1、P-NET簡介(Introduction of P-NET)

　　P-NET現場總線技術由Proces-Data A/S公司研究并開發，是一種全世界通用的開放型標準化總線。P-NET采用主從制，但有多個主站。多主站現場總線的第一個產品在1984年開發出來，多網絡和多端口功能于1986年增加到協議范圍中。

　　2、P-NET主要特點(Main characteristic)

　　P-NET是一種多主控器主從式總線(每段最多可容納32個主控器)，使用屏蔽雙絞線電纜RS485，每段總線最長1200米，每段最多可聯結125個設備，總線分段之間使用中繼器,數據以NRZ編碼異步式傳輸，傳輸速率76.8kbit/s。

　　P-NET可以將生產過程的各個部分，如過程控制計算機、傳感器、執行器、I/O模塊、小型可編程控制器等，通過共用一根雙芯電纜加以連接，如圖1所示。與傳統布線相比，P-NET現場總線技術在工業控制中具有相當的優勢，它大大簡化了設計和安裝，減少了布線的數量和費用，降低了各種設備故障發生的可能性，實現更直接也更廣泛的使用功能。

　　P-NET總線只提供了一種傳輸速率，它可以同時應用在一個復雜工廠自動化系統的幾個層次上，而各層次的傳輸速率保持一致。這樣構成的多網絡結構使各層次之間的通信不需要特殊的耦合器，幾個總線分段之間可實現直接尋址。任何P-NET模塊，包括主站，可以與總線聯接或斷開，而不影響總線的其它部分。這樣一來，模塊在系統運行時可以互換，而且在系統持續運行時可以對系統進行擴展。

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　　圖1 P-NET總線連接圖

　　P-NET總線訪問采用 “虛擬令牌傳遞”的方式，總線訪問權通過虛擬令牌在主控器之間循環傳遞。這種令牌傳遞方式是一種基于時間的循環機制，不同于采用實報文傳遞令牌的方式。它與報文傳遞令牌方式相比節省了主控器的處理時間，提高了總線的傳輸效率，而且它不需要任何總線仲裁的功能。

　　P-NET不采用專用芯片，它對從屬器的通信程序僅需幾千字節的編碼。由于P-NET采用同一微處理器控制節點的主要任務和通信功能，所以它比獨立芯片/微處理器結構節省了選擇波特率和設置節點地址的dip開關。“小系統，低成本”是P-NET總線的主要特征。

　　P-NET系統可用于把參數和程序下裝到模塊，從而對過程進行控制，系統還可以自動檢查現場設備和電纜的故障。與傳統的DCS系統相比，它的優勢在于：簡化了設計與安裝;降低了電纜用量與成本;減少了安裝與維護成本;使將來系統的擴展更為方便;智能化P-NET傳感器和執行器還提供了比傳統線路更優越的診斷特性。

　　3、P-NET體系結構(System structure)

　　3、1　P-NET系統結構

　　P—NET總線系統采用OSI“開放系統互連”參考模型的第1，2，3，4，7層，并利用信道結構定義用戶層。

　　第一層物理層：定義了在網絡上傳輸原始數據位的形式，在這一層描述了系統的電氣接口、波特率、線纜等。

　　第二層數據鏈路層：控制總線的存取;生成和識別幀界，識別節點地址;執行傳輸過程中的錯誤監測功能;用于實現多主機特性，將數據整理后送入源地址或目標地址，并進行故障檢查。

　　第三層網絡層：實現數據鏈路層與服務層的信息傳輸，并執行網關的功能。網絡層就象是P-NET的郵局，根據源地址和目的地址接受和發送信息。一條信息可能被要求從一個P-NET網站中送出，或送入另一臺P-NET服務器，或送回所要求的設備，或返回原節點。

　　第四層服務層：完成兩個不同的任務，一是提供P-NET服務，根據程序從內部存儲器中讀寫數據;二是記錄已發出請求正等待回應的信息數量，當一條請求得到響應時，便被送回源地址。

　　第七層讓應用程序能夠訪問其他設備變量，這一功能靠發送一個命令塊來實現，命令塊中包含一些參考消息，內有設備地址等詳細資料。

　　3、2　P-NET網絡結構

　　P-NET現場總線是一種多主站，多網絡系統。總線采用分段結構，每個總線分段上可以連接多個主站，主站之間通過接口能實現網上互連。P-NET現場總線系統的多網絡結構如圖1所示。

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　　圖2 P-NET多網絡結構

　　過去為工廠設計自動化的基本思路是：先把傳感器和執行器用一根現場總線聯起來，然后將現場總線接到一個單元控制器上形成一個子系統，這樣許多相似的子系統再用一個高速的主干總線聯起來，送到一個強大的計算機中做為終止。所以總線原則上分兩個等級，一個由若干條低速的現場總線構成，另一個由高速總線把低速總線聯起來，高速和低速總線的技術和結構都是不同的。

　　P-NET打破了這兩個不同的等級而把它們平等起來，盡量減少高速低速的等級之分。根據現在的技術，較高級上對快速數據傳輸速率的要求已經減少，更多的智能被分散了，采取將信息處理分散化的更加明智的辦法，就是P-NET的特點。它可以用于一個全廠自動控制系統的各個層面上，按照工廠的每一個部分，把一個自控系統分成幾個單元，使每個單元具有這樣的性質：當這個單元關閉時，整個系統不受影響，程序的執行可以分散地在每一個單元的一個或幾個處理器中獨立進行。一個獨立的單元與其它單元交換數據的需求很有限，在一個單元中的一個軟件或硬件錯誤將不影響其它單元。

　　在具有實分布智能的系統中，附加的處理能力總是可以通過附加主站的形式來實現，所以這樣一個系統是可以擴展的。在各種可行的現場總線系統中，只有P-NET允許在幾個總線分段上直接尋址，這又稱為多網絡結構。這種特性是P-NET協議中一個特殊的部分，而且它可以被裝入多端口控制器的標準操作系統。

　　通信通過具有兩個或更多的P-NET接口的節點在不同的總線分段上直接傳輸。這意味著在一個總線分段上的任何主站可以“透明”地訪問任何其它分段上的任何節點，而不需要在多端口主站中有特殊的程序。把一個系統分割為小的部分的益處是非常明顯的，因為它可以將錯誤產生的影響限制在一單獨的分段內，從而保證更高的系統安全性。不僅如此，這些多網絡的特性提供了一種自然的冗余，這使得整個系統具有很強的容錯性。