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P-NET现场总线技术分析与应用

作者:冯金光 周华平2006.03.10阅读 6093

    摘要:本文对P-NET现场总线进行了介绍控制工程网版权所有,从P-NET的历史谈起控制工程网版权所有,重点阐述了P-NET总线的主要特点、体系结构、通信原理和访问控制过程,最后对P-NET进行了总结并对其发展前景进行了展望。

     关键词:P-NET,现场总线,虚拟令牌

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的设想出现于1983年的丹麦,比其它总线更早。由于P-NET采用通用的硬件和软件,所以它的改进与升级都比较快,其中有些性能超过了Profibus,例如虚拟令牌传递比Profibus的实际报文信息传递节省很多信道容量。

    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,第一个运行的P-NET多端口产品

生产于1987年,P-NET标准在1989年成为一个开放和完整的标准适用于各个国家。由于用户对P-NET的兴趣不断增加www.cechina.cn,国际P-NET用户组织在一年后成立。而现在的欧洲标准EN50170第一卷是P-NET,第二卷是Profibus,第三卷是WorldFIP。

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控制工程网版权所有,而且在系统持续运行时可以对系统进行扩展。

P-NET现场总线技术分析与应用如图


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1CONTROL ENGINEERING China版权所有,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。

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