P-NET现场总线技术

　　1、P-NET简介(IntroducTIon of P-NET)

　　P-NET现场总线技术由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。P-NET采用主从制，但有多个主站。多主站现场总线的第一个产品在1984年开发出来，多网络和多端口功能于1986年增加到协议范围中。

　　2、P-NET主要特点(Main characterisTIc)

　　P-NET是一种多主控器主从式总线(每段最多可容纳32个主控器)，使用屏蔽双绞线电缆RS485，每段总线最长1200米，每段最多可联结125个设备，总线分段之间使用中继器,数据以NRZ编码异步式传输，传输速率76.8kbit/s。

　　P-NET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，如图1所示。与传统布线相比，P-NET现场总线技术在工业控制中具有相当的优势，它大大简化了设计和安装，减少了布线的数量和费用，降低了各种设备故障发生的可能性，实现更直接也更广泛的使用功能。

　　P-NET总线只提供了一种传输速率，它可以同时应用在一个复杂工厂自动化系统的几个层次上，而各层次的传输速率保持一致。这样构成的多网络结构使各层次之间的通信不需要特殊的耦合器，几个总线分段之间可实现直接寻址。任何P-NET模块，包括主站，可以与总线联接或断开，而不影响总线的其它部分。这样一来，模块在系统运行时可以互换，而且在系统持续运行时可以对系统进行扩展。

　　图1 P-NET总线连接图

　　P-NET总线访问采用 “虚拟令牌传递”的方式，总线访问权通过虚拟令牌在主控器之间循环传递。这种令牌传递方式是一种基于时间的循环机制，不同于采用实报文传递令牌的方式。它与报文传递令牌方式相比节省了主控器的处理时间，提高了总线的传输效率，而且它不需要任何总线仲裁的功能。

　　P-NET不采用专用芯片，它对从属器的通信程序仅需几千字节的编码。由于P-NET采用同一微处理器控制节点的主要任务和通信功能，所以它比独立芯片/微处理器结构节省了选择波特率和设置节点地址的dip开关。“小系统，低成本”是P-NET总线的主要特征。

　　P-NET系统可用于把参数和程序下装到模块，从而对过程进行控制，系统还可以自动检查现场设备和电缆的故障。与传统的DCS系统相比，它的优势在于：简化了设计与安装;降低了电缆用量与成本;减少了安装与维护成本;使将来系统的扩展更为方便;智能化P-NET传感器和执行器还提供了比传统线路更优越的诊断特性。

　　3、P-NET体系结构(System structure)

　　3、1　P-NET系统结构

　　P—NET总线系统采用OSI“开放系统互连”参考模型的第1，2，3，4，7层，并利用信道结构定义用户层。

　　第一层物理层：定义了在网络上传输原始数据位的形式，在这一层描述了系统的电气接口、波特率、线缆等。

　　第二层数据链路层：控制总线的存取;生成和识别帧界，识别节点地址;执行传输过程中的错误监测功能;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。

　　第三层网络层：实现数据链路层与服务层的信息传输，并执行网关的功能。网络层就象是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，或返回原节点。

　　第四层服务层：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;二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。

　　3、2　P-NET网络结构

　　P-NET现场总线是一种多主站，多网络系统。总线采用分段结构，每个总线分段上可以连接多个主站，主站之间通过接口能实现网上互连。P-NET现场总线系统的多网络结构如图1所示。

　　图2 P-NET多网络结构

　　过去为工厂设计自动化的基本思路是：先把传感器和执行器用一根现场总线联起来，然后将现场总线接到一个单元控制器上形成一个子系统，这样许多相似的子系统再用一个高速的主干总线联起来，送到一个强大的计算机中做为终止。所以总线原则上分两个等级，一个由若干条低速的现场总线构成，另一个由高速总线把低速总线联起来，高速和低速总线的技术和结构都是不同的。

　　P-NET打破了这两个不同的等级而把它们平等起来，尽量减少高速低速的等级之分。根据现在的技术，较高级上对快速数据传输速率的要求已经减少，更多的智能被分散了，采取将信息处理分散化的更加明智的办法，就是P-NET的特点。它可以用于一个全厂自动控制系统的各个层面上，按照工厂的每一个部分，把一个自控系统分成几个单元，使每个单元具有这样的性质：当这个单元关闭时，整个系统不受影响，程序的执行可以分散地在每一个单元的一个或几个处理器中独立进行。一个独立的单元与其它单元交换数据的需求很有限，在一个单元中的一个软件或硬件错误将不影响其它单元。

　　在具有实分布智能的系统中，附加的处理能力总是可以通过附加主站的形式来实现，所以这样一个系统是可以扩展的。在各种可行的现场总线系统中，只有P-NET允许在几个总线分段上直接寻址，这又称为多网络结构。这种特性是P-NET协议中一个特殊的部分，而且它可以被装入多端口控制器的标准操作系统。

　　通信通过具有两个或更多的P-NET接口的节点在不同的总线分段上直接传输。这意味着在一个总线分段上的任何主站可以“透明”地访问任何其它分段上的任何节点，而不需要在多端口主站中有特殊的程序。把一个系统分割为小的部分的益处是非常明显的，因为它可以将错误产生的影响限制在一单独的分段内，从而保证更高的系统安全性。不仅如此，这些多网络的特性提供了一种自然的冗余，这使得整个系统具有很强的容错性。