现场总线简答题

特点：除了它的数字化、节点智能化、开发式、互换性能好、布线简单的特征外，其最大优点表现在既可以把系统对各节点的控制功能和权利充分下放给节点本身的微处理器，必要时又可以由监控中心的虚拟控制平台实施集中控制，同时它又可以使得各节点之间直接通信。 2.CAN总线的ID标识符的作用?

1.报文通信:一个报文的内容由其标识符ID命名，ID不指出报文的目的,但描述数据的含义,以便网络中的所有节点借助报文滤波决定该数据是否使它们激活。

2.优先性:用标识符定义了一个报文静态的优先权

3.远程数据请求:节点A请求节点B发送数据时,先发送一个ID标识符的远程帧。节点B以相同的ID发送数据帧。

4.仲裁:总线冲突时,运用逐位仲裁规则,借助标识符ID解决.即在仲裁期间,每个发送器都对发送位电平与总线上检测到的电平进行比较,若相同，该节点继续发送.当发送一个“隐性”(逻辑1)电平,而在总线上检测到“显性”(逻辑0)电平时.该节点退出仲裁,并不再传送后继位.

3.CAN总线的主要特点?

（1）CAN是目前为止惟一有国际标准的现场总线；

（2）CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主从；

（3）在报文标识符上，CAN上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求；

（4）CAN采用非破坏总线仲裁技术:改进的CSMA/CD方式(载波侦听多路访问／冲突检测）；

（5）CAN节点只需要通过对报文的标识符滤波即可以实现点对点、一点对多点及全局广播等方式传送接收数据；

（6）CAN的直接通信距离最远可达10Km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps（此时通信距离最长为40m）；

（7）CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个；

（8）报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，保证了数据出错率极低； （9）CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，具有极好的检错效果； （10）硬件化底层协议 （物理层和数据链路层）

（11） CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活；

（12） CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响；

（13）CAN总线具有较高的性价比。

4. CAN总线的报文有几种格式?是如何定义的？

（1）数据帧：

（2）远程帧：用来请求总线上远程节点发送自己想要接收的某种数据，无数据域且RTR=1，其余同数据帧

（3）错误帧：两个场组成，第一场由来自各站的错误标志叠加，第二场为出错界定符。报文传输过程中任何一个节点出错，即于下一位开始发送出错帧，通知发送端停止发送。

（4）超载帧：超载条件 ①要求延迟发送（最多两次）

②在间歇场检测到显性位活动

（5）帧间空间 ①无错 ② 有错认可

5.基于CAN总线的应用层协议有哪些?其特点? (1)CAN总线应用层协议CAL

CAL（CAN Application Layer）协议是目前基于CAN的高层通讯协议中的一种，最早由Philips医疗设备部门制定。现在CAL由独立的CAN用户和制造商集团CiA（CAN in Automation）协会负责管理、发展和推广。 (2)CAN总线应用层协议CANOPEN

CANopen是在CAL基础上开发的，使用了CAL通讯和服务协议子集，提供了分布式控制系统的一种实现方案。CANopen在保证网络节点互用性的同时允许节点的功能随意扩展。

CANopen的核心概念是设备对象字典（OD：Object Dictionary），在其它现场总线（Profibus，Interbus-S）系统中也使用这种设备描述形式。注意：对象字典不是CAL的一部分，而是在CANopen中实现的。 (3)CAN总线应用层协议DeviceNet 特点：多通信层次及消息优先级队列、主从或点对点结构、总线供电(最大8A)、定义了应用和物理层规范，数据链路层用CAN协议、仅使用CAN 2.0A、开放式的网络标准，少量复制成本从ODVA获得DeviceNet规范

6.应用层协议的作用及主要内容(服务元素)?

作用：CAN只定义物理层和数据链路层，没有规定应用层，本身并不完整，需要一个高层协议来定义CAN报文中的11/29位标识符、8字节数据的使用。而且，基于CAN总线的工业自动化应用中，越来越需要一个开放的、标准化的高层协议：这个协议支持各种CAN厂商设备的互用性、互换性，能够实现在CAN网络中提供标准的、统一的系统通讯模式，提供设备功能描述方式，执行网络管理功能。简述为一句话就是：为网络中每一个有效设备都能够提供一组有用的服务与协议。

主要内容（服务元素）：

1） CMS (CAN-based Message Specification)

CMS提供了一个开放的、面向对象的环境，用于实现用户的应用。CMS提供基于变量、事件、域类型的对象，以设计和规定一个设备（节点）的功能如何被访问（例如，如何上载下载超过8字节的一组数据（域），并且有终止传输的功能）。

CMS从MMS (Manufacturing Message Specification)继承而来。MMS是OSI为工业设备的远程控制和监控而制定的应用层规范。 （2）NMT (Network ManagemenT)

提供网络管理（如初始化、启动和停止节点，侦测失效节点）服务。这种服务是采用主从通讯模式（所以只有一个NMT主节点）来实现的。 3）DBT (DistriBuTor) 提供动态分配CAN ID（正式名称为COB-ID，Communication Object Identifier）服务。这种服务是采用主从通讯模式（所以只有一个DBT主节点）来实现的。 （4）LMT (Layer ManagemenT)

LMT提供修改层参数的服务：一个节点（LMT Master）可以设置另外一个节点（LMT Slave）的某层参数（如改变一个节点的NMT地址，或改变CAN接口的位定时和波特率）。 7.对象字典OD的作用.

是一组有序的对象，每个对象通过16位的索引来寻址。对于数组和结构类型的对象，用8位子索引来寻址其内部成员。一个节点的对象字典的有关范围在0x1000到0x9FFF之间。

CANopen网络中每个节点都有一个对象字典。对象字典包含了描述这个设备和它的网络行为的所有参数。 作用：

（1）0X0000~0X0FFF区域用于定义对象类型； （2）0X1000~0X9FFF区域作用于存放节点数据；

（3）每个设备拥有一个0D,该包含了设备所有的参数以及网络行为； （4）节点的0D以数据库行驶存于EDS；

（5）0D中的项，大部分不足必须实现的，可以选择；

（6）0D用过通信对象描述了设备的所有功能，它于应用程序和通讯接口之间； 8.数字化设备使用的一般方法.

为各种不同类型设备定义对象字典中的对象。目前已有5种不同的设备子协议，并有几种正在发展。

(1)一个设备的通讯功能、通讯对象、与设备相关的对象以及对象的缺省值

由电子数据文档中提供。

(2)单个设备的对象配置的描述文件称作设备配置文件，它和EDS有相同的结构。二者文件类型都在CANopen规范中定义。

(3)设备子协议定义了对象字典中哪些OD对象是必需的，哪些是可选的；必需的对象应该保持最少数目以减小实现的工作量。

(4)可选项――在通讯部分和与设备相关部分――可以根据需要增加以扩展CANopen设备的功能。如果需要的项超过了设备子协议中可以提供的，在设备子协议中已预留由足够空间提供给厂商的特定功能使用。 9. PROFIBUS家族构成及各自应用方面？

PROFIBUS由三个兼容部分组成：PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery分布式外围设备 ）；PROFIBUS-PA (Process Automation过程自动化 )；PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification现场总线报文规范 )。

(1) PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。

(2) PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低层接口（Lower Layer Interface—LLI）。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。

(3) PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158-2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。

10.PROFIBUS总线存取协议及传输特点？

(1) 三种PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的总线存取协议。该协议是通过OSI参考模型第二层（数据链路层）来实现的。它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。

(2) 在PROFIBUS中，第二层称之为现场总线数据链路层（Fieldbus Data Link—FDL）。介质存取控制（Medium Access Control—MAC）具体控制数据传输的程序，MAC必须确保在任何一个时刻只有一个站点发送数据。 (3）PROFIBUS协议的设计要满足介质存取控制的两个基本要求： ·在复杂的自动化系统（主站）间的通信，必须保证在确切限定的时间间隔中，任何一个站点要有足够的时间来完成通信任务。

在复杂的程序控制器和简单的I/O设备（从站）间通信，应尽可能快速又简

单地完成数据的实时传输。

因此，PROFIBUS总线存取协议，主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从方式。

(4) 令牌传递程序保证每个主站在一个确切规定的时间内得到总线存取权（令牌）。在PROFIBUS中，令牌传递仅在各主站之间进行，海明距离 HD = 4。

11. PROFIBUS总线的工作流程及内容？

12. PA设备应用举例？

13.DP设备类型及各自作用？

设备类型：第二类DP主站（DPM2）是可进行编程、组态、诊断的设备。第一类DP主站（DPM1）是中央可编程序控制器，如PLC、PC等。DP从站是带二进制值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。

(1) 一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。

(2) 二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。

(3) DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。

14. PROFIBUS总线报文结构及服务内容 (1)令牌报文 SD4 DA SA

(2)FDL状态请求报文 SD1 DA SA FC FCS ED (3)数据报文

SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DSAP SSAP DU FCS ED DA=目的地址 DU=数据单元

DSAP=目的数据存取点 ED=结束分界符 FC=功能码

FCS帧检查顺序 LE=长度

LEr=重复长度 SA=源地址

SD2=开始分界符2 SD4=开始分界符4 SSAP=源服务存取点

15. PROFIBUS总线系统集成技术 1、单主站的系统

根据PROFIBUS技术原理，一个最小系统至少由一个PROFIBUS （一类）主站和若干PROFIBUS从站组成。

PROFIBUS总线访问协议：主站间的逻辑令牌环、主从站间的主从协议。主动站在一个限定时间内(Token Hold Time)对总线有控制权，从站只是响应主站的请求，它们对总线没有控制权。 （1）PLC做PROFIBUS一类主站

控制器：如S7-300（-2DP、CP342-5）；S7-400（-2DP、CP442-5）

配置/控制软件：STEP 7 从站提供：GSD文件

（2）另一种单主站系统：PC+网卡做PROFIBUS一类主站：网卡：如CP5×11；CP5613„„.配置/驱动软件：COM PROFIBUS、SIMATIC NET控制软件：WinAC、WinCC„„.从站提供：GSD文件 2、带监控站的系统 （1）PC+组态软件 （2）HMI

（3）其他通信协议监控站的连接 3、多主系统及分层的多主系统 （1）基于PROFIBUS的多主系统

PROFIBUS链路层：支持基于令牌的多主系统；

PROFIBUS应用层：定义信息规范FMS西门子PLC多主系统产品：两种①FMS ②S7 FUNCTION

16. PROFIBUS总线协议芯片的分类及作用? 1、SPM2、LSPM2应用

（1）用途：SPM2（SiemensPROFIBUSMultiplexer）

LSPM2（LeanSiemensPROFIBUSMultiplexer）用于简单从站协议芯片。主要用于I/O开关设备。 （2）技术指标：

支持PROFIBUS-DP协议。

最大数据传输速率12Mbit/s，可自动检测并调整数据传输速率。 SPM2采用120管脚PQFP封装；LSPM2采用80管脚PQFP封装； SPM2具有集成的64I/O位、其中32个可诊断输入； LSPM2具有集成的32I/O位（其中16个可诊断输入），8个诊断位；集成的看门狗（WATCHDOG TIMER）；外部时钟接口24MHZ或48MHZ； 5VDC供电。 2、SPC3应用

（1）主要用途：智能现场设备，如变频器、智能仪表等； （2）技术指标：

支持PROFIBUS-DP协议；最大数据传输速率12Mbit/s，可自动检测并调整数据传输速率；

与80C32、80X86、80C166、80C165、80C167和HC11、HC16、HC916系列芯片兼容；内部有1.5K字节的RAM做DP通信缓冲区； 44管脚的PQFP封装； 集成的看门狗（WATCHDOG TIMER）；外部时钟接口24MHZ或48MHZ； 5VDC供电； 3 SPC4 应用 （1）用途：

①用于从站的智能通信芯片；

②SPC 4 还提供了连接SIM 1 的同步接口，数据传输符合IEC 1158-2，用于PROFIBUS-PA单元。

③低功耗管理系统，因此特别适合用于本征安全场合。 （2）技术指标：

①最大数据传输速率12 Mbit/s，使用IEC 1158-2技术时数据传输速率31.25 Kbit/s，可自动检测并调整数据传输速率。

②具有1.5K byte的信息报文存储器。 ③44管脚的PQFP封装。

④与80C32、80X86、80C166、80C165、80C167和HC11、HC16、HC916系列芯片兼容。

⑤3.3VDC供电,低功耗。 4、SIM1 应用 （1）用途：

SIM1（SiemensIEC H1 介质连接单元）与IEC H1 即PROFIBUS-PA信号兼容。用于流程自动化行业。可用于本征安全场合。

SIM1 可作为SPC 4 的扩展芯片使用。只有为了能连接PROFIBUS-PA及用于本征安全才需要着种芯片作扩展。

SIM1 支持所有发送与接受功能，吸收总线上附加电源电流端具有高阻特性。芯片使用两种稳压电源供电并允许电源具有电隔离。芯片采用符合IEC 1158-2的曼切斯特编码技术。

（2）SIM1 主要技术指标支持IEC 1158-2， 即支持PROFIBUS-PA传输技术。 最大数据传输速率31.25Kbit/s。 44管脚的PQFP封装。

供电：3.3VDC/5VDC、或5V/6.6VDC。吸收总线电流4~40mA，功率损耗250mW。 （3）使用SPC 4 和SIM1 实现的PROFIBUS-PA从站设备 5、ASPC 2 应用

（1）用途用于主站的智能通信芯片，支持PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS协议。通过段耦合器也可接PROFIBUS-PA。主要用于可编程序控制器、个人计算机、驱动控制器、人机接口等设备。 （2）技术指标

支持PROFIBUS-DP、-FMS、-PA协议。 最大数据传输速率12Mbit/s。

最多可连接126个ACTIVE/PASSIVE站点。 100管脚的MQFP封装。 16位数据线。2个中断线。

可寻址1M字节的外部信息报文存储器。

功能支持：IDENT、FDL、SDN、SDA、SRD、SM。 5VDC供电，最大功率损耗0.8W。

（3）使用ASPC 2 的PROFIBUS-DP主站接口框图 17. PROFInet的作用及意义？

过去的十几年间，在工厂自动化和过程自动化领域中，现场总线才是现场级通讯系统中主流的解决方案。不过，随着技术的不断进步和发展，传统现场总线越来越多的表现出了其本身的局限性。一方面，随着现场设备智能程度的不断提高，控制变得越来越分散，分布在工厂各处的智能设备之间以及智能设备和工厂控制层之间需要连续的交换控制数据，导致现场设备之间数据的交换量飞速增长；

另一方面，随着计算机技术的发展，企业希望能够将底层的生产信息整合到统一的全厂信息管理系统当中，于是企业的信息管理系统需要读取现场的生产数据，并通过工业通讯网络实现远程服务和维护，因此纵向一致性成为热门的话题，客户希望管理层和现场级能够使用统一的、与办公自动化技术兼容的通讯方案，这样可以大大的简化工厂控制系统的结构，节约系统实施和维护的成本。

基于这样的需求，以太网技术开始逐渐从工厂和企业的信息管理层向底层渗透，以太网技术开始广泛的应用于工厂的控制级通讯。在自动化世界中使用以太网解决方案有几个显著的优势：统一的架构、集成的通讯以及强大的服务和诊断功能。从目前工业自动化控制领域的情况来看，以太网技术取代现场总线是工业控制网络发展的必然趋势。 18.PROFINET三种通讯方式？ 1.TCP/IP标准通讯

PROFINET基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准。TCP/IP是IT领域关于通信协议方面事实上的标准，尽管其响应时间大概在100ms的量级，不过，对于工厂控制级的应用来说，这个响应时间就足够了。 2.实时（RT）通讯

对于传感器和执行器设备之间的数据交换，系统对响应时间的要求更为严格，因此，PROFINET提供了一个优化的、基于以太网第二层（Layer2）的实时通讯通道，通过该实时通道，极大地减少了数据在通讯栈中的处理时间，PROFINET实时通讯（RT）的典型响应时间是5－10ms。 3.等时同步实时（IRT）通讯

在现场级通讯中，对通讯实时性要求最高的是运动控制（MotionControl），PROFINET的等时同步实时（IsochronousReal-Time,IRT）技术可以满足运动控制的高速通讯需求，在100个节点下，其响应时间要小于1ms，抖动误差要小于1μs，以此来保证及时的、确定的响应。