班級學(xué)號姓名哈工大2010年春季學(xué)期工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)試題A題號一二三四五六七總分分?jǐn)?shù)評卷人本題得分一、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、相對價格。3、DeviceNet現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點數(shù)最多可達(dá)64個，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)場總線是建筑業(yè)國際公認(rèn)的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)？A. LonworksB. HARTC. CC-LinkD. Sensoplex2 答：（A）第1頁（共11頁）試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號：姓名：2、CAN控制器接口PCA82C250的作用可歸納為：A.驅(qū)動和隔離B.驅(qū)動和保護(hù)C.保護(hù)和隔離D.以上都不是答：（B）3、獨立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7字節(jié)B. 須發(fā)送的數(shù)據(jù)超過8字節(jié)C. 生產(chǎn)_連接_長度屬性值超過7D. 生產(chǎn)_連接_長度屬性值超過8 答：（D）5、ControlNet現(xiàn)場總線是由下面哪個公司推出的：A. SiemensB. BoeingC. RockwellD. Fisher-Rosemount 答：（C）第2頁（共11頁）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)場總線”國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158（第3版）。答：（對）2、在CAN總線中存在5種不同的錯誤類型，即位錯誤、填充錯誤、CRC錯誤、形式錯誤、應(yīng)答錯誤。答：（對）3、ControlNet現(xiàn)場總線物理介質(zhì)使用RG6同軸電纜、光纖。網(wǎng)絡(luò)速度5Mbps。答：（對）4、DeviceNet現(xiàn)場總線僅支持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）5、在CAN總線中，當(dāng)錯誤計數(shù)值大于90時，說明總線被嚴(yán)重干擾。答：（錯）本題得分四、簡答題（共20分，每小題4分）1、你是如何看待有多種現(xiàn)場總線成為國際標(biāo)準(zhǔn)這一事實？你認(rèn)為現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)是否有統(tǒng)一的可能？答：（1）對第一個問題的回答：一是技術(shù)原因。（1分）目前尚沒有一種現(xiàn)場總線對所有應(yīng)用領(lǐng)域在技術(shù)上都是最優(yōu)的。二是利益驅(qū)動。（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使自己支持的現(xiàn)場總線成為國際標(biāo)準(zhǔn)。（注：其他回答言之有理即可）（2）對第二個問題，可有多種回答，言之有理即可（2分）第3頁（共11頁）試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號：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？（不計填充位）答：CAN有4種幀類型，分別為數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、錯誤幀與超載幀。（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控制場數(shù)據(jù)場CRC場幀結(jié)束ACK場標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀不計填充位，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？一般分為哪兩個子層？答：數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：產(chǎn)生和識別幀邊界；（1分）解決由于幀的破壞、丟失和重復(fù)所出現(xiàn)的問題；（1分）流量調(diào)節(jié)機(jī)制；（1分）控制對共享信道的訪問——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和媒體訪問控制子層MAC。（1分）（注：答出上述任意4點即可）第4頁（共11頁）

試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號：姓名：4、簡述MAC（煤體訪問控制）的CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測）控制方案。答：先聽再講。一個站要發(fā)送，首先需監(jiān)聽總線，以確定介質(zhì)上是否存在其它站的發(fā)送信號。（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）每個工作站發(fā)送信息之后，還要繼續(xù)監(jiān)聽總線，以判定是否有其它站正在與本站同時向傳輸線發(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)場總線，試分析在用于通信時，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個字符時間（1分）；Profibus,Interbus,LonWorks,P-NET,BACnet,BITbus中選兩個做答（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出現(xiàn)，并且方向一致，因此對于差分接收端來說，一根通信線上的噪聲會被另一根通信線上的噪聲抵消。同時，一般也不受地電位的波動的影響，因為接收端是根據(jù)兩根通信線之間的電位差來判斷信號邏輯的，地電位差對其無影響（1分）。第5頁（共11頁）試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號：姓名：本題得分五、設(shè)計分析題（共10分，每小題5分）1、NRZ編碼帶寬利用率高，但缺乏時鐘同步；曼徹斯特編碼自帶同步，但帶寬利用率不高。請你結(jié)合它們的優(yōu)點，自己設(shè)計一種編碼。答：VAN總線有一種編碼方案，由振蕩器時鐘周期派生出一個時間單元稱為時隙，用5位時隙表示4位數(shù)據(jù)。前3個時隙采用NRZ編碼，表示3位；后2個時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的報文組的優(yōu)先權(quán)，并加以解釋。答：DeviceNet有4個報文組（1分），分別為組1、組2、組3與組4報文。報文標(biāo)識符如下表所示：（2分，每個報文0.5分）1098765432100組1報文ID源MACID10MACID組2報文ID11組3報文ID源MACID11111組4報文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)先級由高到低依次為：組1>組2>組3>組4。（1分）本題得分六、計算題（15分，第1小題10分，第2小題5分）1、已知有3個CAN總線節(jié)點，分別為節(jié)點1、節(jié)點2與節(jié)點3。各節(jié)點使用獨立CAN控制器SJA1000，晶振頻率為16MHz。若要實現(xiàn)總線通信的波特率為250kbps，給定發(fā)送報文ID為10001000100，節(jié)點1發(fā)送報文，節(jié)第6頁（共11頁）試題：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)班號：姓名：點2接收報文，但節(jié)點3不接收報文。試寫出各節(jié)點的BTR0、BTR1、ACR與AMR的設(shè)置，并給出計算過程。（注：節(jié)點3也要求波特率設(shè)置為250kbps）答：（1）波特率計算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)時鐘tscl=2tCLKBRP=125BRP納秒。（1分）若使波特率為250kbps，則每一位的位時間T須為4us（1分）（即4000ns），令其含有p（8-25的整數(shù)）個（1分）CAN系統(tǒng)時鐘，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1、節(jié)點2與節(jié)點3采用上面答案中任選一組即可)（2）節(jié)點1由于只是發(fā)送報文，故ACR與AMR可以任意設(shè)置。（1分）節(jié)點2由于要接收節(jié)點1發(fā)送的報文，滿足[(ID.10-ID.3)≡(AC.7-AC.0)](AM.7-AM.0)≡11111111即可。（1分）節(jié)點3由于不接收報文，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（共11頁）

2、以圖解的方式說明一個預(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UCMM能力設(shè)備。假定一個顯式信息連接已通過組3建立，并已約定好后面的通信主站使用組3報文ID4，從站使用組3報文ID0。報文體格式為DeviceNet（16/16）。主站MACID為0A，從站MACID為02。答：（第一個報文3分，第二個報文2分。其中標(biāo)識符各占1分。）第8頁（共11頁）本題得分七、綜合題（共10分）1、通過這門課，你主要學(xué)習(xí)到了什么？試對本門課程的內(nèi)容進(jìn)行概括答：內(nèi)容概括中應(yīng)體現(xiàn)出緒論（現(xiàn)場總線概念及其技術(shù)特點）、數(shù)據(jù)通信/計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、CAN、DeviceNet、Modbus等部分。（每部分1分）第9頁（共11頁）

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