現(xiàn)場總線控制技術(shù)教學(xué)大綱

1、現(xiàn)場總線控制技術(shù)教學(xué)大綱課程名稱：現(xiàn)場總線控制技術(shù)適用班級：2016級電氣自動化技術(shù)輔導(dǎo)教材：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò) 王振力等編著 人民郵電出版社一、本課程的地位、任務(wù)和作用本課程綜合了電子、儀器儀表、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展成果， 旨在介紹現(xiàn)場總線這一自控領(lǐng)域的新技術(shù)， 使學(xué)生了解工業(yè)自動化領(lǐng)域當(dāng)今世界 自控技術(shù)的研究熱點和發(fā)展方向。本課程的主要任務(wù)是使學(xué)生在了解工業(yè)自動化的發(fā)展歷程以及在現(xiàn)場總線技術(shù)中使用的基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，掌握目前在工業(yè)現(xiàn)場使用最多的PROF舊US-DP、PROF舊US-PA的基本原理和具體應(yīng)用，對工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、AS-i技術(shù)及與現(xiàn)場總線密切相關(guān)的 OPC技術(shù)和IEC6113

2、1-3編程語言等新技術(shù)也 要有所認識。通過本課程的學(xué)習(xí)能獨立承擔(dān)和開展現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)相關(guān)的研究 工作。二、本課程的相關(guān)課程可編程序控制器、可視化數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計算機控制技術(shù)，機電傳 動與控制，單片機原理與應(yīng)用，自動控制原理等課程。三、本課程的基本內(nèi)容及要求教學(xué)基本要求：第1章概述了解現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展，了解現(xiàn)場總線與現(xiàn)場總 線控制系統(tǒng)的特點。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)掌握通信模型、數(shù)據(jù)傳輸、傳輸媒體、傳輸數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)通信接口和差錯 檢測與校正的概念及方法，了解多路復(fù)用技術(shù)的構(gòu)成及使用方法。第3章現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)了解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本概念，掌握開放系統(tǒng)互連參考模型中的若干重要概

3、念及現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)的建立方法和特點，了解現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。第4章媒體訪問控制技術(shù)了解媒體訪問控制技術(shù)的概念，掌握集中控制型受控訪問方法，了解ALOHA隨機訪問方法和CSMA隨機訪問方法，了解物理環(huán)訪問方法和令牌總線 訪問方法。第5章位傳輸現(xiàn)場總線了解位傳輸總線的基本概念，和汽車總線的分類，了解 CAN總線體系結(jié)構(gòu) 及協(xié)議標準，了解CAN控制器、CAN總線收發(fā)器、CAN節(jié)點的實現(xiàn)方法，了 解CAN總線應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。第6章設(shè)備現(xiàn)場總線了解設(shè)備現(xiàn)場總線的基本概念，掌握Pro巾bus總線的特點、體系結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品 開發(fā)的基本方法。第7章FF現(xiàn)場總線了解基金會現(xiàn)場總線種類及體系結(jié)構(gòu)，了解

4、FF-H1物理層、FF-H1通信棧、 FF-H1用戶層以及FF的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。第8章工業(yè)以太網(wǎng)了解工業(yè)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和基本特性，了解高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線FF-HSEo第9章現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計與集成了解企業(yè)信息網(wǎng)的一般組成，了解現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的一般設(shè)計應(yīng)用過程， 掌握一種現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的集成技術(shù)，了解連接設(shè)備的應(yīng)用方法，了解 OPC 技術(shù)及其應(yīng)用。實驗內(nèi)容及要求：實驗內(nèi)容主要讓學(xué)生了解現(xiàn)場總線的基本原理和結(jié)構(gòu)，以西門子Profibus總線為例，學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線規(guī)范，通訊控制芯片，接口設(shè)計及應(yīng)用編程和操作等， 并介紹了幾種常用的現(xiàn)場總線技術(shù)。1、S7-200PLC與觸摸屏的串口通訊，用RS485

5、串口電纜將CPU226ft接連接 到觸摸屏，在觸摸屏上組態(tài)一個按鈕和一個指示燈， 操作電梯運行，并正確顯示 指示燈的狀態(tài)2、S7-200PLC與計算機組態(tài)軟件的 PPI協(xié)議通訊，用 PPI電纜將CPU226 接到工控機的串口上，在計算機上用 MCGSC件直接操作電梯的運行，主要的實 驗內(nèi)容是：在MCG中設(shè)置PPI通訊協(xié)議，組態(tài)一個按鈕和一個狀態(tài)指示燈，操 作電梯運行，并正確顯示指示燈的狀態(tài)。3、Step7v5.4編程基礎(chǔ)，S7-300plc組態(tài)（2學(xué)時，選做，驗證型），熟悉 Step7v5.4軟件的操作環(huán)境和使用步驟以及怎樣在 SIMATIC管理器中創(chuàng)建項目。4、用一臺計算機同時連接 S7 -

6、300和S7 -400 PLC在WINCC,建立兩 個設(shè)備，分別連接300PLC?口 400PLC在畫面上組態(tài)兩個數(shù)值輸入單元分別讀寫 兩套PLC中的數(shù)據(jù)。5、S7-300plc之間的Modbus通訊實驗（2學(xué)時，選做，驗證型），熟悉現(xiàn) 場總線Modbus網(wǎng)絡(luò)通訊的基本原理和Step7硬件組態(tài)，掌握S7-300PLC編程和 兩個PLC之間網(wǎng)絡(luò)通訊的具體方法。6、S7-300plc之間的DP通訊實驗（2學(xué)時，選做，驗證型），熟悉現(xiàn)場總 線DP網(wǎng)絡(luò)通訊的基本原理，掌握S7-300PLC編程和兩個PLC之間DP網(wǎng)絡(luò)通訊的 具體方法。7、MCGSI過Modbus協(xié)議控制風(fēng)機變頻器的啟停和調(diào)速，在計算機

7、和變頻器之間，連接RS485通訊電纜，修改變頻器的參數(shù)，將變頻器啟、停和速度給定模 式切換成串口模式，在 MCG即組態(tài)變頻器的按鈕和速度設(shè)定，最終實現(xiàn)在計算上 啟、停變頻器并調(diào)整速度。四、習(xí)題數(shù)量及要求為幫助學(xué)生理解和鞏固本課程的基本概念、理論與基本分析、設(shè)計方法，從鞏 固基礎(chǔ)和提高能力方面安排習(xí)題，也可以根據(jù)授課內(nèi)容布置學(xué)生撰寫設(shè)計論文。五、教學(xué)方式與考核方式教學(xué)方式：面授輔導(dǎo)、平時作業(yè) 考核方式：考勤、作業(yè)和考試六、幾點說明推薦教材和主要參考書：推薦教材：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)王振力等編著 人民郵電出版社主要參考書：.張鳳登編著.現(xiàn)場總線技術(shù)與應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社.2008.陽憲惠主編.現(xiàn)場總線技

8、術(shù)及其應(yīng)用（第2版）.北京：清華大學(xué)出版 社.2008.陳在平編.著現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社.2008.李正軍編著.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社.2009.王永華.現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程.北京：機械工業(yè)出版社，2007.李正軍主編.現(xiàn)場總線及其應(yīng)用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，20057.王常力、羅安主編.集散型控制系統(tǒng)選型與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社， 1996現(xiàn)場總線控制技術(shù)復(fù)習(xí)范圍復(fù)習(xí)題1、假設(shè)某個信道的帶寬為600Hz,且信噪比為3dB,這個信道的容量是多少？解答：香農(nóng)公式 C Blog2(1 SNR)B = 600Hz, (SNR)dB= 10

9、lgSNR = 3dB,所以 SNR = 2根據(jù)香農(nóng)公式(2 9),得 C=600log 2(1+2)=600*1,58=950 bps2、一個數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)要求其工作在19200bps。 如果一個信號單元可編碼成4比特的單字，那么所需要的最小信道帶寬為多少？ 在8比特單字的情況下又是多少？解答：根據(jù)奈奎斯特公式C=2Blog 2 M , C=19200, M=4 , B=4800bps; M=8 , B=3200bps;3、信道的帶寬為10kHz,功率為1000W,操作環(huán)境溫度為 50 C,則這個信道的熱噪聲值為 多少？解答：k為玻爾茲曼常數(shù)，其值為 1.3803 X 10-23J/K;

10、T為絕對溫度。我們認為噪聲與頻率無關(guān)。因此，在B Hz帶寬內(nèi)的熱噪聲 N用瓦(W)表示就是：N kTB (25)N 一般用分貝-瓦(dB-W)表示：N 10lg k 10lgT 10lg B 228.6 10lgT 101gB N=-228.6+10lg (273+50) +10lg104 = -228.6+25.1+40 =-183.5dB-W4、假設(shè)信道所要求的容量為20Mbps,信道帶寬為3MHz ,為了達到這一信道容量，要求信噪比為多少？解答：香農(nóng)公式 C Blog?。SNR), B=3MHz根據(jù)香農(nóng)公式得 C=3 x 106 x log 2(1+SNR)=20 x 106SNR=10

11、4-1=103, (SNR) dB=10lgSNR=2 dB5、假設(shè)信道所要求的容量為20Mbps,信道帶寬為6MHz ,為了達到這一信道容量，要求信噪比為多少？解答：香農(nóng)公式 C Blog2(1 SNR), B=6MHz根據(jù)香農(nóng)公式得 C=6 x 106 x log 2(1+SNR)=20 x 106SNR=10-1=9, (SNR) dB=10lgSNR=1 dB6、同軸電纜是兩根導(dǎo)線的傳輸系統(tǒng)，如果將外層導(dǎo)體接地會有什么好處？解答：外殼接地時，外電場不會影響到內(nèi)部，內(nèi)電場也不會影響到外部，所以同軸電纜外導(dǎo)體 接地有屏蔽內(nèi)外信號互相干擾的好處，能提高信號質(zhì)量，并提高信號傳輸速率。7、某個N

12、RZ1數(shù)字信號編碼中，前一個比特的信號電平是高，這種編碼情況下，試畫出比特流的波形圖。解答：NRZ1數(shù)字信號編碼的規(guī)則是：當(dāng)前比牛I跟前一個比特相同表示“0”,當(dāng)前比特跟前一個比特不相同表示“ 1”。8、某個NRZ1數(shù)字信號編碼中，前一個比特的信號電平是高，這種編碼情況下，試畫出比特流的波形圖。解答：NRZ1數(shù)字信號編碼的規(guī)則是：當(dāng)前比牛I跟前一個比特相同表示“0”，當(dāng)前比特跟前一個比特不相同表示“ 1”。9、下圖中的波形圖是用 曼徹斯特編碼 后的二進制數(shù)據(jù)流，求一個比特周期的起始和終止時 間（也就是說，提取時鐘信息），并寫出其表示的數(shù)據(jù)序列。2章習(xí)題7圖曼徹斯特數(shù)據(jù)流解答：在曼徹斯特編碼中，

13、每比特周期的中央存在一個跳變。比特中央位置的跳變不僅表示了數(shù)據(jù)，而且還提供了定時機制：從高到低的跳變遷表示0,從低到高的跳變表示 1。圖示數(shù)據(jù)為：題7圖曼徹斯特數(shù)據(jù)流10、某個二進制的信號編碼用 曼徹斯特編碼，畫出比特流的波形圖。解答：在曼徹斯特編碼中，每比特周期的中央存在一個跳變。比特中央位置的跳變不僅表示了數(shù)據(jù)，而且還提供了定時機制：從高到低的跳變遷表示0,從低到高的跳變表示 1。圖示數(shù)據(jù)為：11、假設(shè)有一個10,000個字符的文件以2400bps的速率經(jīng)過一條線路傳送。(1)如果使用異步傳輸，試計算其額外開銷有多少比特及其傳輸時間。假設(shè)每個字符包含有一個起始比特、一個1比特長的停止單元以

14、及該字節(jié)本身的8個比特。這8個比特字符完全由數(shù)據(jù)比特組成，無檢驗比特。解答：每8個比特數(shù)據(jù)需要 2個bit額外開銷。所以總共額外開銷=10000 + 8X 2=2500bit ;傳輸時間=(10000 + 8X 10) + 2400=5.2 秒(2)如果使用同步傳輸，試計算其額外開銷有多少比特及其傳輸時間。假設(shè)數(shù)據(jù)以幀傳送，每個幀包含了 1000個字符，也就是8000比特，以及48個控制比特的額外開銷。 解答：每8000個比特數(shù)據(jù)需要 48個bit額外開銷。所以總共額外開銷=(Int (10000 8000) +1) X 48=96bit;傳輸時間=(10000+96) + 2400=4.2

15、秒12、假設(shè)有一個100,000個字符的文件以2400bps的速率經(jīng)過一條線路傳送。(1)如果使用異步傳輸，試計算其額外開銷有多少比特及其傳輸時間。假設(shè)每個字符包含有一個起始比特、一個1比特長的停止單元以及該字節(jié)本身的8個比特。這8個比特字符完全由數(shù)據(jù)比特組成，無檢驗比特。(2)如果使用同步傳輸，試計算其額外開銷有多少比特及其傳輸時間。假設(shè)數(shù)據(jù)以幀傳送，每個幀包含了 1000個字符，也就是8000比特，以及48個控制比特的額外開銷。 解答：(1)每8個比特數(shù)據(jù)需要2個bit額外開銷。所以總共額外開銷=100000 +8X 2=25000bit; 傳輸時間=(100000 + 8X 10) +

16、2400=52 秒解答：(2)每8000個比特數(shù)據(jù)需要 48個bit額外開銷。所以總共額外開銷 =(Int (100000 + 8000) +1) X 48=624bit;傳輸時間=( 100000+624) + 2400=42 秒13、假設(shè)文件長度為 10,000個字符，數(shù)據(jù)率為 9600bps的速率經(jīng)過一條線路傳送。(1)如果使用異步傳輸，試計算其額外開銷有多少比特及其傳輸時間。假設(shè)每個字符包含有一個起始比特、一個1比特長的停止單元以及該字節(jié)本身的8個比特。這8個比特字符完全由數(shù)據(jù)比特組成，無檢驗比特。(2)如果使用同步傳輸，試計算其額外開銷有多少比特及其傳輸時間。假設(shè)數(shù)據(jù)以幀傳送，每個幀

17、包含了 1000個字符，也就是8000比特，以及48個控制比特的額外開銷。 解答：(1)每8個比特數(shù)據(jù)需要 2個bit額外開銷。所以總共額外開銷=10000 + 8X 2=2500bit ; 傳輸時間=(10000 + 8X 10) + 9600=1.3 秒解答：(2)每8000個比特數(shù)據(jù)需要 48個bit額外開銷。所以總共額外開銷=(Int (10000 +8000) +1) X 48=96bit;傳輸時間=(10000+96) + 9600=1.05 秒14、IEC61158通信接口被多種現(xiàn)場總線(如 FF-H1、Profibus-PA )作為物理層標準，它有 哪兩條主要功能，采用何種協(xié)議

18、編碼，這種編碼方案應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中有什么好處？IEC61158.2用于實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與總線之間的連接，其基本功能是為現(xiàn)場總線設(shè)備與傳輸媒體的連接提供機械和電氣接口，為現(xiàn)場總線設(shè)備對總線的訪問提供合乎規(guī)范的信號。采用協(xié)議數(shù)據(jù)編碼，這種編碼的優(yōu)點是在每個時鐘周期的中間，都必然會存在一次電平的跳變，接收端利用位中間脈沖跳變很容易分離出同步時鐘信號，也就是說，發(fā)送端發(fā)出的數(shù)據(jù)編碼中隱含了同步時鐘，因此不必另外設(shè)置同步信號。15、IEC61158通信接口為現(xiàn)場設(shè)備提供哪兩種2種供電方式，各種供電方式的應(yīng)用場合有何區(qū)別？IEC為現(xiàn)場設(shè)備提供兩種供電方式：總線供電和非總線供電?？偩€供電是現(xiàn)場設(shè)備直接從總線上獲得工

19、作能源；非總線供電是總線上的現(xiàn)場設(shè)備，其工作電源來自外部電源， 而不是取自總線。在總線供電的場合，總線既要傳送數(shù)字信號，又要向現(xiàn)場設(shè)備供電。16、IEC61158通信接口的傳輸速率是多少？傳輸媒體有哪些？按照IEC61158.2標準，傳輸速率為 31.25kbps, IEC61158.2支持的傳輸媒體包括：雙絞 線、多芯電纜、光纜和無線媒體。17、敘述IEC61158通信接口標準中傳輸距離與傳輸導(dǎo)線的對應(yīng)關(guān)系。在傳輸速率為31.25kbps時，下表列出了傳輸距離與傳輸導(dǎo)線的對應(yīng)關(guān)系傳輸距離與傳輸導(dǎo)線的對應(yīng)關(guān)系線纜類型名稱傳輸速率最大傳輸距離A屏蔽雙絞線31.25kbps1900mB屏蔽多對雙絞

20、線31.25kbps1200mC屏蔽多對雙絞線31.25kbps400mD屏蔽多芯電纜31.25kbps200m18、現(xiàn)場總線的物理層可選用的傳輸技術(shù)主要有三種，分別為IEC61158.2傳輸技術(shù)、RS-485傳輸技術(shù)和光纖傳輸技術(shù)，分別描述各自的主要特性。IEC61158.2傳輸技術(shù)：用于實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與總線之間的連接，其基本功能是為現(xiàn)場總 線設(shè)備與傳輸媒體的連接提供機械和電氣接口，為現(xiàn)場總線設(shè)備對總線的訪問提供合乎規(guī)范的信號。作為機械接口，由于現(xiàn)場總線的傳輸媒體一般為兩根導(dǎo)線，如雙絞線，因而其機械接口相對較為簡單。 功能分為發(fā)送和接收兩種，物理層作為工業(yè)現(xiàn)場的電氣接口，還具備電氣隔離、信號濾

21、波、總線供電等功能。RS-485傳輸技術(shù)：允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性；采用兩線差分平衡傳輸，使用一對雙絞線，大多數(shù) RS-485的端口連接 采用半雙工通信方式。有多個驅(qū)動器和接收器共享一條信號通路，只用一對差分平衡線路標準項目RS-485最大傳輸距離1200m （速率 100kbps）最大傳輸速率10Mbps （距離 12m）驅(qū)動器最小輸出（V）+ 1.5驅(qū)動器最大輸出（V）+ 6接收器敏感度（V）+ 0.2最大驅(qū)動器數(shù)量32單位負載最大接收器數(shù)量32單位負載電氣特征類型平衡光纖：光纖的傳輸距離僅受波長的影響，衰減率極低，同時為了更有效增大傳輸距

22、離，一般都采用1.55師零色散波長光纖，同時利用摻餌光纖放大器作為接收機的前置放大器或 在光纖線路中作為中繼器，可使光纖的傳輸距離為幾十公里，甚至上百公里。光纖采用的是光譜技術(shù)，沒有泄漏信號的現(xiàn)象，也不受電磁波和高頻失真的影響，使它更適合有危險的、高壓的或者泄漏信號、干擾信號很強的環(huán)境。19、開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種新的解決方案是采用生產(chǎn)者/用戶(Producer/Consumer)數(shù)據(jù)傳輸模式，請解釋這種模式，并與源 /目的模式做出比較。解答：源/目的模式是以通信節(jié)點地址為中心的編碼方式，適合于點對點的通信。源 /目 的模式采用應(yīng)答式通信， 數(shù)據(jù)幀中必須包含源地址和目的地址。如果網(wǎng)絡(luò)要向多個設(shè)備傳

23、送數(shù)據(jù)，則需要對這些設(shè)備分別進行“呼”、“應(yīng)”通信，即使是同一數(shù)據(jù)，也需要傳送多次，從而增加了網(wǎng)絡(luò)的通信量，造成網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費和網(wǎng)絡(luò)效率的降低，但這種模式的可靠性較生產(chǎn)者/用戶(producer/consumer)模式是以數(shù)據(jù)為中心的編碼方式， 生產(chǎn)者在網(wǎng)絡(luò)上發(fā) 出一個數(shù)據(jù)幀后，用戶便可根據(jù)其中的標識符來判斷是否消費該數(shù)據(jù)。生產(chǎn)者/用戶模式允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點同時從單個數(shù)據(jù)源獲取相同的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)點對點、多點和廣播通信。生產(chǎn)者/用戶模式下，當(dāng)一個設(shè)備欲給其它多個設(shè)備發(fā)送同一信息時，這個設(shè)備只需發(fā)送一次數(shù)據(jù)，其它設(shè)備便都能接收到該數(shù)據(jù)，也不需要重復(fù)地發(fā)送，從而可節(jié)省大量的時間， 提高網(wǎng)絡(luò)效率。

24、另外，在這種模式下，節(jié)點可以實現(xiàn)精確的同步化；系統(tǒng)的組織方式也可以 很靈活，能夠組成主/從、多主或?qū)Φ鹊耐ㄐ沤Y(jié)構(gòu)。生產(chǎn)者/用戶模式的格式與常用的源 /目的格式的比較如圖所示。源地址目的地址數(shù)據(jù)校驗標識符數(shù)據(jù)校驗IEW場總線協(xié)議模型ISO/OS參考模型IEW場總線協(xié)議模型ISO/OS參考模型(a)源/目的模式(b)生產(chǎn)者/用戶模式3-15源/目的模式與生產(chǎn)者/用戶模式20、測控通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用信息一般歸類為三種，分別是周期性數(shù)據(jù)、 事件性數(shù)據(jù)和關(guān)鍵性數(shù)據(jù)。給出它們的定義，并舉例說明。21、試畫出IEC建議的現(xiàn)場總線通信模型與ISO/OSI參考模型之間的關(guān)系，并說明這樣分層的目的

25、和優(yōu)點。IEC建議的現(xiàn)場總線通信模型使 用了 ISO/OSI七層參考模型的三 層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng) 用層。省去了 ISO/OSI參考模型 七層中的36層，即不具備網(wǎng)絡(luò) 層、傳輸層、會話層與表示層。不過它又在原有ISO/OSI參考模 型第7層之上增加了新的一層一 用戶層。這樣可將通信模型視 為四層，其中物理層規(guī)定了信號 如何發(fā)送；數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定如何 在設(shè)備之間共享網(wǎng)絡(luò)和進行調(diào) 度通信；應(yīng)用層則規(guī)定了在設(shè)備 間交換數(shù)據(jù)、命令、事件信息以及請求應(yīng)答中的信息格式。 用戶層則用于組成用戶所需要的應(yīng)用程序，如規(guī)定標準的功能塊、設(shè)備描述，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理等。TS61158總線標準充分考慮了測控

26、自動化系統(tǒng)的特點，是一個不同于IT技術(shù)、具有嶄新框架的通信協(xié)議，可廣泛應(yīng)用于過程控制、制造自動 化等領(lǐng)域。22、試畫出發(fā)布/預(yù)訂接收型調(diào)度通信的鏈路結(jié)構(gòu)，說明調(diào)度數(shù)據(jù)的存儲方式和傳遞方法。息。如圖3-18所示，LAS發(fā)出CD (a),設(shè)備a收到后, 據(jù)幀DT (a)形式向連接在總線上的所有設(shè)備進行廣播，LAS內(nèi)有一張預(yù)定調(diào)度時間表(STL , Schedule Time List), 一旦 到了某臺設(shè)備要發(fā)送信息的時間，LAS就發(fā)送一個強制數(shù)據(jù)令牌(CD , Compel Data token )給這臺 設(shè)備。該設(shè)備收到了這個 CD令牌 后，就可以向總線上發(fā)送它的信publisher),而接收

27、數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為預(yù)訂接收者就立即將其緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，以數(shù) 數(shù)據(jù)將被在系統(tǒng)組態(tài)時設(shè)定的接收設(shè)備接收。發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為發(fā)布者(subscriber)。23、定義并比較三個變量：行走時間，循環(huán)時間及傳播延遲時間。節(jié)點1發(fā)完數(shù)據(jù)并且經(jīng)過一定的傳播時間后，主機就向節(jié)點2發(fā)出探詢分組。再經(jīng)過一定的傳播時間，探詢分組到達節(jié)點2。節(jié)點2要識別這個探詢分組(即根據(jù)探詢分組的地址捕捉到這個探詢分組)，則又需要一些時間。上述這幾種時間之總和即為32,它代表節(jié)點1把發(fā)送權(quán)轉(zhuǎn)交給節(jié)點 2所需的時間；3 2也稱為行走時間(walk time)。這樣，輪詢?nèi)抗?jié)點一周所用的時間，就是各節(jié)點的發(fā)送時間ti與行走時間3 i的總

28、和(圖4-5),我們將這個時間稱為循環(huán)時間，并記為tc。播延遲時間分組從發(fā)送端發(fā)出，到達接收端所需要的時間，它跟傳輸?shù)男盘柡兔襟w有關(guān)。24、(4.2節(jié)行走時間L的計算)。設(shè)主機向各節(jié)點發(fā)出的探詢幀為定長(如幀長為 48bit),則探詢幀的發(fā)送時間tp亦為定長，N個節(jié)點共需時間Ntp。又設(shè)每個節(jié)點識別探詢分組平均需時間ts, N個節(jié)點共需時間Nts。再設(shè)各節(jié)點沿多點線路均勻分布，而主機到最遠的節(jié)點N的單程傳播時間為 ,整(4 1 4)個探詢系統(tǒng)的行走時間L為：25、在輪叫探尋系統(tǒng)中， 現(xiàn)假設(shè)N=10,節(jié)點間的距離為 500km，傳播延遲為10的/km, ts =10ms,線路容量 C= 2400

29、bps,探詢幀長為48bit。試求整個探詢系統(tǒng)的行走時間 L。當(dāng)分 組長度服從指數(shù)分布，其平均長度 l/巧1200bit時。算出當(dāng)p= 0時、p= 0.5時的Wo解：根據(jù)已知條件，得主機到最遠的節(jié)點N的單程傳播時間 = 500 x 10X 10-5(s)= 50ms。這時，整個系統(tǒng)的傳播延遲為(10+1) X 50= 550ms。由線路容量 C和探詢幀長度，可得 tp = 48/2400(s)=20ms2=+ QV+W(4-14)代入 4-14 式算出 L=N*tp+N*ts+ (N+1) * t =200+100+550=850ms = 0.85s若分組長度服從指數(shù)分布，由（413）式可得:

30、(4-13)p2(1-p)當(dāng) P = 0 時，W= L/2 = 425ms= 0.425s當(dāng) p = 0.5 時，W=0.85X (1-0.5/10)/2 X (1-0.5)+1200 X 0.5/2400 X (1-0.5)=0.71s26、傳遞探詢的系統(tǒng)中，現(xiàn)假設(shè) N=10,節(jié)點間的距離為 500km，傳播延遲為10的/km, ts =10ms,線路容量 C= 2400bps,探詢幀長為48bit。試求整個探詢系統(tǒng)的行走時間 L。當(dāng)分 組長度服從指數(shù)分布，其平均長度 l/巧1200bit時。算出當(dāng)p = 0時、p = 0.5時的Wo計 算L和算出當(dāng)p = 0時、p = 0.5時的 Wo解：

31、主機到最遠的節(jié)點N的單程傳播時間t = 500X 10X 10-5(s)=50ms由(415)式，L=Nts+2。得 L= 10X 10+2 X 50= 200ms= 0.2s若分組長度服從指數(shù)分布，由（413）式可得:(4-13)當(dāng)p=0時，W=L/2 = 100ms=0.1s當(dāng) p = 0.5 時，W=0.2X (1-0.5/10)/2 X (1-0.5)+1200 X 0.5/2400 X (1-0.5)=0.37s27、 CAN幀的位流采用非歸零碼（NRZ）方法編碼。這意味著，在整個位時間內(nèi)維持有 效電平，要么為顯性，要么為隱性。其缺點是：在連續(xù)出現(xiàn)數(shù)值相同的位較多時，沒有用于 各個網(wǎng)

32、絡(luò)節(jié)點同步的邊沿。CAN總線采用什么方法克服這一缺點，請簡述其原理。幀起始、仲裁場、控制場、 數(shù)據(jù)場和 CRC序列中使用了位填充，即發(fā)送器在 5個相同 極性的位后插入一個相反極性的附加位。于是，使用附加沿的后同步就可以進行了。28、怎樣理解CAN總線的非破壞性總線仲裁技術(shù)？CAN總線是使用的無損仲裁方式 （即你所指的非破壞性仲裁）：就是當(dāng)兩個或者以上的不同ID節(jié)點“同時”向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時候，優(yōu)先級最高的就能直接發(fā)送，優(yōu)先級低的就自動退回，等待空閑時候再向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，所以對于優(yōu)先級最高的節(jié)點來說發(fā)送時間”就是無損的。（相對來說以太網(wǎng)就不是這種模式，是每一個節(jié)點都要退回來，隨機一個時間再發(fā)送出去

33、，沒有優(yōu)先級的意思，所以從理論概念上說實時性差一些）CAN協(xié)議采用CSMA/CA方法進行媒體訪問控制。假設(shè)當(dāng)前總線上有三個節(jié)點需要 使用總線，它們的標識符分別是；。試在下圖中畫出三個參與者的仲裁過程和仲裁過程中的總線電平。幀起標識符RT控制場數(shù)據(jù)場（08個字節(jié)）始1098765432 1R11111 i I I TOC o 1-5 h z 參與者1:1三！，！E!ET!W!jJIrIbIt-II-i:I參與者2:；i：!:!i!參與者 3：,:；：；：；TIFIhi1-iI4II：|I|t總線電平解答：CAN協(xié)議采用CSMA/CA方法進行媒體訪問控制。假設(shè)當(dāng)前總線上有三個節(jié)點需要 使用總線，它

34、們的標識符分別是；。試在下圖中畫出三個參與者的仲裁過程和仲裁過程中的總線電平。解答:參與者1參與者2參與者3總線電平幀 起標識符R T控制場數(shù)據(jù)場（08個字節(jié)）始109 1 87 165 143 p 10Ri 11111 111 111UTU1口1LTULTl0LJCAN報文的優(yōu)先權(quán)是如何確定的？采用面向報文的優(yōu)先級控制方式，用標識符定義靜態(tài)的報文優(yōu)先權(quán)。基于競爭的仲裁依靠標識符和緊隨其后 RTR位完成。具有不同標識符的兩個幀，優(yōu)先權(quán)就體現(xiàn)在幀中，較高優(yōu)先權(quán)的標識符具有較低的二進制數(shù)值。若具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時被初始 化，數(shù)據(jù)幀具有更高優(yōu)先權(quán)，這一點是通過RTR位的數(shù)值體現(xiàn)的CAN

35、節(jié)點有那些手段保證數(shù)據(jù)傳送的安全性?正是由于汽車對數(shù)據(jù)傳送安全性的要求較高，因此，最初為這一領(lǐng)域設(shè)計的CAN協(xié)議非常重視錯誤檢測功能。這些機制包括：監(jiān)測、填充規(guī)則校驗、幀校驗、15位CRC檢驗和應(yīng)答檢驗。簡答題：1、基金會現(xiàn)場總線 H1 (FF-H1)是一個純粹的現(xiàn)場級網(wǎng)絡(luò)， FF的H1總線的傳輸速率為 31.25kbps,最大傳輸距離為 1900m o FF設(shè)計的高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線HSE傳輸速率為100Mbps,最大傳輸距離為100m補償了 H1總線的不足。2、按照設(shè)備的通信能力， FF-H1總線把通信設(shè)備分為三類： 鏈路主設(shè)備、基本設(shè)備 和網(wǎng)橋。 3、FF-H1總線中的鏈路主設(shè)備是指 那些

36、有能力成為LAS的設(shè)備;基本設(shè)備是指不具備成為 LAS能力的設(shè)備。4、FF-H1總線中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中幾個總線段進行擴展連接時，用于兩個總線段之間的連接設(shè)備 稱為網(wǎng)橋，屬于鏈路主設(shè)備。5、FF-H1現(xiàn)場總線中的 數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元( DLPDU , Data Link Protocol Data Unit )是 什么，主要有哪幾個部分組成？答：數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元( DLPDU , Data Link Protocol Data Unit )提供數(shù)據(jù)鏈路的協(xié)議 控制信息。協(xié)議控制信息由三部分組成。第一部分是幀控制信息，它只有一個8位字節(jié)，指明了該DLPDU的種類、地址長度、優(yōu)先權(quán)等；第二部分是數(shù)據(jù)

37、鏈路地址，包括目的地址 與源地址，第三部分用于指明該類DLPDU的參數(shù)。6、基金會現(xiàn)場總線的 LAS應(yīng)具有哪幾種基本功能？答：向設(shè)備發(fā)送強制數(shù)據(jù)令牌CD。按照鏈路活動調(diào)度器內(nèi)擁有的調(diào)度表，向網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備發(fā)送CD。調(diào)度表內(nèi)只保存發(fā)送 CD DLPDU的請求，其余功能分散在各調(diào)度實體之間。向設(shè)備發(fā)送傳遞令牌 PT,為它們提供發(fā)送非周期數(shù)據(jù)的機會。為新入網(wǎng)的設(shè)備探測未被采用過的地址。當(dāng)為新設(shè)備找好地址后，把它們加入到設(shè)備活動表(LL 2 the Live List ) 中。 監(jiān)視設(shè)備對PT令牌的響應(yīng)，當(dāng)設(shè)備既不能隨著 PT順序進入使用，也不能將令牌返還時， 就從活動表中去掉這些設(shè)備。定期對總線段發(fā)布數(shù)據(jù)鏈路時間和調(diào)度時間。7、基金會現(xiàn)場總線的鏈路活動調(diào)度權(quán)競爭是如何實現(xiàn)的？答：當(dāng)一個總線段上存在多個鏈路主設(shè)備時，一般要經(jīng)過一個鏈路活動調(diào)度權(quán)的競爭過程，贏得競爭的鏈路主設(shè)備成為LAS。在系統(tǒng)啟動或正在運行的LAS出錯而失去LAS作用時，總線段上的鏈路主設(shè)備就會通過競爭爭奪LAS權(quán)。競爭過程中將選擇具有最低節(jié)點地址的鏈路主設(shè)備作為 LAS。因此，在設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)時，可以給希望成為 LAS的鏈路主設(shè)備分配 一個低的節(jié)點地址。然而，希望成為LAS的鏈路主設(shè)備并不一定能贏得競爭而真正成為LAS。例如，在系統(tǒng)啟動時的競爭中，某個設(shè)備的初始化可能比另一個鏈路主設(shè)備慢，因而，盡管它具有更低的節(jié)點地