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1、- 1 -思思 考考 题题第一章现场总线概述作业第一章现场总线概述作业1、简述现场总线的特点和优点、简述现场总线的特点和优点解：解：结构特点：基础性；灵活性；易用性；分散性；经济性 技术特点： 开放性；.全数字化；.双向通信；.互可操作性与互用性 ；现场设备的智能化与 功能自治性；系统结构的高度分散性 ；对现场环境的适应性2、简述企业网络信息集成系统的基本层次结构、简述企业网络信息集成系统的基本层次结构解：解：统一的企业网络信息集成系统应具有三层结构，从底向上依次是：过程控制层(PCS)、制造执行层(MES)、企业资源规划层(ERP)过程控制层过程控制层依照现场总线的协议标准，智能设备采用功能
2、块的结构，通过组态设计， 完成数据采集、A/D 转换、数字滤波、温度压力补偿、PID 控制等功能。智能 转换模块对传统检测仪表的电流电压进行数字转换和补偿。制造执行层制造执行层从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分 析等功能，还包括控制组态的设计和下装。企业资源规划层企业资源规划层在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。 1.首先将中间监控层的数据库中的信息转入上层关系数据库中，使远程用户能 通过浏览器查询网络运行状态，对生产过程进行实时的远程监控； 2.对数据进行进一步的分析和整理，为相关的各种管理、经营决策提供支持， 实现管控一体化3、计算机控制系统的发展经
3、历了哪几个阶段？各有何特点？、计算机控制系统的发展经历了哪几个阶段？各有何特点？ 解：解：1） 、数据采集与处理：计算机并不直接参与控制，对生产过程不会产生直接影响，能对整个生产过程进行集中监视，可进行越限报警，可以得到大量统 计数据。 2） 、直接数字控制系统（DDC）：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制 器，控制系统有一个功能较齐全的运行操作台，设定、显示、报警等集中在这 个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过 硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因此计算机不可能 与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少，多- 2
4、-数情况下应用为单回路控制。 3） 、监督计算机控制系统（SCC）：一般由两级计算机组成，第一级计算机与 生产过程连接，并承担测量和控制任务，即完成 DDC 控制，第一级计算机和 第二级计算机之间的数据通信，通常采用串行数据链路规程，传送效率一般较 低。 4） 、集散控制系统（DCS）：采用网络技术实现数据的高速远距离传送；采用 分布的、相对独立的控制站在一定程度上避免了多回路集中控制的风险；通过 控制站得冗余设计提高了控制系统的可靠性。 5） 、现场总线控制系统（FCS）：采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、 规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算 机之间，实
5、现全数字传输和信息交换，是各种适应实际需要的控制系统。第二章数据通信基础习题第二章数据通信基础习题习题：习题：画出数据序列的：数据波形 时钟波形 Manchester 编码波形 差分 Manchester 编码波形海明码的编码规则海明码的编码规则:发送端 根据要传输的数据单元的长度，确定冗余位的个数； 确定各冗余位在数据单元中的位置； 计算出各冗余校验位的值 排列成包含冗余校验位的数据序列，按此序列发送 接收端 按与发送方相同的方法，计算出接收数据的冗余校验位，排列成包含冗余校验 位的数据序列 将按计算结果排列出的数据序列与接收到的数据序列比较，判断传输过程是否 有错。是哪一位出错，并将出错位
6、取反，以纠正该错误。 确定纠正单比特错误所需的冗余位数 设纠正单比特错误需增加的冗余位数为 r，r 应满足：2r m + r + 1； m 为数据单元的长度如 7 位的 ASCII 码，m 为 7，取 r 为 4 可满足上式；且 r 为 4 是满足上式的最 小取值 要纠正 7 位 ASCII 码中的 1 位错误，需要增加 4 个冗余位- 3 -冗余位的定位 将 4 个冗余位分别编号为 R1, R2, R3, R4 按海明码的编码规则，这 4 个冗余位应分别插到数据单元的 20, 21, 22, 23 位置 上，即 R 1, R2, R3, R4 将被分别插入到数据单元的 D1，D2，D4，D8
7、 的位置上。各冗余位在 11 位海明码中的位置 各冗余位取值的计算 海明码的每个冗余位的值都是一组数据的奇偶校验位。 冗余比特位 R 1, R2, R3, R4 分别是 4 组不同数据位的奇偶校验位， 采用二进制数据来表示海明码 11 个数据位数 有 0001；0010；0011；0100；0101；0110；0111；1000；1001；1010，1011 这 11 种情况 对这 11 种情况中位数最低位为 1 的位置进行偶校验，即对 0001；0011；0101；0111；1001，1011 这 6 个数据位做偶校验，得到的偶校验 码为 R 1 的值 即 R 1 为对从低位数起的第 1、3
8、、5、7、9、11 这 6 位作偶校验而得到的校验 位。 对这 11 种情况中位数的次低位为 1、即倒数第 2 位为 1 的位进行偶校验， 即对 0010；0011；0110；0111；01010；1011（第 2、3、6、7、10、11）这 6 个数据位做偶校验，得到的偶校验校验位的值为 R 2 的值 依此类推 对这 11 种情况中倒数第 3 位为 1（0100；0101；0110；0111）的位置，即第 4、5、6、7 这 4 位做偶校验，得到的偶校验码为 R 3 的值 R4 是对倒数第 4 位为 1 的位置，即第 8、9、10、11 （1000；1001；1010；1011）这 4 位作
9、偶校验得到的校验位的值- 4 -示例 2 ：上例中形成的海明码如经传输出现 1 位错误，如何检测与纠正 ？ 如第 7 位出错，由原本的 1 变为 0，使接收方收到数据为： 接收方如何从数据中发现有错？ 错在哪一位？ 纠错 接收方收到数据后，采用与发送方相同的方法计算出偶校验位的值； 对第 1、3、5、7、9、11 这 6 位作偶校验，得到的校验位 R 1 是 1； 对第 2、3、6、7、10、11 这 6 位作偶校验，得到的校验位 R 2 是 1； 对第 4、5、6、7 这 4 位作偶校验而得到的校验位 R 3 是 1； 对第 8、9、10、11 这 4 位作偶校验得到的校验位 R 4 是 0
10、。 对接收数据按与发送端相同的方法作偶校验对接收数据按与发送端相同的方法作偶校验11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 11 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1由相应位偶校验得到的校验位排列成 R4R3R2R1,其二进制数为 0111 这一结果表明通信传输出现了错误 出错位位于第 7 位 将接收数据的第 7 位求反，由 0 改变为 1，便纠正了传输过程中出现的错误 如果该海明码传输过程正确，没有出错，其偶校验位 R 1、R2、R3、R4 为
11、多少？第三章控制网络基础思考题第三章控制网络基础思考题1、简述控制网络的主要特点？、简述控制网络的主要特点？解：解：1. 控制网络的节点除了普通 PC 或其他种类的计算机、工作站可以作为控制网络的节点外，控制 网络的节点大都是具有计算与通信能力的测量控制设备 a、控制网络的任务 控制网络以具有通信能力的传感器、执行器、测控仪表作为网络节点，以现场- 5 -总线为通信介质，连接成开放式、数字化、多节点通信，完成测量控制任务的 网络。 b、控制网络的工作环境 控制网络要面临工业生产的强电磁干扰，面临各种机械震动，面临严寒酷暑的 野外工作环境，要求控制网络能适应这种恶劣的工作环境。 控制网络肩负的特
12、殊任务和工作环境，使其具有许多不同于计算机网络的特点： 控制网络的数据传输量相对较少，传输速率相对较低，多为短帧传送。要求通 信传输的实时性强，可靠性高。 c、控制网络的实时性要求 控制网络不同于普通数据网络的最大特点在于它必须满足对控制的实时性要求。 实时控制对某些变量的数据往往要求准确定时刷新，控制作用必须在一定时限 内完成，或者相关的控制动作一定要按事先规定的先后顺序完成，这种对动作 时间有严格要求的系统称为实时系统。2、总线访问控制技术可分为哪两大类？各自的代表性技术是哪总线访问控制技术可分为哪两大类？各自的代表性技术是哪些？些？3、CSMA/CD 的发送数据工作过程？的发送数据工作过
13、程？解：解：CSMA/CD 发送数据流程(1)当某个节点要发送数据，先侦听媒体，判断是否有信号在传输； (2)如果有信号传输，转(1) ，继续侦听； (3)如果媒体上无信号传输，发送数据，同时对媒体继续监听； (4)如果发出信息与监听信息一致，则认为无冲突，数据正确发送，完成发送任 务； (5)如果发送数据与监听信息不一致，则认为发生冲突，立即中止发送过程，并 向媒体发送“冲突强化”信号，使其他节点感知冲突，本节点计算发送失败的次 数； (6)如果发送失败的次数小于某个阀值，按二进制指数退避算法生成等待时间值， 等待一定时间，转(1) ，重新发送； (7)如果发送失败的次数大于某个阀值，停止发
14、送尝试，通知用户，产生网络错- 6 -误。 CSMA/CD 接收数据流程 网络上每个节点都监听媒体，若有信号传输，则收集信息并组成帧；然后，节 点分析和判断帧中的接收地址；如果接收地址是本地地址，复制接收该帧；否 则，丢弃该帧。4、令牌环发送和接收数据的过程是什么？、令牌环发送和接收数据的过程是什么？解：解：1） 、谁可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“ 令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有拿到令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待。2） 、拿到令牌的站将令牌的访问控制字节修改，访问控制字段中的 T 令牌位由 0 变为 1，后面加挂上自己的数据进行发送。 3） 、数据帧通过任何
15、一个站点(除源站点外)时，该站点都要把帧的目的地址和 本站地址相比较：a)如果地址相符合，则将帧拷贝到接收缓冲器，供高层软件处理，同时 将修改了状态位的原帧送回环中；b)如果地址不符合，则直接将帧送回环中 4） 、数据循环一周后由发送站回收。即发送的帧在环上循环一周后再回到发送 站时，从返回的帧状态位可以得知发送成功，发送站将该帧从环上移去，同时 再放一个空令牌到环上，使其余的站点能获得发送帧的许可权。5、令牌总线中令牌丢失和令牌重复的处理方法？、令牌总线中令牌丢失和令牌重复的处理方法？解：令牌总线中令牌丢失的处理：解：令牌总线中令牌丢失的处理：1.每个节点都设有“环不工作计时器”，规定时间未
16、监听到媒体上有信息， “环不工作计时器” 超时，表示令牌丢失，或环路处于初始工作状态； 2.所有节点采用竞争总线方式，争夺生成令牌的权利； (1)各节点根据本节点地址，形成不同长度的“要求令牌命令帧”，发往媒体并监 听媒体； (2)不同地址形成不同长度帧，发往媒体，必然产生冲突，所有节点忽略这种冲 突。 (3)发送较短的帧的节点发送帧后，仍会听到其他节点在发送信息；发送最长帧的节点发送帧后，会听不到其他节点在发送信息，最终获得产生 令牌的权利。令牌总线中令牌重复的处理：令牌总线中令牌重复的处理：令牌重复的处理由获得令牌的节点进行处理； 当获得令牌的节点感知媒体上有信号传输，表示有其他节点也掌握令牌，该节 点简单的丢弃令牌，回到接收状态； 有时，减少令牌的结果会导致令牌的丢失，于是进入令牌丢失处理过程。- 7 -6、OSI 标准模型一共有哪几层？对比标准模型一共有哪几层？对比 OSI 模型，简述模型，简述 FF 总线、总线、 HART 总线和总线和 EPA
