网路测控技术复习题2.docx
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网路测控技术复习题2.docx
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网路测控技术复习题2
测控网路技术复习题
1、什么是现场总线控制系统?
简述特点。
答:
现场总线控制系统是用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化的、双向、多站的通信系统,是控制系统与现场检测仪表、执行装置进行双向数字通信的串行总线系统,是基于智能化仪表及现场总线的控制系统FCS,是一种数字化的串行双向通信系统。
其特点:
(1)结构特点,控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表,直接在现场完成,实现了彻底的分散控制,采用数字信号替代模拟信号,因而可实现一对电线上传输多个信号。
(2)技术特点,系统的开放性,互可操作性,通信的实时性与确定性,现场设备的智能与功能自治性,对现场环境的适应性。
2、简述FCS系统与DSC系统的特点与区别?
答:
FCS系统的特点:
用全数字化、智能、多功能取代模拟式单 功能仪器、仪表、控制装置,用两根线联接分散的现场仪表、控制装 置,取代每台仪表的两根线。
“现场控制”取代“分 散控制”;数据的传输采用“总线”方式,从控制室到现场设备的双向数字通信总 线,是互联的、双向的、串行多节点、开放的数字通 信系统取代单向的、单点、并行、封闭的模拟系统。
DCS系统的特点:
需适应恶劣的工业生产过程环境,分散控制,实时性,独立性。
两者的区别:
(1)在结构上FCS是一对多,DCS是一对一;
(2)在可靠性上FCS较好;(3)失控状态上,FCS在控制室既可了解现场设备的工作情况,也能对设备进行参数调整,还可以预测或寻找故障,使设备始终处于操作员的过程监控与可控状态之中。
DCS在控制室既不了解模拟仪表的工作情况,也不能对其进行参数调整,更不能预测故障,导致操作员对仪表处于“失控”状态。
(4)控制上,FCS控制功能分散在各个智能仪器中,DCS所有的控制功能集中在控制站中。
(5)互换性上,FCS自由选择不同厂家的性能价格比最优的现场设备和仪表,并将不同品牌的仪表互连,实现“即插即用”。
DCS管模拟仪表统一了信号标准(4~20mADC),可是大部分技术参数仍由制造厂自定,致使不同品牌的仪表不能互换。
(6)仪表上,FCS智能仪表除了具有模拟仪表的检测、变换、补偿等功能外,还具有数字通信能力,并且具有控制和运算能力。
DCS模拟仪表只具有检测、变换、补偿等功能。
3、主流现场总线有哪些?
其特点如何?
答:
(1)FF,功能强大,安全,实时性好,总线供电;但协议复杂,实际应用少。
WorldFIP,有较强的抗干扰能力,实时性好,稳定性好。
ProfibusPA,本安,总线供电,实际应用较多;但支持的传输介质较少,传输方式单一。
ProfibusDP/EMS,速度较快,组态配置灵活。
InterBus,开放性好,与PLC的兼容性好,协议芯片内核由国外厂商垄断。
P-NET,系统简单,便宜,再开发简易,扩展性好;但响应较慢,支持厂商较少。
SwiftNET,安全性好,速度快。
CAN,采用短帧,抗干扰能力强,速度较慢,协议芯片内核由国外厂商垄断。
LonWorks,支持OSI七层协议,实际应用较多,开发平台完善,协议芯片内核由国外厂商垄断。
4、简述底层自动化网络的特点?
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。
5、为什么目前没有统一现场总线的标准,若要统一标准存在哪些问题?
答:
:
(1)某些大公司由于早期投入大量资金使得现场总线产品问世较早,一旦国际标准与其技术不符,其投入的大量资金必然化为乌有,因此他们不得不尽力争取成为国际标准。
(2)各种现场总线开发组织都受到国际上一些处于垄断地位的跨国公司的支持,而他们开发的却是打破垄断、全面开放的现场总线,这本身就是一对矛盾。
(3)IEC事多极化组织,其代表来自各个国家的一些大公司,根据IEC有关章程,统一的国际组织需要得到75%以上有投票资格国家的赞成。
(4)统一的现场总线国际标准之所以难以制定,其技术原因在于使用一种技术方案满足不同用户千差万别的需求,的确是件很难得事,更何况到目前为止,还没有哪种总线在技术上占有绝对优势。
统一存在的问题:
多标准共存与开放性相背离,多标准共存难以体现现场总线的互操作性,现场总线的局限性,多标准共存阻碍现场总线技术的推广。
6、物联网基本特点。
答:
(1)全面感知:
利用RFID、传感器、二维码,及其它各种的感知设备随时随地的采集各种动态对象,全面感知世界。
(2)可靠的传送:
利用以太网、无线网、移动网将感知的信息进行实时的传送。
(3)智能控制:
对物体实现智能化的控制和管理,真正达到了人与物的沟通。
7、指出物联网发展存在的一些主要问题。
答:
(1)基础物联网多系统集成问题
(2)技术标准问题,网络层互联网:
有TCP/IP协议;接入层面协议类别多:
GPRS、传感器、TD-SCDMA、有线等多种通道;物联网是基于网络的多种技术的结合,应该有相关协议标准做支撑。
(3)地址问题:
每个物品都需要在物联网中被寻址,就需要解决地址问题。
(4)多种做技术融合问题:
传感器技术,射频识别技术,通信技术,控制技术,智能技术等技术的融合问题。
(5)行业融合难度大(6)缺乏统一技术标准
(7)缺乏可持续商业模式(8)政策环境有待健全
8、常用的现场总线中分别找出哪个传输速率最快、距离最远、协议层次最多和传输介质最多的现场总线。
答:
CAN总线、基金会现场总线FF、PROFIBUS、Lonworks、ControlNet、WorldFIP、Interbus总线等。
传输速率最快:
PROFIBUS距离最远:
CAN总线
协议层次最多:
Lonworks(7层)传输介质最多:
CAN总线
传输速率最快是ProfibusDP/EMS,协议层次最多是LonWorks,
9、物联网产业链可以细分为哪四个环节,每个环节的关键技术分别什么?
答:
物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节,每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和运营商的无线传输网络。
10、物联网的核心技术是哪几方面?
。
答:
四个关键应用技术:
RFID、传感器、智能技术与纳米技术
a)感知:
传感器技术(传感器精度等,可参考Auto-ID实验室的技术成果);
b)传输:
无线传输技术(低功耗、自适应、传输协议);
c)应用:
数据处理(分布式、云计算、数据挖掘)、上层业务解决方案、信息安全
11、MEMS传感器概念、特点及应用。
答:
MEMS传感器就是用微纳工艺制作的具有传感功能的微型系统器件,主要优势在于体积小、大规模量产后成本下降快,目前主要应用在汽车和消费电子两大领域。
12、你认为物联网在哪些方面发展最快?
在哪些方面潜力最大?
在哪些方面最需要?
答:
发展最快:
银行、交通、手机、运输、商业。
潜力最大:
电网、商业、物流。
最需要:
安全
13、简述总线寻址的种类与特点。
答:
(a)物理寻址用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者。
(b)逻辑寻址用于指定存储单元的某一个通用区,而并不顾及这些存储单元在设备中的物理分布。
(c)广播寻址广播寻址用于选择多个响应者。
14、总线操作的基本内容有哪些?
答:
(1)总线操作
总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction),或者叫做一次总线操作。
“脱开”(disconnect)是指完成数据传送操作以后,命令者断开与响应者的连接。
(2)总线传送
“读”(read)数据操作是读来自响应者的数据;“写”(write)数据操作是向响应者写数据。
读写操作都需要在命令者和响应者之间传递数据。
(3)请求通信
通信请求是由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号,要求后者给予注意并进行某种服务。
它们有可能要求传送数据,也有可能要求完成某种动作。
(4)寻址
命令者与从设备建立联系的总线操作。
有三种方式:
(a)物理寻址用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者。
(b)逻辑寻址用于指定存储单元的某一个通用区,而并不顾及这些存储单元在设备中的物理分布。
(c)广播寻址广播寻址用于选择多个响应者。
(5)总线仲裁
总线传送信息的操作中可能发生“冲突”(contention)。
需进行总线占有权“仲裁”(arbitration)。
总线仲裁用于裁决哪个主设备是下一个占有总线的设备。
总线仲裁操作和数据传送操作是完全分开且并行工作的,因此总线占有权的交接过程不会耽误总线操作。
(6)总线定时
总线操作用“定时”(timing)信号进行同步。
定时信号用于指明总线上的数据和地址在什么时刻是有效的。
定时信号有异步和同步两种。
(7)出错检测
总线上传送信息时会因噪声和干扰而出错,高性能总线设有出错码产生和校验机构。
(8)容错
总线传送信息出错时,如何减少故障对系统的影响,提高系统的重配置能力是十分重要的。
故障对分布式仲裁的影响就比菊花链式仲裁小。
后者在设备出故障时,会直接影响它后面设备的工作。
总线系统应能支持软件利用一些新技术,如动态重新分配地址,把故障隔离开来,关闭或更换故障单元。
刚哥的答案二:
总线操作的基本内容有总线上发送者与接受者之间的连接、数据传送和脱开。
15、常用的模拟数据编码方式和数字数据编码的概念、种类和特点。
P22-25
答:
概念:
采用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态,称为模拟数据编码。
用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态,称为数字数据编码。
种类及特点:
模拟数据编码有幅值键控、频移键控、相移键控三种。
幅值键控的特点:
载波信号的频率、相位不变,
幅度随调制信号变化。
频移键控的特点:
载波信号的频率随着调制信号而变化,而载波信号的幅度、相
位不变。
相移键控的特点:
载波信号的相位随着调制信号而变化,而载波信号的幅度、频率不变。
数字数据编码的种类和特点(a)平衡、归零、双极性。
在这种方式中,信号包括两种极性的脉冲,在脉冲
间保留一定的空闲间隔。
主要用于低速传输,其优点是比较可靠。
(b)平衡、不归零、单极性。
它能够比
较有效地利用信号的带宽。
(c)平衡、归零、单极性。
该方式具有对称形式,在每个比特期间均有跳变。
(d)非平衡、归零、单极性。
这种方式除了“0”脉冲被取消之外,其余与(a)的形式相同。
(e)非平衡、
归零、双极性。
此方式与(d)形式的区别在于:
每相邻脉冲的极性总是交替变化的。
此方式有助于差错
检测,通常用于高速传输。
(f)非平衡、归零、变形双极性。
此方式与(e)形式的区别在于:
只有在出现
相邻的“1”信号时,脉冲极性才发生变化。
由于进一步减小了脉冲之间的干扰,所以有助于较好地利用
信道带宽。
(g)非平衡、不归零、单极性。
这种方式是凡是遇到“1”,脉冲幅值便发生变化。
(h)非平衡、
不归零、双极性。
这里的“0”用零电平表示,而“1”用双极性形式表示。
当两个“1”之间的“0”是
奇数个时,“1”的脉冲极性发生变化,否则保持相同极性。
16、信源编码与信道编码(信号带宽与信道带宽)。
P20
答:
信号中所含有的频率分量的集合称为频谱。
信号带宽即信号频谱所占有的频率宽度。
信道带宽指信道容许通过的物理信号的频率范围,即容许通过的信号的最高与最低频率之差。
信道带宽取决于传输介质的物理特性和信道中通信设备的电气特性。
17、通信系统的性能指标主要有哪些?
其公式的意义如何?
18-21
答:
通信的任务是传递信息,因而信息传输的有效性和可靠性是通信系统最主要的性能指标。
数据的位传输速率可有S=(1/T)求得。
T为数据信号周期。
n为信号的有效状态。
由于信号只包含两种数据状态,即n=2,这时公式可化为S=1/T。
衡量数字通信系统可靠性的指标是误码率Pe,Ne为传输出错的码元数,N为传输的二进制码元总数。
Pe=Ne/N。
理论上只有N–>00时,该比值才能趋近于误码率。
17、通信中的同步与异步方式,位、字与帧同步。
26-27
答:
通信中的同步传输:
所有设备都使用一个共同的时钟,这个时钟可以是参与通信的那些设备或器件中的一台产生的,也可以是外部时钟信号源提供的。
异步传输:
每个通信节点都有自己的时钟信号。
每个通信节点必须在时钟频率上保持一致,并且所有的时钟必须在一定误差范围内相吻合。
传输同步分为位同步、字符同步和帧同步。
位同步:
为了保证数据的准确传输,要求接受端与发送端的定时信号频率相同,并使数据信号与定时信号间保持固定的相位关系。
数据通信系统中最基本的收发两端的时钟同步,就是位同步。
字符同步:
在通信中,其发送接收通常以字符作为一个独立的整体,因而需要按字符同步。
字符同步可将字符组织成组后连续传送,每个字符内不加附加位,在每组字符之前加上一个或多个同步字符。
在传输开始时用同步字符使收发双方进入同步。
帧同步:
数据帧发送时,收发双方以帧头帧尾为特征实行同步的工作方式。
18、简述通信线路的工作方式与信号传输模式的分类与特点。
28-29
答:
通信线路主要有三种工作方式,即单工通信、半双工通信、全双工通信。
信号的传输模式有基带传输、载波传输、宽带传输。
基带传输的特点:
在基本不改变数据信号频率的情况下,直接按基带信号进行的传输。
载波传输的特点:
按幅值键控,频移键控、相移键控等不同方式,依照要承载的数据改变载波信号的幅值、频率、相位,形成的调制信号,载波信号承载数据后的信号传输过程。
宽带传输的特点;同一介质上可以传输多个频带的信号的传输方式。
19、数据交换的分类与特点、虚电路交换的原理与特点。
答:
数据交换可以分为:
电路交换、报文交换和分组交换。
电路交换原理与电话交换原理基本相同。
电路交换的缺点是电路的利用率低,双方在通信过程中的空闲时间,电路不能得到充分利用。
报文交换的原理是当发送方的信息到达报文交换用的计算机时,先存放在外存储器中,待中央处理机分析报头,确定转发路由,并选到与此路由相应的输出电路上进行排队,等待输出。
一旦电路空闲,立即将报文从外存储器取出后发出,这就提高了这条电路的利用率。
报文交换虽然提高了电路的利用率,但报文经存储转发后会产生较大的时延。
分组交换也是一种存储转发交换方式,但与报文交换不同,它是把报文划分为一定长度的分组,以分组为单位进行存储转发。
这就不但具备了报文交换方式提高电路利用率的优点,同时克服了时延大的缺点。
虚电路又称为虚连接或虚通道,虚电路交换是分组交换的两种传输方式中的一种。
在通信和网络中,虚电路是由分组交换通信所提供的面向连接的通信服务。
在两个节点或应用进程之间建立起一个逻辑上的连接或虚电路后,就可以在两个节点之间依次发送每一个分组,接受端收到分组的顺序必然与发送端的发送顺序一致,因此接受端无须负责在收集分组后重新进行排序。
虚电路协议向高层协议隐藏了将数据分割成段,包或帧的过程。
20、三类错误(突发错误、随机错误)的特点
答:
单比特错误的特点:
在单位数据域内只有一个数据位出错的情况。
多比特错误的特点:
在单个数据域内有一个以上不连续的数据位出错的情况。
突发错误的特点:
在单位数据域内有2个或2个以上连续的数据位出错的情况。
21、差错控制方法有哪两大类,常用的现场总线检错有哪些?
33/30-31
答:
差错控制方法有差错检测和差错校正。
常用的现场总线检错有奇偶检错、求和校验、纵向冗余校验LRC、循环冗余校验。
22、控制网络的特点与拓扑结构。
39-43
答:
控制网络的特点:
以具有通信能力的传感器、执行器、测控仪表作为网络节点,以现场总线作为通信介质,连接成开放式、数字式、多节点通信,完成测量控制任务的网络。
控制网络的拓扑结构有环形、星形、总线形和树形。
23、几种网络的传输介质的特点。
43-46
答:
双绞线的特点:
由按规则螺旋结构排列的两根或四根绝缘线组成,一对线可以作为一条通信线路。
多用于点对点连接,也可用作多点连接。
价格较低,安装、维护方便。
同轴电缆的特点:
由内导体、外导体、绝缘层及外部保护层组成。
它支持点对点连接,也支持多点连接,抗干扰能力强,价格适中,维护方便。
光缆的特点:
低损耗、宽频带、高数据传输速率、低误码率、安全保密性好。
24、简述介质访问的控制方式的分类与作用,现场总线采用哪种方式。
47-50
答:
介质访问控制方式有三种载波监听多路访问/冲突检测、令牌、时分复用。
载波监听多路访问/冲突检测广泛应用于计算机局域网中。
令牌的作用:
CSMA的访问产生冲突的原因是由于各节点发起通信是随机的。
为了避免产生冲突,可采取某种方式控制通信的发起者或发起时间。
令牌访问就是其中的一种。
时分复用的作用可以避免设备工作时的相互干扰,减少信道资源的浪费。
现场总线采用主/从、令牌总线、并行时间多路存取等受控的介质访问控制方式。
25、CSMA/CD的特点,简述三种CSMA坚持退避算法。
47
答:
CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect)即载波监听多路访问/冲突检测方法。
它的工作原理是:
发送数据前先侦听信道是否空闲,若空闲则立即发送数据.在发送数据时,边发送边继续侦听.若侦听到冲突,则立即停止发送数据.等待一段随机时间,再重新尝试.当出现线路冲突时,如果冲突的各站点都采用同样的退避间隔时间,则很容易产生二次、三次的碰撞。
因此,要求各个站点的退避间隔时间具有差异性。
这要求通过退避算法来实现。
截断的二进制指数退避算法(退避算法之一):
当一个站点发现线路忙时,要等待一个延时时间M,然后再进行侦听工作。
延时时间M以以下算法决定:
M=0~2k次方减一之间的一个随机数乘以512比特时间(例如对于10Mbps以太网,为51.2微秒),k为冲突(碰撞)的次数,M的最大值为1023,即当k=10及以后M始终是0~1023之间的一个随机值与51.2的乘积,当k增加到16时,就发出错误信息。
②特殊阻塞信息:
是一组特殊数据信息。
在发送数据后发现冲突时,立即发送特殊阻塞信息(连续几个字节的全1,一般为32-48位),以强化冲突信号,使线路上站点可以尽早探测得到冲突的信号,从而减少造成新冲突的可能性。
③冲突检测时间>=2α:
α表示网络中最远两个站点的传输线路延迟时间。
该式表示检测时间必须保证最远站点发出数据产生冲突后被对方感知的最短时间。
在2α时间里没有感知冲突,则保证发出的数据没有产生冲突。
(只要保证检测2α时间,没有必要整个发送过程都进行检测)
④X-坚持的CSMA算法:
当在侦听中发现线路空闲时,不一定马上发送数据,而采用X-坚持的CSMA算法决定如何进行数据发送:
非坚持的CSMA:
线路忙,等待一段时间,再侦听;不忙时,立即发送;减少冲突,信道利用率降低。
1坚持的CSMA:
线路忙,继续侦听;不忙时,立即发送;提高信道利用率,增大冲突:
p坚持的CSMA:
线路忙,继续侦听;不忙时,根据p概率进行发送,另外的1-p概率为继续侦听(p是一个指定概率值)。
26、令牌访问控制方式的分类、特点和作用。
48
答:
令牌访问控制方式分为令牌环访问控制方式和令牌总线访问控制方式。
令牌环只适用于环形拓扑结构的局域网。
其主要原理是:
使用一个称之为“令牌”的控制标志(令牌是一个二进制数的字节,它由“空闲”与“忙”两种编码标志来实现,既无目的地址,也无源地址),当无信息在环上传送时,令牌处于“空闲”状态,它沿环从一个工作站到另一个工作站不停地进行传递。
当某一工作站准备发送信息时,就必须等待,直到检测并捕获到经过该站的令牌为止,然后,将令牌的控制标志从“空闲”状态改变为“忙”状态,并发送出一帧信息。
其他的工作站随时检测经过本站的帧,当发送的帧目的地址与本站地址相符时,就接收该帧,待复制完毕再转发此帧,直到该帧沿环一周返回发送站,并收到接收站指向发送站的肯定应签信息时,才将发送的帧信息进行清除,并使令牌标志又处于“空闲”状态,继续插入环中。
当另一个新的工作站需要发送数据时,按前述过程,检测到令牌,修改状态,把信息装配成帧,进行新一轮的发送。
令牌环控制方式的优点是它能提供优先权服务,有很强的实时性,在重负载环路中,“令牌”以循环方式工作,效率较高。
其缺点是控制电路较复杂,令牌容易丢失。
但IBM在1985年已解决了实用问题,近年来采用令牌环方式的令牌环网实用性已大大增强。
令牌总线主要用于总线形或树形网络结构中。
它的访问控制方式类似于令牌环,但它是把总线形或树形网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列形成一个逻辑环。
只有令牌持有者才能控制总线,才有发送信息的权力。
信息是双向传送,每个站都可检测到其它站点发出的信息。
在令牌传递时,都要加上目的地址,所以只有检测到并得到令牌的工作站,才能发送信息,它不同于CSMA/CD方式,可在总线和树形结构中避免冲突。
这种控制方式的优点是各工作站对介质的共享权力是均等的,可以设置优先级,也可以不设;有较好的吞吐能力,吞吐量随数据传输速率增高而加大,连网距离较CSMA/CD方式大。
缺点是控制电路较复杂、成本高,轻负载时,线路传输效率低。
27、不同层次的网络连接设备有哪些?
简述其功能。
56-60
答:
常见的网络互连设备有中继器、网桥、路由器、网关。
中继器是最简单的属于物理层的网络互连设备,连接同一个网络的两个或多个网段。
其主要作用是延长电缆或灌篮的传输距离,也可用于增加网段上挂接的几点数量。
网桥将两个相似的网络连接起来,并对网络数据的流通进行管理。
它工作于数据链路层,不但能扩展网络的距离或范围,而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。
路由器工作在物理层、数据链路层和网络层。
路由器是用于连接多个逻辑上分开的网络。
对用户提供最佳的通信路径,路由器利用路由表为数据传输选择路径,路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单,路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。
路由器可进行数据格式的转换,成为不同协议之间网络互连的必要设备。
网关,又叫协议转换器,可以支持不同协议之间的转换,实现不同协议网络之间的互连。
主要用于不同体系结构的网络或者局域网与主机系统的连接。
28、数据链路层与的含义与主要功能。
53
答:
数据链路层是OSI参考模型中的第二层,介乎于物理层和网络层之间。
链路层是为网络层提供数据传送服务的,这种服务要依靠本层具备的功能来实现。
链路层应具备如下功能:
① 链路连接的建立,拆除,分离。
② 帧定界和帧同步。
链路层的数据传输单元是帧,协议不同,帧的长短和界面也有差别,但无论如何必须对帧进行定界。
③ 顺序控制,指对帧的收发顺序的控制。
④ 差错检测和恢复。
29、简述RS-232与RS-485物理接口的特点与主要区别。
答:
RS232接口是一种用于近距离(最大30-60米)、慢速度、点对点通讯的通讯协议,在RS232中一个信号只用到一条信号线,采取与地电压参考的方式,因而在长距离传输后,发送端和接收端地电压有出入,容易造成通讯出错或速度降低。
RS485/422接口采用不同的方式:
每个信号都采用双绞线(两根信号线)传送,两条线间的电压差用于表示数字信号。
例如把双绞线中的一根标为A(正),另一根标为B(负),当A为正电压(通常为+5V),B为负电压时(通常为0),表示信号“1”;反之,A为负电压,B为正电压时表示信号“0”。
RS485/422允许通讯距离可达到1200米,采用合适的电路可达到2.5MB/s的传输速率。
RS422与RS485采用相同的通讯协议,但有所不同:
RS422通常作为RS232通讯的扩展,它采用两根双绞线,数据可以同时双向传递(全双工)。
RS485则采用一根双绞线,输入输出信号不能同时进行(半双工),RS485可用于多点通讯,一条信号线上可连接多个设备,它通常采用主/从结构。
30、简述常用现场总线的通信模型的特点与层
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