P-NET现场总线技术分析与应用

1、 现场总线相关概念现场总线相关概念通用现场总线网络结构图 按照国际电工委员会IEC/SC65C的定义，安装在制造或过程区域的现场装置与控制室的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线称为现场总线。 根据使用场合和用途不同，现场总线又分为H1低速现场总线和H2高速现场总线。H1和H2总线相辅相成构成了完整的工业自动化系统信息通信网络。 据不完全统计，目前市场上形形式式的现场总线有200多种，其中号称开放标准的也有二、三十种。 现场总线国际标准IEC61158包含了十种类型，据说可能还要增加到十二种类型。市场上主流现场总线市场上主流现场总线P-NetProfibusWorldFIPFou

2、ndation Fieldbus(包括HSE)ControlNetInterbusSwiftNetAS-ICC-LinkHARTLonWorks、Modbus和CAN.国际标准IEC61158十种总线类型P-NETP-NET现场总线网络层次现场总线网络层次 P-NET现场总线技术由Proces-Data AS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

3、总线系统采用OSI“开放系统互连”参考模型的以下五层分别为：（1 1）物理层）物理层P-NET规范采用三种标准：RS485、RS232、IS16数据以NRZ编码异步式传输，传输速率76.8kb/s总线长度：最大1200m(EIA RS485)现场设备数目： 125个设备供电方式：总线供电（2 2）数据链路层）数据链路层通信模式：基于时间的虚拟令牌传递通信方式：主从式、多主式数据包大小：可变（3 3）网络层）网络层（4 4）服务层）服务层（5 5）应用层）应用层 P - NET 开放系统接线参考模式P-NETP-NET现场总线网络结构及特点现场总线网络结构及特点 P - NET多网络结构图P-N

4、ET现场总线特点特点 : （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。 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下图所示：P-NETP-NET现场总线通信原理现场总线通信原理 PNET多主站系统总线访问采用的是

5、一种“虚拟令牌”制。PNET协议的所有主站具有相同的优先级，所有主站的总线访问权是相同的，所以虚拟令牌在主站之间依次循环传递。 所有的主站都有一个节点地址NA，节点地址从1到总线上主站的最大个数，总线上的主站最多不能超过32。允许访问总线的主站叫持有令牌的主站，一个主站只有当该主站具有请求要求时才允许其访问总线,并且得到一次令牌只能发送一个请求。所有的主站都要知道总线上主站的最大个数，因为在节点地址等于最后一个主站的节点地址之后，令牌将被传送给第一个主站。 一个主站以循环方式得到“时间令牌”后，若该主站有发送请求的要求，则在一定的时间间隔内访问总线，访问结束后，令牌被依次传给该主站后面的主站；

6、若持有令牌的主站没有发送请求的要求，则经过一定的时间间隔后，将令牌传给该主站后面的主站。 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-NETP-NET现场总线支撑软件现场总线支撑软件 （2 2）PDFLOWPDFLOW数据库程序数据库程序。它主要用于建立PD4000/340FLOWmeter-Display的用户数据库。数据库可为100个用户服务，信息可向PD4000/340下载。PDFLOW以ACCESS2.0文件格式化的标准数据库为基础 ，使用时要求具备P

7、D3920模块和VIGO软件。 （3 3）打印接口设计程序打印接口设计程序。它可用于设计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。 （1 1）VIGOVIGO现场总线管理系统现场总线管理系统。它是一种现场总线管理系统，始终检测着机组中各实际设备间以及它们与总线间的联系，可以支持Winscket(PC-基础网络)和P-NET现场总线，可在WINDOWS 95下运行。 P-NETP-NET现场总线应用现场总线应用应用范围：应用范围：从只有几个I/

8、O节点的简单安装到有几千个I/O节点的复杂系统。应用场合：应用场合：主要有奶品厂、啤酒厂、农业环境控制、动物饲养系统、沥青和水泥生产、发电厂、太阳能电站、塑料成型、船舶发动机控制、油罐管理/报警、数据测量、供水系统、楼宇自动化、燃料管理系统等。应用意义：应用意义：P-NET现场总线在我国奶制品生产、农业环境控制、水产养殖等方面的应用大大提高了我国农业自动化技术的发展。应用实例：应用实例： 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 。 甬台温高速公路大溪岭湖雾岭隧道是我国首

9、座自行设计、自行施工的高速公路第一长隧道，位于台州温岭大溪镇与温州乐清湖雾镇之间，全长4116米。整个隧道的供配电系统采用双回路10kV高压进线方式，由1#配电所、中央控制室和北端、洞中、南端三个变电所组成供电网，向所有设备供电，并对关键设备采用在线式 UPS电源供电，保障了整个系统的安全运行。整个电力监控系统的控制范围达到5km。电力监控系统结构如下图所示： 大溪岭湖雾岭隧道电力监控系统结构图 在各变电所、高压配电所和中央控制室之间采用冗余双环P-NET现场总线进行连接，双环结构为整个隧道的电力监控系统构筑了一个高可靠性的数据高速公路，即使在出现局部线路故障的情况下，也可保证整个系统的完整性

10、和可靠性。系统采用的控制器为PD控制器模块。 系统所用模块分为三类 : （1 1）主模块）主模块PD5015PD5015。置于中控室内，是监测系统的主控制器，所有数据采集后都送到此模块。主模块根据采集的数据进行检查，若发现异常，如过电流、过电压等则发送报警信息。 （2 2）电量采集模块（包括）电量采集模块（包括PD3260PD3260和和PD3221PD3221）。1#配电房和南、北变电所每个变压器都由一个PD3260模块采集数据，中洞变电所的两个变压器则分别由一个PD3260和一个PD3221进行数据采集 。PD3260模块可测量系统的三相电压、电流、功率、功率因素和频率，并累计能耗。模块有

11、8个数字I/ O通道和一个用于局部控制的可编程计数器通道，用于输电线上同步、异步发生器的自动数据采集。PD3221模块包括6个数字输入通道(其中4个可作为数字输出)，2个模拟输入通道和1个模拟输出通道 。模块还包括一个PID调节器，一个用于局部控制的内部用户可编程计数器通道和一个脉冲处理器。 （3 3）PD3280PD3280远程通讯模块远程通讯模块。由于南变和中变、中变和北变之间的两段总线较长，因此在两段总线 上均配置了一个PD3280 远程通讯模块作为中继模块，以实现系统总线的连续性和完整性。PD3280 模块有3个RS484 P-NET接口，每接口可在1200m内进行通讯，所以整个模块允许3600m以内的通讯。PD3280模块在P-NET现场总线