习题及答案

第1章

1.1简述自动控制系统发展的5个阶段。

答：(1)基地式气动仪表控制阶段PCS（Pneumatic Control System） (2)表控制系统ASC（Analogous Control System ） (3)数字控制系统CCS（Computer Control System ） (4)控制系统DCS（Distributed Control System ） (5总线控制系统FCS（Fieldbus Control System ）

1.2什么是现场总线控制技术？

答：IEC/SC65C定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字、串行和多点通信的数据总线，称为现场总线。

1.3现场总线控制技术的国际标准有哪些？

答： 1） IEC61158国际标准共有10种类型： (1) Type1 TS61158 现场总线。

(2) Type2 ControlNet 和 Ethernet/IP 现场总线。 (3) Type3 Profibus现场总线。 (4) Type4 P-NET现场总线。 (5) Type5 FF HSE现场总线。 (6) Type6 Swift-Net 现场总线。 (7) Type7 WorldFIP现场总线。 (8) Type8 INTERBUS现场总线。 (9) Type9 FF H1现场总线。

(10) Type10 PROFInet现场总线， 2）IEC TC17B有3种国际标准： (1) SDS（Smart Distributed） (2) ASI(Actuator Sensor Interface) (3) Device Net

3）ISO-OSI11898有1种国际标准： CAN(Control Area Network)

1.4典型的现场总线控制技术有哪些？ 答： （1）PROFIBUS现场总线控制技术。

（2）基金会现场总线控制技术（FF）。 （3）LonWorks现场总线控制技术。 （4）CAN现场总线控制技术。 （5）HART协议

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1.5现场总线控制技术在我国的应用情况如何？ 答：1） 现场总线控制技术已发展到推广应用阶段

随着中国经济的迅速发展，各种现场总线控制技术已经得到了广泛的应用，世界主要的现场总线控制技术组织在中国设立了分支机构。一些FCS在中国的推广已经取得了骄人的业绩，国内企业开发的产品开始投入使用。

2）现场总线控制技术在应用中存在的问题 （1) 从总体上说，“说”和”听”的人多，用的人少。初步了解FCS的人多，熟练掌握应用技术和开发技术的人少。FCS总线种类很多，不知道到底选择哪种总线好。

（2) 在工程应用方面，工程开销比预料的要大，调试与运行维护比预料的难。与传统控制系统相比，优点不明显，使得人们在关键系统中不敢使用现场总线控制技术。

（3) 在开发方面，开发的难度比预料的大，所需要的人力、物力、时间和经费远比预料的多，并且推广和应用所要做的工作过于繁琐。

（4) 瓶颈问题：

① 当总线切断时，系统有可能产生不可预知的后果。用户希望这时系统的效能可以降低，但不能崩溃，这一点目前许多FCS不能保证。

②在本安防爆应用中，现有的防爆规定限制总线的长度和总线上所挂设备的数量，这就限制了FCS节省线缆的优点的发挥。

③ 系统组态参数过分复杂，FCS的组态参数很多，不容易掌握，但组态参数设定的好坏，对系统性能影响很大。

1.6 PROFIBUS有几种类型？其特点及应用范围是什么？

答：产品有三类，FMS用于主站之间的通信，DP用于制造业从站之间的通信，PA用于过程控制行业从站之间的通信。目前主要使用的是总线桥技术和总线桥产品。

1.7什么是总线桥技术？其产品有哪些？各有什么作用？ 答：该技术通过RS-232、RS-485等串行通信接口或网关接口，将智能现场设备连接到PROFIBUS总线上。这样一些传统的仪表及现场设备公司，就可以通过该技术实现低成本使用PROFIBUS。

产品有：OEM系列、桥（Bridge）系列、网关（GateWay）系列。 总线桥产品的作用是： ⑴ OEM系列

通过与设备开发企业的技术合作，合作公司免费提供PROFIBHS接口开发技术，并以OEM方式提供PROFIBUS接口的专用逻辑芯片。

⑵ 桥（Bridge）系列

通过RS-232、RS-485等串行通信接口，将智能现场设备，如变频器、温度巡检仪、回路调节器等接到PROFIBUS上，可免费替用户编写设备通信程序。

⑶ 网关（GateWay）系列

用于不同现场总线控制之间的接口，目前有PROFIBUS-CAN、PROFIBUS-LonWorks、PROFIBUS-TCP/IP（Internet）。

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第2章

2.1设备数据库文件（GSD）的作用是什么？

答：PROFIBUS设备具有不同的性能特征，特征的不同在于现有功能（即I /O 信号的数量和诊断信息）或可能的总路线参数的不同，例如波特率和时间的监控不同。这些对于每种设备类型和每家生产厂来说各有差别，为达到PROFIBUS简单的即插即用配置，这些特性均在电子数据单中具体说明，有时称为设备数据库文件或GSD文件。标准化的GSD数据将通信扩大到操作人员控制一级，使用基于GSD的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在一个总线系统中，构成简单、用户界面友好。

对一种设备类型的特性，GSD以一种准确定义的格式给出其全面而明确的描述。GSD文件由生产商分别针对每一种设备类型准备，并以设备数据库清单的形式提供给用户，这种明确定义的文件格式便于读出任何一种PROFIBUS－DP设备的设备数据库文件，并且在组态总线系统时自动使用这些信息。在组态阶段，系统自动地对与整个系统有关的数据的输入误差和前后一致性进行检查、核对。

GSD分为以下三部分 ： 1）总体说明

包括厂商和设备名称、软硬件版本情况、支持的波特率、可能的监控时间间隔及总线插头的信号分配。

2）DP主设备相关规格

包括所有只适用于DP主设备的参数（例如，可连接的从设备的最多台数或加载和卸载能力）。从设备没有这些规定。

3）从设备的相关规格

包括与从设备有关的所有规定（例如I/O通道的数量和类型、诊断测试的规格及I/O数据的一致性信息）。

所有PROFIBUS-DP设备的GSD文件均按PROFIBUS标准进行了符合性试验，在PROFIBUS用户组织的WWW SERVER中有GSD库，可自由下载，网址为：http:www.profibus.com。

2.2 PROFIBUS通信模型与ISO/OSI通信模型的关系是什么？

答：如前所述，PROFIBUS是一种现场总线控制技术，因此可以将数字自动化设备从底级（传感器／执行器）到中间执行级（单元级）分散开来。通信协议按照应用领域进行了优化，故几乎不需要复杂的接口即可实现。PROFIBUS只包含ISO/OSI通信模型第１层、第２层和第７层。

2.3 PROFIBUS系统配置有几种类型？

答：1)根据设备是否具有PROFIBUS接口分为3种形式：

(1)总线接口型：现场设备不具备PROFIBUS接口，采用分散式I/O作为总线接口与现场设备连接。这种形式在应用现场总线技术初期容易推广。如果现场设备能分组，且组内设备相对集中，这种模式会更好地发挥现场总线技术的优点。

(2)单一总线型：现场设备都具备PROFIBUS接口，这是一种理想情况。可使用现场总线技术实现完全的分布式结构，可充分获得这一先进技术所带来的利益。新建项目可能具有这种条件，就目前来看，这种方案设备的成本会较高。

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(3)混合型：现场设备部分具备PROFIBUS接口，这将是一种相当普遍的情况。这时应采用PROFIBUS现场设备加分散式I/O混合使用的办法。无论是旧设备改造还是新建项目，希望全部使用具备PROFIBUS接口现场设备的场合可能不多，分散式I/O可作为通用的现场总线接口，是一种灵活的集成方案。

2)根据实际应用需要的几种系统结构类型

(1)结构类型1： 以PLC或控制器作为一类主站，不设监控站，但调试阶段配置一台编程设备。 对于这种结构类型，PLC或控制器完成总线通信管理、从站数据读写和从站远程参数化工作。 (2) 结构类型2：以PLC或控制器作为一类主站，监控站通过串口与PLC一对一地连接。对于这种结构类型，监控站不在PROFIBUS网上，不是二类主站，不能直接读取从站数据和完成远程参数化工作。监控站所需的从站数据只能从PLC或控制器中读取。

(3)结构类型3: 以PLC或其他控制器作为一类主站，监控站（二类主站）连接到PROFIBUS总线上。这种结构类型，监控站在PROFIBUS网上作为二类主站，可完成远程编程、参数化及在线监控功能。

(4)结构类型4: 使用PC加PROFIBUS网卡做一类主站，监控站与一类主站一体化。这是一个低成本方案，但PC应选用具有高可靠性、能长时间连续运行的工业级PC。对于这种结构类型，PC故障将导致整个系统瘫痪。另外，通信模板厂商通常只提供一个模板的驱动程序，总线控制、从站控制程序、监控程序可能要由用户开发，因此应用开发的工作量可能会比较大。

(5) 结构类型5: 坚固式PC（COMOPACT COMPUTER）+PROFIBUS网卡+SOFTPLC的结构形式。如果在上述方案中将PC换成一台坚固式PC（COMOPACT COMPUTER），系统可靠性将大大增强，足以使用户信服。

2.4 PROFIBUS的3种类型都用到什么传输技术？ 答：1）DP和FMS的RS-485传输

RS-485传输是PROFIBUS最常用的一种，通常称为H2，采用屏蔽双绞铜线电缆，共用一根导线对。适用于需要高速传输和设施简单而又便宜的各个领域。

RS-485操作容易，总线结构允许增加或减少站点，分步投入不会影响到其他站点的操作。 传输速率可选用9.6Kb/s～12Mb/s，一旦设备投入运行，全部设备均需选取同一传输速率。

2）PA的IEC 61158-2传输技术

IEC 61158-2传输技术能满足化工和石化工业的要求，它可保持其本质安全性并使现场设备通过总线供电。此项技术是一种位同步协议，可进行无电流的连续传输，通常称之为H1。

2.5一个自动化系统的三级网络结构是什么？

答：一个自动化系统的三级网络结构是：设备层、车间监控层、工厂管理层。

第3章

3.1 PROFIBUS有几种实现方法？其特点和使用范围是什么？ 答：PRIFIBUS有三种实现方法。其特点和使用范围如下： 1）单片机方案

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(1)特点：产品成本低、技术指标低、开发周期长、技术要求高。

(2)适用范围：适合研究和学习PROFIBUS的学生、教师、研究人员。开发目标不在产品化，而是技术研究和教学。

2)专用ASIC方案

(1)特点：开发技术要求高、开发周期长、产品成本较低、开发成本高。 (2)适用范围：PROFIBUS产品市场批量大、技术和资金雄厚的大企业。 3)嵌入式PROFIBUS接口方案

(1)特点：开发周期短，开发成本低，产品技术指标高，开发技术要求不高。

(2)适应范围：①专业制造现场设备仪表的企业，其产品可以带来新的市场和利润。②企业没有FCS开发基础。③产品将走多种总线的技术道路。④要求开发周期短、开发费用低、技术成熟快。

3.2为什么要进行PROFIBUS产品的测试和认证？ 答：（1） 现场总线PROFIBUS的一个重要技术特征是标准化和开放性，即声明基于PROFIBUS技术的产品在技术上必须符合PROFIBUS技术标准，必须能够与第三方厂家产品及系统互连。因此，PROFIBUS产品的一致性和互操作性测试是必需的，是检验产品是否符合PROFIBUS技术标准，实现不同厂家产品互连、互操作的技术保证。

（2）测试检验产品是否符合（遵守、兼容）PROFIBUS技术标准，这就是所谓产品的“一致性测试”，即产品与标准的一致性。测试、检验产品是否能与其他厂家的系统与产品实现互连、互操作，这就是所谓产品的“互操作性测试”。

（3）PROFIBUS产品测试实验室主要完成PROFIBUS产品的“一致性与互操作性”技术测试。 （4）若客户产品经过PROFIBUS产品测试实验室测试合格，实验室将以一个中立技术机构名义，向使用产品的客户保证，该产品在技术上满足了PROFIBUS标准的一致性和互操作性要求。

第4章

4.1工程管理器的作用是什么？

答：工程管理器实现了对组态王各种版本工程的集中管理，使用户在进行工程开发和工程的备份、数据词典的管理上方便了许多。其主要作用就是为用户集中管理本机上的所有组态王工程。工程管理器的主要功能包括：新建工程，删除工程，搜索指定路径下的所有组态王工程，修改工程属性，工程的备份、恢复，数据词典的导入、导出，切换到组态王开发或运行环境等。

4.2工程管理器的菜单有哪些？ 答：“文件”菜单、“视图”菜单、“工具”菜单、“帮助”菜单。

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第5章

5.1工程浏览器的作用是什么？

答：工程浏览器是组态王的一个重要组成部分，它将图形画面、命令语言、设备驱动程序、报警、网络等工程元素集中管理，工程人员可以一目了然地查看工程的各个组成部分。工程浏览器简便易学，操作界面和Windows中的资源管理器非常类似，为工程的管理提供了方便、高效的手段。组态王开发系统内嵌于组态王工程浏览器，又称为画面开发系统，是应用程序的集成开发环境，工程人员在这个环境里进行系统开发。 5.2组态王开发系统的菜单有哪些？

答：组态王开发系统菜单有“文件”菜单、“编辑”菜单、“排列”菜单、“工具”菜单、“图库”菜单、“画面”菜单和“帮助”菜单。

第6章

6.1变量的基本类型有哪几种？

答：变量的基本类型有内存变量和I/O变量。IO变量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量，如下位机数据采集设备（如PLC、仪表等）或其他应用程序（如DDE、OPC服务器等）。这种数据交换是双向的、动态的。内存变量是指那些不需要和其他应用程序交换数据，也不需要从下位机得到数据，只在“组态王”内需要的变量。

6.2变量的基本属性有哪几种？

答：组态王的变量属性由基本属性、报警定义、记录和安全区三个属性页组成。

6.3变量的I/O转换方式有哪几种？

答：组态王变量的I/O转换方式有线性、开方、非线性表、直接累计和差值累计等。

6.4自定义变量的基本类型有哪几种？

答：组态王中的自定义变量数据类型有BOOL、LONG、FLOAT和STRING 4种类型。自定义变量在命令语言中使用前要定义。自定义变量只有值，没有变量域的概念，所以自定义变量不能引用变量的域。自定义变量可以与组态王变量进行数据交换，相互赋值，可以作为自定义函数的参数使用，也可以作为组态王函数的参数使用。自定义变量名称在使用时区分大小写。

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第7章

7.1组态王的逻辑设备有哪些？

答：组态王设备管理中的逻辑设备分为DDE设备、板卡类设备（即总线型设备）、串口类设备、人-机界面卡和网络模块，工程人员可根据实际情况通过组态王的设备管理功能来配置定义这些逻辑设备。

7.2仿真PLC的寄存器有哪些？ 答：仿真PLC的寄存器有自动加1寄存器INCREA、自动减1寄存器DECREA、随机寄存器RADOM、静态寄存器STATIC和CommErr寄存器。

第8章

8.1什么是动画连接？

答：动画连接就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。

8.2表达式和运算符有哪些？其优先级如何？

答：连接表达式是定义动画连接的主要内容，因为连接表达式的值决定了画面上图素的动画效果。表达式由数据字典中定义的变量、变量域、报警组名、数值常量以及各种运算符组成。

在连接表达式中不允许出现赋值语句，表达式的值在组态王运行时计算。变量名和报警组名可以直接从变量浏览器中选择，出现在表达式中，不必加引号，但区分大小写。变量的域名不区分大小写。

下面列出运算符的运算次序，首先计算最高优先级的算符，再依次计算较低优先级的算符。同一行的算符有相同的优先级。 ( ) 最高优先级 －(单目)，！，～ *， / ，% ＋，－

<， >，<=，>=，= =，! = &，|，^ && ||

＝ 最低优先级

8.3动画连接有哪些种？

答：动画连接有19种。它们分别是：线属性连接、填充属性连接、文本色连接、水平移动连接、垂直移动连接、缩放连接、旋转连接、填充连接、模拟值输出连接、离散值输出连接、字符串输出连接、模拟值输入连接、离散值输入连接、字符串输入连接、闪烁连接、隐含连接、水平滑动杆输入连接、垂直滑动杆输入连接、动画连接命令语言。

8.4动画连接向导的作用是什么？有哪些种类？

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答：动画连接向导的作用是：使用可视化动画连接向导，可以简单、精确地定位图素动画的中心位置、移动起止位置和移动范围等。组态王提供可视化动画连接向导供用户使用。该向导的动画连接包括水平移动、垂直移动、旋转、滑动杆水平输入和滑动杆垂直输入等5个部分。

（第9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19章的习题解答见习题文件夹）

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