自-2010年春季學(xué)期《工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)》試題

班級(jí)學(xué)號(hào)姓名哈工大2010年春季學(xué)期工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)試題A題號(hào)一二三四五六七總分分?jǐn)?shù)評(píng)卷人本題得分一、填空題（共5分，每空0.5分）1、羅克韋爾推出的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其設(shè)備層、控制層、信息層三層網(wǎng)絡(luò)分別為：DeviceNet、ControlNet、EtherNet/IP。2、傳輸介質(zhì)的特性主要包括：物理特性、傳輸特性、連通特性、地理范圍、抗干擾性、相對(duì)價(jià)格。3、DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可達(dá)64個(gè)，支持125kbps、250kbps、500kbps三種波特率。本題得分二、單選題（共5分，每小題1分）1、下列哪種現(xiàn)場(chǎng)總線是建筑業(yè)國(guó)際公認(rèn)的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)？A. LonworksB. HARTC. CC-LinkD. Sensoplex2 答：（A）第1頁(yè)（共11頁(yè)）試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號(hào)：姓名：2、CAN控制器接口PCA82C250的作用可歸納為：A.驅(qū)動(dòng)和隔離B.驅(qū)動(dòng)和保護(hù)C.保護(hù)和隔離D.以上都不是答：（B）3、獨(dú)立CAN控制器SJA1000采用BasicCAN模式，關(guān)于其接收濾波公式，下列表述正確的是：A. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)同或，再和(AM.7-AM.0)或，若值為0xFF，則接收B. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)異或，再和(AM.7-AM.0)或，若值為0xFF，則接收C. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位同或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值為0xFF，則接收D. (ID.10-ID.3)先和(AC.7-AC.0)按位異或，再和(AM.7-AM.0)按位或，若值為0xFF，則接收 答：（C）4、在DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線I/O連接中，使用分段協(xié)議取決于下面哪種情況？A. 須發(fā)送的數(shù)據(jù)超過(guò)7字節(jié)B. 須發(fā)送的數(shù)據(jù)超過(guò)8字節(jié)C. 生產(chǎn)_連接_長(zhǎng)度屬性值超過(guò)7D. 生產(chǎn)_連接_長(zhǎng)度屬性值超過(guò)8 答：（D）5、ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線是由下面哪個(gè)公司推出的：A. SiemensB. BoeingC. RockwellD. Fisher-Rosemount 答：（C）第2頁(yè)（共11頁(yè)）本題得分三、判斷題（共5分，每小題1分）1、FF、Profibus、FFHSE、P-Net、WorldFIP、SwiftNet、Ethernet/IP、PROFInet均進(jìn)入“工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場(chǎng)總線”國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158（第3版）。答：（對(duì)）2、在CAN總線中存在5種不同的錯(cuò)誤類型，即位錯(cuò)誤、填充錯(cuò)誤、CRC錯(cuò)誤、形式錯(cuò)誤、應(yīng)答錯(cuò)誤。答：（對(duì)）3、ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線物理介質(zhì)使用RG6同軸電纜、光纖。網(wǎng)絡(luò)速度5Mbps。答：（對(duì)）4、DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線僅支持3種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式：位選通、輪詢、狀態(tài)改變（COS）。答：（錯(cuò)）5、在CAN總線中，當(dāng)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)值大于90時(shí)，說(shuō)明總線被嚴(yán)重干擾。答：（錯(cuò)）本題得分四、簡(jiǎn)答題（共20分，每小題4分）1、你是如何看待有多種現(xiàn)場(chǎng)總線成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)這一事實(shí)？你認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)是否有統(tǒng)一的可能？答：（1）對(duì)第一個(gè)問(wèn)題的回答：一是技術(shù)原因。（1分）目前尚沒(méi)有一種現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)所有應(yīng)用領(lǐng)域在技術(shù)上都是最優(yōu)的。二是利益驅(qū)動(dòng)。（1分）出于保護(hù)自身投資利益的需要，各大公司和總線組織都力爭(zhēng)使自己支持的現(xiàn)場(chǎng)總線成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。（注：其他回答言之有理即可）（2）對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，可有多種回答，言之有理即可（2分）第3頁(yè)（共11頁(yè)）試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號(hào)：姓名：2、CAN有哪幾種幀類型？其中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的組成是怎樣的（以圖說(shuō)明），并指出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀最少和最多各有多少位？（不計(jì)填充位）答：CAN有4種幀類型，分別為數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯(cuò)誤幀與超載幀。（1分）數(shù)據(jù)幀組成如下圖所示：（1分）幀間空間幀間空間幀間空間數(shù)據(jù)幀或超載幀幀起始仲裁場(chǎng)控制場(chǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)CRC場(chǎng)幀結(jié)束ACK場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀不計(jì)填充位，最少44位（1分），最多108位（1分）。3、數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是什么？一般分為哪兩個(gè)子層？答：數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：產(chǎn)生和識(shí)別幀邊界；（1分）解決由于幀的破壞、丟失和重復(fù)所出現(xiàn)的問(wèn)題；（1分）流量調(diào)節(jié)機(jī)制；（1分）控制對(duì)共享信道的訪問(wèn)——MAC機(jī)制。（1分）數(shù)據(jù)鏈路層一般分為邏輯鏈路控制子層LLC和媒體訪問(wèn)控制子層MAC。（1分）（注：答出上述任意4點(diǎn)即可）第4頁(yè)（共11頁(yè)）

試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號(hào)：姓名：4、簡(jiǎn)述MAC（煤體訪問(wèn)控制）的CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)）控制方案。答：先聽(tīng)再講。一個(gè)站要發(fā)送，首先需監(jiān)聽(tīng)總線，以確定介質(zhì)上是否存在其它站的發(fā)送信號(hào)。（1分）如果介質(zhì)是空閑的，則可以發(fā)送。（1分）如果介質(zhì)是忙的，則等待一定間隔后重試。（1分）每個(gè)工作站發(fā)送信息之后，還要繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)總線，以判定是否有其它站正在與本站同時(shí)向傳輸線發(fā)送，一旦發(fā)現(xiàn)，便中止當(dāng)前發(fā)送。（1分）5、在ModbusRTU模式下，如何界定報(bào)文幀的起始與結(jié)束？再給出2種你所知道的將EIA-485作為物理層接口的現(xiàn)場(chǎng)總線，試分析在用于通信時(shí)，為什么EIA-485比EIA-232的抗干擾能力強(qiáng)？答：幀間字符間隔大于等于3.5個(gè)字符時(shí)間（1分）；Profibus,Interbus,LonWorks,P-NET,BACnet,BITbus中選兩個(gè)做答（2分）；EIA-485的平衡差分電路電氣連接圖如下：由于噪聲電壓往往在兩根通信線上同時(shí)出現(xiàn)，并且方向一致，因此對(duì)于差分接收端來(lái)說(shuō)，一根通信線上的噪聲會(huì)被另一根通信線上的噪聲抵消。同時(shí)，一般也不受地電位的波動(dòng)的影響，因?yàn)榻邮斩耸歉鶕?jù)兩根通信線之間的電位差來(lái)判斷信號(hào)邏輯的，地電位差對(duì)其無(wú)影響（1分）。第5頁(yè)（共11頁(yè)）試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號(hào)：姓名：本題得分五、設(shè)計(jì)分析題（共10分，每小題5分）1、NRZ編碼帶寬利用率高，但缺乏時(shí)鐘同步；曼徹斯特編碼自帶同步，但帶寬利用率不高。請(qǐng)你結(jié)合它們的優(yōu)點(diǎn)，自己設(shè)計(jì)一種編碼。答：VAN總線有一種編碼方案，由振蕩器時(shí)鐘周期派生出一個(gè)時(shí)間單元稱為時(shí)隙，用5位時(shí)隙表示4位數(shù)據(jù)。前3個(gè)時(shí)隙采用NRZ編碼，表示3位；后2個(gè)時(shí)隙采用曼徹斯特編碼，表示1位。如圖所示：（注：有多種答案，只要符合思想即可）2、分析DeviceNet的報(bào)文組的優(yōu)先權(quán)，并加以解釋。答：DeviceNet有4個(gè)報(bào)文組（1分），分別為組1、組2、組3與組4報(bào)文。報(bào)文標(biāo)識(shí)符如下表所示：（2分，每個(gè)報(bào)文0.5分）1098765432100組1報(bào)文ID源MACID10MACID組2報(bào)文ID11組3報(bào)文ID源MACID11111組4報(bào)文ID（0-2f）由于DeviceNet采用CAN的物理層（1分），根據(jù)CAN的MAC機(jī)制，可以得出優(yōu)先級(jí)由高到低依次為：組1>組2>組3>組4。（1分）本題得分六、計(jì)算題（15分，第1小題10分，第2小題5分）1、已知有3個(gè)CAN總線節(jié)點(diǎn)，分別為節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)3。各節(jié)點(diǎn)使用獨(dú)立CAN控制器SJA1000，晶振頻率為16MHz。若要實(shí)現(xiàn)總線通信的波特率為250kbps，給定發(fā)送報(bào)文ID為10001000100，節(jié)點(diǎn)1發(fā)送報(bào)文，節(jié)第6頁(yè)（共11頁(yè)）試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號(hào)：姓名：點(diǎn)2接收?qǐng)?bào)文，但節(jié)點(diǎn)3不接收?qǐng)?bào)文。試寫出各節(jié)點(diǎn)的BTR0、BTR1、ACR與AMR的設(shè)置，并給出計(jì)算過(guò)程。（注：節(jié)點(diǎn)3也要求波特率設(shè)置為250kbps）答：（1）波特率計(jì)算BTR0各位為：SJW.1/SJW.0/BRP.5/BRP.4/BRP.3/BRP.2/BRP.1/BRP.0BTR1各位為：SAM/TSEG2.2/TSEG2.1/TSEG2.0/TSEG1.3/TSEG1.2/TSEG1.1/TSEG1.0因tCLK=1/fXTAL=1/16M=62.5ns，則CAN系統(tǒng)時(shí)鐘tscl=2tCLKBRP=125BRP納秒。（1分）若使波特率為250kbps，則每一位的位時(shí)間T須為4us（1分）（即4000ns），令其含有p（8-25的整數(shù)）個(gè)（1分）CAN系統(tǒng)時(shí)鐘，則應(yīng)使125*p*BRP=4000，故波特率預(yù)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各位皆應(yīng)為0x01?？扇⊥教D(zhuǎn)寬度（不應(yīng)超過(guò)下文的pTSEG1或pTSEG2）SJW為1，則SJW.1-SJW.0各位皆應(yīng)為0。故解得BTR0=0x01。因波特率為250kbps，屬高速總線，所以應(yīng)采用1次采樣，SAM取值0。（1分）因每一位時(shí)間T=tSYNCSEG+tTSEG1+tTSEG2，所以有：p=pSYNCSEG+pTSEG1+pTSEG216=1+pTSEG1+pTSEG2可令pTSEG1=13，pTSEG2=2（1分）則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）為本題的一組解。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：節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)3采用上面答案中任選一組即可)（2）節(jié)點(diǎn)1由于只是發(fā)送報(bào)文，故ACR與AMR可以任意設(shè)置。（1分）節(jié)點(diǎn)2由于要接收節(jié)點(diǎn)1發(fā)送的報(bào)文，滿足[(ID.10-ID.3)≡(AC.7-AC.0)](AM.7-AM.0)≡11111111即可。（1分）節(jié)點(diǎn)3由于不接收?qǐng)?bào)文，只要不滿足[(ID.10-ID.3)≡(AC.7-AC.0)](AM.7-AM.0)≡11111111即可。（1分）第7頁(yè)（共11頁(yè)）

2、以圖解的方式說(shuō)明一個(gè)預(yù)定義主/從連接組的輪詢I/O連接的成功分配。從站是一個(gè)UCMM能力設(shè)備。假定一個(gè)顯式信息連接已通過(guò)組3建立，并已約定好后面的通信主站使用組3報(bào)文ID4，從站使用組3報(bào)文ID0。報(bào)文體格式為DeviceNet（16/16）。主站MACID為0A，從站MACID為02。答：（第一個(gè)報(bào)文3分，第二個(gè)報(bào)文2分。其中標(biāo)識(shí)符各占1分。）第8頁(yè)（共11頁(yè)）本題得分七、綜合題（共10分）1、通過(guò)這門課，你主要學(xué)習(xí)到了什么？試對(duì)本門課程的內(nèi)容進(jìn)行概括答：內(nèi)容概括中應(yīng)體現(xiàn)出緒論（現(xiàn)場(chǎng)總線概念及其技術(shù)特點(diǎn)）、數(shù)據(jù)通信/計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、CAN、DeviceNet、Modbus等部分。（每部分1分）第9頁(yè)（共11頁(yè)）

試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號(hào)：姓名：參考信息：標(biāo)識(shí)符位標(biāo)識(shí)用途16進(jìn)制范圍1098765432100組1報(bào)文ID源MACID組1報(bào)文000-3ff01101源MACID從站的I/OCOS或周期報(bào)文01110源MACID從站的位選通響應(yīng)報(bào)文01111源MACID從站的I/O輪詢響應(yīng)或COS/周期應(yīng)答報(bào)文10MACID組2報(bào)文ID組2報(bào)文400-5ff10源MACID000主站的I/O位選通命令報(bào)文110源MACID001保留給主站使用-使用為TBD0目的MACID010主站的COS或周期應(yīng)答報(bào)文10源MACID011從站的顯式響應(yīng)報(bào)文10目的MACID100主站的顯式請(qǐng)求報(bào)文10目的MACID101主站的I/O輪詢/COS/周期報(bào)文10目的MACID110僅限組2未連接顯式請(qǐng)求報(bào)文（保留）10目的MACID111重復(fù)MACID檢驗(yàn)報(bào)文圖1預(yù)定義主/從連接組標(biāo)識(shí)符區(qū)定義[(ID.10-ID.3)≡(AC.7-AC.0)](AM.7-AM.0)≡11111111圖2SJA1000的BasicCAN模式報(bào)文濾波公式BIT7BIT