P-NET：多主站、多网络系统的现场总线
日期：2010-3-9 13:45:16 点击：
来源：中国传动网
作者： 未知
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P-NET现场总线体系结构
P-NET现场总线由丹麦Process-Data Sikebory Aps公司从1983年开始开发，是由丹麦的几家自动化系统公司、大学与"美国物理学会"（APS）在丹麦联合开发的。随后这项技术在丹麦逐渐成熟，并且投入实际运行。为了使这项技术迅速推向世界，在丹麦成立了“美国物理学会国际P-NET用户组织”，由这个组织负责此项技术的标准化和技术推广工作。经过"美国物理学会国际P-NET用户组织"的全力工作，P-NET协议也于1996年成为了欧洲标准EN 50170一1，从而确立了这项技术的国际地位。 P-NET技术主要应用于啤酒、食品、农业和饲养业，它得到P-NET用户组织的支持，在现场大约有5000多个应用系统。
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够实现网上互连，它允许在几个总线区直接寻址，无需递阶网络结构。该总线通信协议包括1、2、3、4和7层，并利用信道机构定义用户层。通信采用虚拟令牌（virtual token）传递方式，主站发送一个请求，被寻址的从站在390μs内立即返回一个响应，只有存放到从站内存中的数据才可被访问。每个站节点都含有一个通用的单芯片微处理机，配套的2KB EPROM不仅可用作通信，而且可用于测量、标定、转换和应用功能。P-NET接口芯片执行数据链路层的所有功能，第3层和第4层的功能由宿主处理器中的软件解决。该总线物理层基于RS-485标准，使用屏蔽双绞线电缆，传输距离1.2km，应用NRZ编码异步传输。
P-NET协议的结构：
欧洲标准EN50170出版于1996年，它采用多种总线并行的结构，定义了三种不同类型的总线协议，由代表欧洲水平的三大类总线：丹麦的P- NET、德国的Profibus和法国的WORLDFIP组成。欧标EN50170.vol.1是P-NET协议。
EN50170.vol.1（P-NET）采用ISO/OSI参考模型中的1，2，3，4，7层，各层的功能如下：
物理层：定义了在网络上传输原始数据位的形式，它描述了电气接口、波特率、线缆等。
数据链路层：控制总线存取，包括多主站存取；生成和识别帧届与节点地址；执行传输错误控制。
网络层：在链路层和服务层之间传输“包”，并执行网关功能。
服务层：编制全局变量结构化信息表，即：软接线表。用软接线表序号指示变量。
应用层：存取软接线表中的结构化变量，执行用户需要的各项任务。
P-NET现场总线技术特点
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总线实施全数字化传输，除了传输通常的测量值和状态数据之外，总线还提供了信息的双向数据交换，处理限定值、执行器定位和反馈信号、故障信号和内部系统数据。
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。
P-NET系统的主要特点可归纳为以下两点：
1） 结构简单、价格便宜
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。
P-NET总线访问采用一种“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，它的原理是：通过主控器中的访问计数器和空闲总线位周期计数器确定令牌的持有者和持有令牌的时间。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。这一特点不仅说明它结构简单，而且说明它更易于开发和转化。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总线主要特征。
2） 易于扩展
P-NET总线结构简单，系统开放，给用户留有充分的扩展空间。它的总线管理系统VIGO是一种OLE自动化服务器，可以很方便地与适应OLE自动化的标准应用相结合，例如：Excel和Access。此外，用户通过面向对象语言，如：Visual Basic, Delphi, Visual C++等设计扩展应用时，可以将总线装置作为对象使用，并可将单独的外部测量像内部变量一样使用。同时它还允许通过支持WINDOWS的任意网络，在工作站、PC和服务器之间传递面向对象的数据。这使得总线数据可以在整个管理系统或Intranet中显示和控制。
实际上，VIGO现场总线管理系统十分类似于目前流行的LINUX操作系统，它提供了一个强大的链接环境，任何用户需要的应用程序都可以通过标准接口挂接在它的平台上。P-NET这种易于扩展的特性是其他总线系统无法比拟的。
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P-NET现场总线体系结构
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P-NET现场总线由丹麦Process-Data Sikebory Aps公司从1983年开始开发，是由丹麦的几家自动化系统公司、大学与"美国物理学会"（APS）在丹麦联合开发的。随后这项技术在丹麦逐渐成熟，并且投入实际运行。为了使这项技术迅速推向世界，在丹麦成立了“美国物理学会国际P-NET用户组织”，由这个组织负责此项技术的标准化和技术推广工作。经过"美国物理学会国际P-NET用户组织"的全力工作，P-NET协议也于1996年成为了欧洲标准EN 50170一1，从而确立了这项技术的国际地位。 P-NET技术主要应用于啤酒、食品、农业和饲养业，它得到P-NET用户组织的支持，在现场大约有5000多个应用系统。
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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够实现网上互连，它允许在几个总线区直接寻址，无需递阶网络结构。该总线通信协议包括1、2、3、4和7层，并利用信道机构定义用户层。通信采用虚拟令牌（virtual token）传递方式，主站发送一个请求，被寻址的从站在390μs内立即返回一个响应，只有存放到从站内存中的数据才可被访问。每个站节点都含有一个通用的单芯片微处理机，配套的2KB EPROM不仅可用作通信，而且可用于测量、标定、转换和应用功能。P-NET接口芯片执行数据链路层的所有功能，第3层和第4层的功能由宿主处理器中的软件解决。该总线物理层基于RS-485标准，使用屏蔽双绞线电缆，传输距离1.2km，应用NRZ编码异步传输。
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P-NET协议的结构：
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欧洲标准EN50170出版于1996年，它采用多种总线并行的结构，定义了三种不同类型的总线协议，由代表欧洲水平的三大类总线：丹麦的P- NET、德国的Profibus和法国的WORLDFIP组成。欧标EN50170.vol.1是P-NET协议。
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EN50170.vol.1（P-NET）采用ISO/OSI参考模型中的1，2，3，4，7层，各层的功能如下：
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物理层：定义了在网络上传输原始数据位的形式，它描述了电气接口、波特率、线缆等。
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数据链路层：控制总线存取，包括多主站存取；生成和识别帧届与节点地址；执行传输错误控制。
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网络层：在链路层和服务层之间传输“包”，并执行网关功能。
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服务层：编制全局变量结构化信息表，即：软接线表。用软接线表序号指示变量。
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应用层：存取软接线表中的结构化变量，执行用户需要的各项任务。
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P-NET现场总线技术特点
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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。
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P-NET总线实施全数字化传输，除了传输通常的测量值和状态数据之外，总线还提供了信息的双向数据交换，处理限定值、执行器定位和反馈信号、故障信号和内部系统数据。
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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。
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P-NET系统的主要特点可归纳为以下两点：
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1） 结构简单、价格便宜
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P-NET总线访问采用一种“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，它的原理是：通过主控器中的访问计数器和空闲总线位周期计数器确定令牌的持有者和持有令牌的时间。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。
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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。这一特点不仅说明它结构简单，而且说明它更易于开发和转化。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。
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“小系统，低成本”是P-NET总线主要特征。
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2） 易于扩展
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P-NET总线结构简单，系统开放，给用户留有充分的扩展空间。它的总线管理系统VIGO是一种OLE自动化服务器，可以很方便地与适应OLE自动化的标准应用相结合，例如：Excel和Access。此外，用户通过面向对象语言，如：Visual Basic, Delphi, Visual C++等设计扩展应用时，可以将总线装置作为对象使用，并可将单独的外部测量像内部变量一样使用。同时它还允许通过支持WINDOWS的任意网络，在工作站、PC和服务器之间传递面向对象的数据。这使得总线数据可以在整个管理系统或Intranet中显示和控制。
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实际上，VIGO现场总线管理系统十分类似于目前流行的LINUX操作系统，它提供了一个强大的链接环境，任何用户需要的应用程序都可以通过标准接口挂接在它的平台上。P-NET这种易于扩展的特性是其他总线系统无法比拟的。
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