本题得分二、单选题（共5分，每小题1分）1、下列哪种现场总线是建筑业国际公认的现场总线标准？A. LonworksB. HARTC. CC-LinkD. Sensoplex2 答：（A）第1页（共11页）试题：工业控制网络班号：姓名：2、CAN控制器接口PCA82C250的作用可归纳为：A.驱动和隔离B.驱动和保护C.保护和隔离D.以上都不是答：（B）3、独立CAN控制器SJA1000采用BasicCAN模式，关于其接收滤波公式，下列表述正确的是：A. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)同或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收B. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)异或，再和(AM.7-AM.0)或，若值为0xFF，则接收C. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位同或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收D. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位异或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值为0xFF，则接收 答：（C）4、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？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7D. 生产_连接_长度属性值超过8 答：（D）5、ControlNet现场总线是由下面哪个公司推出的：A. SiemensB. BoeingC. RockwellD. Fisher-Rosemount 答：（C）第2页（共11页）本题得分三、判断题（共5分，每小题1分）1、FF、Profibus、FFHSE、P-Net、WorldFIP、SwiftNet、Ethernet/IP、PROFInet均进入“工业控制系统用现场总线”国际标准IEC61158（第3版）。答：（对）2、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、应答错误。答：（对）3、ControlNet现场总线物理介质使用RG6同轴电缆、光纤。网络速度5Mbps。答：（对）4、DeviceNet现场总线仅支持3种I/O数据触发方式：位选通、轮询、状态改变（COS）。答：（错）5、在CAN总线中，当错误计数值大于90时，说明总线被严重干扰。答：（错）本题得分四、简答题（共20分，每小题4分）1、你是如何看待有多种现场总线成为国际标准这一事实？你认为现场总线标准是否有统一的可能？答：（1）对第一个问题的回答：一是技术原因。（1分）目前尚没有一种现场总线对所有应用领域在技术上都是最优的。二是利益驱动。（1分）出于保护自身投资利益的需要，各大公司和总线组织都力争使自己支持的现场总线成为国际标准。（注：其他回答言之有理即可）（2）对第二个问题，可有多种回答，言之有理即可（2分）第3页（共11页）试题：工业控制网络班号：姓名：2、CAN有哪几种帧类型？其中标准数据帧的组成是怎样的（以图说明），并指出标准数据帧最少和最多各有多少位？（不计填充位）答：CAN有4种帧类型，分别为数据帧、远程帧、错误帧与超载帧。（1分）数据帧组成如下图所示：（1分）帧间空间帧间空间帧间空间数据帧或超载帧帧起始仲裁场控制场数据场CRC场帧结束ACK场标准数据帧不计填充位，最少44位（1分），最多108位（1分）。3、数据链路层的主要功能是什么？一般分为哪两个子层？答：数据链路层的主要功能：产生和识别帧边界；（1分）解决由于帧的破坏、丢失和重复所出现的问题；（1分）流量调节机制；（1分）控制对共享信道的访问——MAC机制。（1分）数据链路层一般分为逻辑链路控制子层LLC和媒体访问控制子层MAC。（1分）（注：答出上述任意4点即可）第4页（共11页）

试题：工业控制网络班号：姓名：4、简述MAC（煤体访问控制）的CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）控制方案。答：先听再讲。一个站要发送，首先需监听总线，以确定介质上是否存在其它站的发送信号。（1分）如果介质是空闲的，则可以发送。（1分）如果介质是忙的，则等待一定间隔后重试。（1分）每个工作站发送信息之后，还要继续监听总线，以判定是否有其它站正在与本站同时向传输线发送，一旦发现，便中止当前发送。（1分）5、在ModbusRTU模式下，如何界定报文帧的起始与结束？再给出2种你所知道的将EIA-485作为物理层接口的现场总线，试分析在用于通信时，为什么EIA-485比EIA-232的抗干扰能力强？答：帧间字符间隔大于等于3.5个字符时间（1分）；Profibus,Interbus,LonWorks,P-NET,BACnet,BITbus中选两个做答（2分）；EIA-485的平衡差分电路电气连接图如下：由于噪声电压往往在两根通信线上同时出现，并且方向一致，因此对于差分接收端来说，一根通信线上的噪声会被另一根通信线上的噪声抵消。同时，一般也不受地电位的波动的影响，因为接收端是根据两根通信线之间的电位差来判断信号逻辑的，地电位差对其无影响（1分）。第5页（共11页）试题：工业控制网络班号：姓名：本题得分五、设计分析题（共10分，每小题5分）1、NRZ编码带宽利用率高，但缺乏时钟同步；曼彻斯特编码自带同步，但带宽利用率不高。请你结合它们的优点，自己设计一种编码。答：VAN总线有一种编码方案，由振荡器时钟周期派生出一个时间单元称为时隙，用5位时隙表示4位数据。前3个时隙采用NRZ编码，表示3位；后2个时隙采用曼彻斯特编码，表示1位。如图所示：（注：有多种答案，只要符合思想即可）2、分析DeviceNet的报文组的优先权，并加以解释。答：DeviceNet有4个报文组（1分），分别为组1、组2、组3与组4报文。报文标识符如下表所示：（2分，每个报文0.5分）1098765432100组1报文ID源MACID10MACID组2报文ID11组3报文ID源MACID11111组4报文ID（0-2f）由于DeviceNet采用CAN的物理层（1分），根据CAN的MAC机制，可以得出优先级由高到低依次为：组1>组2>组3>组4。（1分）本题得分六、计算题（15分，第1小题10分，第2小题5分）1、已知有3个CAN总线节点，分别为节点1、节点2与节点3。各节点使用独立CAN控制器SJA1000，晶振频率为16MHz。若要实现总线通信的波特率为250kbps，给定发送报文ID为10001000100，节点1发送报文，节第6页（共11页）试题：工业控制网络班号：姓名：点2接收报文，但节点3不接收报文。试写出各节点的BTR0、BTR1、ACR与AMR的设置，并给出计算过程。（注：节点3也要求波特率设置为250kbps）答：（1）波特率计算BTR0各位为：SJW.1/SJW.0/BRP.5/BRP.4/BRP.3/BRP.2/BRP.1/BRP.0BTR1各位为：SAM/TSEG2.2/TSEG2.1/TSEG2.0/TSEG1.3/TSEG1.2/TSEG1.1/TSEG1.0因tCLK=1/fXTAL=1/16M=62.5ns，则CAN系统时钟tscl=2tCLKBRP=125BRP纳秒。（1分）若使波特率为250kbps，则每一位的位时间T须为4us（1分）（即4000ns），令其含有p（8-25的整数）个（1分）CAN系统时钟，则应使125*p*BRP=4000，故波特率预引比例因子BRP=2，p=16。（1分）因BRP=32BRP.5+16BRP.4+8BRP.3+4BRP.2+2BRP.1+BRP.0+1，故BRP.5-BRP.0各位皆应为0x01。可取同步跳转宽度（不应超过下文的pTSEG1或pTSEG2）SJW为1，则SJW.1-SJW.0各位皆应为0。故解得BTR0=0x01。因波特率为250kbps，属高速总线，所以应采用1次采样，SAM取值0。（1分）因每一位时间T=tSYNCSEG+tTSEG1+tTSEG2，所以有：p=pSYNCSEG+pTSEG1+pTSEG216=1+pTSEG1+pTSEG2可令pTSEG1=13，pTSEG2=2（1分）则TSEG2.2=0、TSEG2.1=0、TSEG2.0=1TSEG1.3=1、TSEG1.2=1、TSEG1.1=0、TSEG1.0=0故解得BTR1=0x1C。所以BTR0=0x01、BTR1=0x1C（1分）为本题的一组解。答案：0x010x1C；0x01(41)0x2B；0x01(41/81)0x3A；0x01(41/81/C1)0x49；0x01(41/81/C1)0x58；0x01(41/81/C1)0x67；0x030x14；0x03(43)0x23；(注：节点1、节点2与节点3采用上面答案中任选一组即可)（2）节点1由于只是发送报文，故ACR与AMR可以任意设置。（1分）节点2由于要接收节点1发送的报文，满足[(ID.10-ID.3)≡(AC.7-AC.0)](AM.7-AM.0)≡11111111即可。（1分）节点3由于不接收报文，只要不满足[(ID.10-ID.3)≡(AC.7-AC.0)](AM.7-AM.0)≡11111111即可。（1分）第7页（共11页）

2、以图解的方式说明一个预定义主/从连接组的轮询I/O连接的成功分配。从站是一个UCMM能力设备。假定一个显式信息连接已通过组3建立，并已约定好后面的通信主站使用组3报文ID4，从站使用组3报文ID0。报文体格式为DeviceNet（16/16）。主站MACID为0A，从站MACID为02。答：（第一个报文3分，第二个报文2分。其中标识符各占1分。）第8页（共11页）本题得分七、综合题（共10分）1、通过这门课，你主要学习到了什么？试对本门课程的内容进行概括答：内容概括中应体现出绪论（现场总线概念及其技术特点）、数据通信/计算机网络、CAN、DeviceNet、Modbus等部分。（每部分1分）第9页（共11页）

试题：工业控制网络班号：姓名：参考信息：标识符位标识用途16进制范围1098765432100组1报文ID源MACID组1报文000-3ff01101源MACID从站的I/OCOS或周期报文01110源MACID从站的位选通响应报文01111源MACID从站的I/O轮询响应或COS/周期应答报文10MACID组2报文ID组2报文400-5ff10源MACID000主站的I/O位选通命令报文110源MACID001保留给主站使用-使用为TBD0目的MACID010主站的COS或周期应答报文10源MACID011从站的显式响应报文10目的MACID100主站的显式请求报文10目的MACID101主站的I/O轮询/COS/周期报文10目的MACID110仅限组2未连接显式请求报文（保留）10目的MACID111重复MACID检验报文图1预定义主/从连接组标识符区定义[(ID.10-ID.3)≡(AC.7-AC.0)](AM.7-AM.0)≡11111111图2SJA1000的BasicCAN模式报文滤波公式BIT7BIT