P-NET现场总线技术的结构、系统特点、运行模式及应用
1 引 言
P-NET现场总线技术由丹麦Proces-Data A／S公司研究并开发，是一种全世界通用的开放型标准化总线。它可以将生产过程的各个部分，如过程控制计算机、传感器、执行器、I／O模块、小型可编程控制器等，通过共用一根双芯电缆加以连接。与传统布线相比，P-NET现场总线技术在工业控制应用中具有很大的优势，它将简化设计和安装，减少布线的数量和费用，避免各种设备故障的发生，实现更直接也更广泛的使用功能。
2 网络系统
P-NET是一种多层网络结构，如图1所示。
图1 P-NET网络结构图
其特点：
（1） 多层的网络结构，方便系统组态，提高系统的安全性和冗余性。
（2） 分散控制、集中管理的控制方式，符合现代控制理论。
（3） 各分系统间彼此独立工作，又互相协调，共享资源。
（4） 较高的数据更新速度和传输速度，提高系统控制的实时性。
（5） 无须建立各区段总线间的层次关系，方便了系统扩展，提供了系统的开放性。
3 系统结构
P-NET现场总线系统结构层次（layer）可以根据“开放系统接线参考模式”拟定并加以描述，如图2所示。
图2 P-NET开放系统接线参考模式
一般来说，P-NET只需建1、2、7层，但既然P-NET具有多重网络的结构特点，协议也应完成第3、4层的组建。
第一层用于在总线上传输原始字节，它可用于指定线缆，或说明总线上数字信号的含义等。
第二层用于实现多主机特性，将数据整理后送入源地址或目标地址，并进行故障检查。
第三层就象是P-NET的邮局，根据源地址和目的地址接受和发送信息。一条信息可能被要求从一个P-NET网站中送出，或送入另一台P-NET服务器，或送回所要求的设备，或返回该信息说明某个地址未被定义。第二层上还需保留一些必要的地址，以便确定返回信息有路可循。
第四层完成两个不同的任务。一是提供P-NET服务，根据程序从内部存储器中读写数据。第二项任务是记录已发出请求正等待回应的信息数量，当一条请求得到响应时，便被送回源地址。
第七层让应用程序能够访问其他设备变量，这一功能靠发送一个命令块来实现，命令块中包含一些参考消息，内有设备地址等详细资料。
P-NET还具有一些通道结构，可视作系统的第八层。在P-NET中，对相关变量的采集和对单个过程信号的处理，可一起被视作一个过程对象，这就是所谓的通道。
4 运行模式
P-NET的电器规格以RS485标准为基础，使用可屏蔽双芯绞合电缆，可以直接与设备仪器相连，总线接口进行电气隔离。
P-NET是一种极为高效的总线协议。数据将以全过程值（浮点）的形式进行传输。在传输过程中，当数据的首字节一到，主机的辅助设备便启动处理命令，而无须象传统方式那样等到所有信息都传送到才开始执行操作，这一特点使P-NET的数据传输速度高达7.68×105 Bps，极大地提高了系统效率。
P-NET是一种多主机总线，每段总线可容纳32台主机（Master），每台主机享有同等优先权，并且均有相关的辅助设备（Slave）。从P-NET总线上访问数据的方法相当独特，称为“虚拟令牌特性”。简单地说，每一台P-NET主机都有一个设备地址（NA），并包含一个“备用总线二进制周期计数器”，以二进制方式记录总线在备用状态下的周期数，一旦总线启用，计数器便复位为 0 。每一台主机还有一个辅助计数器，每当备用总线周期计数器的值达到40、50、60时，便进一位。当辅助计数器值（令牌）等于某一台主机的设备地址时，该主机就满足了“令牌”要求，被允许访问总线。当这台主机无访问要求或已结束了对总线的访问时，令牌自动转向另一台主机地址。“虚拟令牌特性”缩短了主机处理过程，并且尽量少占用总线容量，使P-NET无须进行任何总线协调，是一种十分高效的访问方式。
在各类现场总线系统中，只有P-NET允许在各部分总线间寻址定址，这是P-NET协议的特征之一。也就是说，一段总线上的任何一个主机，可以毫无阻碍地访问另一段总线的设备，而无须在主机中设置任何特殊程序。
包括主机在内的任何P-NET模块，都可随时与总线连接，或与总线断开，即使在系统运行中也可随时更换模块，或进行系统扩展，对总线系统其他部分无任何干扰。
此外，P-NET有一些重要的辅助模块，除了向整个系统提供输入/输出功能外，还提供从简单的开关控制，到PID调节或编程方法等辅助处理功能，使整个系统构建起局部的控制环和特殊的处理方法。
5 支撑软件
5.1 VIGO现场总线管理系统
VIGO是一种现场总线管理系统，它始终监测着机组中各实际设备间以及它们与总线间的联系，支持Winscket（PC-基础网络）和P-NET现场总线，可在WINDOWS 95下运行。
5.2 PDFLOW数据库程序
PDFLOW用于建立PD 4000／340FLOWmeter-Display的用户数据库。该数据库可为100个用户服务，信息可向PD4000／340下载。PDFLOW数据库以ACCESS 2.0文件格式化的标准数据库为基础，使用时要求具备PD3920模块和VIGO软件。
5.3 打印接口设计程序
用于设计PD4000／340流量计显示器的打印接口，可为PC监控器设计接口线路，然后下载至PD4000／340。定制的接口线路可保存在PC机硬盘中供以后使用。使用时要求具备PD3920模块和VIGO软件。
6 应用
1998年，在由浙江省机电设计研究院总承包的“甬台温高速公路大溪岭—湖雾岭隧道机电工程”中，就将P-NET现场总线技术用于该工程的电力监控系统，取得了良好的效果。
P-NET现场总线技术由丹麦Proces-Data A／S公司研究并开发，是一种全世界通用的开放型标准化总线。它可以将生产过程的各个部分，如过程控制计算机、传感器、执行器、I／O模块、小型可编程控制器等，通过共用一根双芯电缆加以连接。与传统布线相比，P-NET现场总线技术在工业控制应用中具有很大的优势，它将简化设计和安装，减少布线的数量和费用，避免各种设备故障的发生，实现更直接也更广泛的使用功能。
2 网络系统
P-NET是一种多层网络结构，如图1所示。
图1 P-NET网络结构图
其特点：
（1） 多层的网络结构，方便系统组态，提高系统的安全性和冗余性。
（2） 分散控制、集中管理的控制方式，符合现代控制理论。
（3） 各分系统间彼此独立工作，又互相协调，共享资源。
（4） 较高的数据更新速度和传输速度，提高系统控制的实时性。
（5） 无须建立各区段总线间的层次关系，方便了系统扩展，提供了系统的开放性。
3 系统结构
P-NET现场总线系统结构层次（layer）可以根据“开放系统接线参考模式”拟定并加以描述，如图2所示。
图2 P-NET开放系统接线参考模式
一般来说，P-NET只需建1、2、7层，但既然P-NET具有多重网络的结构特点，协议也应完成第3、4层的组建。
第一层用于在总线上传输原始字节，它可用于指定线缆，或说明总线上数字信号的含义等。
第二层用于实现多主机特性，将数据整理后送入源地址或目标地址，并进行故障检查。
第三层就象是P-NET的邮局，根据源地址和目的地址接受和发送信息。一条信息可能被要求从一个P-NET网站中送出，或送入另一台P-NET服务器，或送回所要求的设备，或返回该信息说明某个地址未被定义。第二层上还需保留一些必要的地址，以便确定返回信息有路可循。
第四层完成两个不同的任务。一是提供P-NET服务，根据程序从内部存储器中读写数据。第二项任务是记录已发出请求正等待回应的信息数量，当一条请求得到响应时，便被送回源地址。
第七层让应用程序能够访问其他设备变量，这一功能靠发送一个命令块来实现，命令块中包含一些参考消息，内有设备地址等详细资料。
P-NET还具有一些通道结构，可视作系统的第八层。在P-NET中，对相关变量的采集和对单个过程信号的处理，可一起被视作一个过程对象，这就是所谓的通道。
4 运行模式
P-NET的电器规格以RS485标准为基础，使用可屏蔽双芯绞合电缆，可以直接与设备仪器相连，总线接口进行电气隔离。
P-NET是一种极为高效的总线协议。数据将以全过程值（浮点）的形式进行传输。在传输过程中，当数据的首字节一到，主机的辅助设备便启动处理命令，而无须象传统方式那样等到所有信息都传送到才开始执行操作，这一特点使P-NET的数据传输速度高达7.68×105 Bps，极大地提高了系统效率。
P-NET是一种多主机总线，每段总线可容纳32台主机（Master），每台主机享有同等优先权，并且均有相关的辅助设备（Slave）。从P-NET总线上访问数据的方法相当独特，称为“虚拟令牌特性”。简单地说，每一台P-NET主机都有一个设备地址（NA），并包含一个“备用总线二进制周期计数器”，以二进制方式记录总线在备用状态下的周期数，一旦总线启用，计数器便复位为 0 。每一台主机还有一个辅助计数器，每当备用总线周期计数器的值达到40、50、60时，便进一位。当辅助计数器值（令牌）等于某一台主机的设备地址时，该主机就满足了“令牌”要求，被允许访问总线。当这台主机无访问要求或已结束了对总线的访问时，令牌自动转向另一台主机地址。“虚拟令牌特性”缩短了主机处理过程，并且尽量少占用总线容量，使P-NET无须进行任何总线协调，是一种十分高效的访问方式。
在各类现场总线系统中，只有P-NET允许在各部分总线间寻址定址，这是P-NET协议的特征之一。也就是说，一段总线上的任何一个主机，可以毫无阻碍地访问另一段总线的设备，而无须在主机中设置任何特殊程序。
包括主机在内的任何P-NET模块，都可随时与总线连接，或与总线断开，即使在系统运行中也可随时更换模块，或进行系统扩展，对总线系统其他部分无任何干扰。
此外，P-NET有一些重要的辅助模块，除了向整个系统提供输入/输出功能外，还提供从简单的开关控制，到PID调节或编程方法等辅助处理功能，使整个系统构建起局部的控制环和特殊的处理方法。
5 支撑软件
5.1 VIGO现场总线管理系统
VIGO是一种现场总线管理系统，它始终监测着机组中各实际设备间以及它们与总线间的联系，支持Winscket（PC-基础网络）和P-NET现场总线，可在WINDOWS 95下运行。
5.2 PDFLOW数据库程序
PDFLOW用于建立PD 4000／340FLOWmeter-Display的用户数据库。该数据库可为100个用户服务，信息可向PD4000／340下载。PDFLOW数据库以ACCESS 2.0文件格式化的标准数据库为基础，使用时要求具备PD3920模块和VIGO软件。
5.3 打印接口设计程序
用于设计PD4000／340流量计显示器的打印接口，可为PC监控器设计接口线路，然后下载至PD4000／340。定制的接口线路可保存在PC机硬盘中供以后使用。使用时要求具备PD3920模块和VIGO软件。
6 应用
1998年，在由浙江省机电设计研究院总承包的“甬台温高速公路大溪岭—湖雾岭隧道机电工程”中，就将P-NET现场总线技术用于该工程的电力监控系统，取得了良好的效果。
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