P-NET現(xiàn)場總線技術(shù)分析與應用綜述

1、 現(xiàn)場總線相關(guān)概念現(xiàn)場總線相關(guān)概念通用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖 按照國際電工委員會IEC/SC65C的定義，安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。 根據(jù)使用場合和用途不同，現(xiàn)場總線又分為H1低速現(xiàn)場總線和H2高速現(xiàn)場總線。H1和H2總線相輔相成構(gòu)成了完整的工業(yè)自動化系統(tǒng)信息通信網(wǎng)絡。 據(jù)不完全統(tǒng)計，目前市場上形形式式的現(xiàn)場總線有200多種，其中號稱開放標準的也有二、三十種。 現(xiàn)場總線國際標準IEC61158包含了十種類型，據(jù)說可能還要增加到十二種類型。市場上主流現(xiàn)場總線市場上主流現(xiàn)場總線P-NetProfibusWorldFIPFou

2、ndation Fieldbus(包括HSE)ControlNetInterbusSwiftNetAS-ICC-LinkHARTLonWorks、Modbus和CAN.國際標準IEC61158十種總線類型P-NETP-NET現(xiàn)場總線網(wǎng)絡層次現(xiàn)場總線網(wǎng)絡層次 P-NET現(xiàn)場總線技術(shù)由Proces-Data AS公司研究并開發(fā)，是一種全世界通用的開放型標準化總線。P-NET的設(shè)想出現(xiàn)于1983年的丹麥，比其它總線更早。由于P-NET采用通用的硬件和軟件，所以它的改進與升級都比較快，其中有些性能超過了Profibus，例如虛擬令牌傳遞比Profibus的實際報文信息傳遞節(jié)省很多信道容量。 P-NET

3、總線系統(tǒng)采用OSI“開放系統(tǒng)互連”參考模型的以下五層分別為：（1 1）物理層）物理層P-NET規(guī)范采用三種標準：RS485、RS232、IS16數(shù)據(jù)以NRZ編碼異步式傳輸，傳輸速率76.8kb/s總線長度：最大1200m(EIA RS485)現(xiàn)場設(shè)備數(shù)目： 125個設(shè)備供電方式：總線供電（2 2）數(shù)據(jù)鏈路層）數(shù)據(jù)鏈路層通信模式：基于時間的虛擬令牌傳遞通信方式：主從式、多主式數(shù)據(jù)包大小：可變（3 3）網(wǎng)絡層）網(wǎng)絡層（4 4）服務層）服務層（5 5）應用層）應用層 P - NET 開放系統(tǒng)接線參考模式P-NETP-NET現(xiàn)場總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及特點現(xiàn)場總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及特點 P - NET多網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖P-N

4、ET現(xiàn)場總線特點特點 : （1）多層的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)組態(tài)，提高系統(tǒng)的安全性和冗余性 。 （2）分散控制、集中管理的控制方式，符合現(xiàn)代控制理論 。 （3）各分系統(tǒng)間彼此獨立工作，又互相協(xié)調(diào)，共享資源。 （4）較高的數(shù)據(jù)更新速度和傳輸速度，提高系統(tǒng)控制的實時性。 （5）無須建立各區(qū)段總線間的層次關(guān)系，方便了系統(tǒng)擴展，提供了系統(tǒng)的開放性。 P-NET現(xiàn)場總線是一種多主站，多網(wǎng)絡系統(tǒng)?？偩€采用分段結(jié)構(gòu)，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(xiàn)網(wǎng)上互連。P-NET現(xiàn)場總線系統(tǒng)的多網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如下圖所示：P-NETP-NET現(xiàn)場總線通信原理現(xiàn)場總線通信原理 PNET多主站系統(tǒng)總線訪問采用的是

5、一種“虛擬令牌”制。PNET協(xié)議的所有主站具有相同的優(yōu)先級，所有主站的總線訪問權(quán)是相同的，所以虛擬令牌在主站之間依次循環(huán)傳遞。 所有的主站都有一個節(jié)點地址NA，節(jié)點地址從1到總線上主站的最大個數(shù)，總線上的主站最多不能超過32。允許訪問總線的主站叫持有令牌的主站，一個主站只有當該主站具有請求要求時才允許其訪問總線,并且得到一次令牌只能發(fā)送一個請求。所有的主站都要知道總線上主站的最大個數(shù)，因為在節(jié)點地址等于最后一個主站的節(jié)點地址之后，令牌將被傳送給第一個主站。 一個主站以循環(huán)方式得到“時間令牌”后，若該主站有發(fā)送請求的要求，則在一定的時間間隔內(nèi)訪問總線，訪問結(jié)束后，令牌被依次傳給該主站后面的主站；

6、若持有令牌的主站沒有發(fā)送請求的要求，則經(jīng)過一定的時間間隔后，將令牌傳給該主站后面的主站。 這種令牌傳遞方式是一種基于時間的循環(huán)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(jié)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-NETP-NET現(xiàn)場總線支撐軟件現(xiàn)場總線支撐軟件 （2 2）PDFLOWPDFLOW數(shù)據(jù)庫程序數(shù)據(jù)庫程序。它主要用于建立PD4000/340FLOWmeter-Display的用戶數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫可為100個用戶服務，信息可向PD4000/340下載。PDFLOW以ACCESS2.0文件格式化的標準數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ) ，使用時要求具備P

7、D3920模塊和VIGO軟件。 （3 3）打印接口設(shè)計程序打印接口設(shè)計程序。它可用于設(shè)計PD4000/340流量計顯示器的打印接口，可為PC監(jiān)控器設(shè)計接口線路，然后下載至PD4000/340。定制的接口線路可保存在PC機硬盤中供以后使用。使用時要求具備PD3920模塊和VIGO軟件。 （1 1）VIGOVIGO現(xiàn)場總線管理系統(tǒng)現(xiàn)場總線管理系統(tǒng)。它是一種現(xiàn)場總線管理系統(tǒng)，始終檢測著機組中各實際設(shè)備間以及它們與總線間的聯(lián)系，可以支持Winscket(PC-基礎(chǔ)網(wǎng)絡)和P-NET現(xiàn)場總線，可在WINDOWS 95下運行。 P-NETP-NET現(xiàn)場總線應用現(xiàn)場總線應用應用范圍：應用范圍：從只有幾個I/

8、O節(jié)點的簡單安裝到有幾千個I/O節(jié)點的復雜系統(tǒng)。應用場合：應用場合：主要有奶品廠、啤酒廠、農(nóng)業(yè)環(huán)境控制、動物飼養(yǎng)系統(tǒng)、瀝青和水泥生產(chǎn)、發(fā)電廠、太陽能電站、塑料成型、船舶發(fā)動機控制、油罐管理/報警、數(shù)據(jù)測量、供水系統(tǒng)、樓宇自動化、燃料管理系統(tǒng)等。應用意義：應用意義：P-NET現(xiàn)場總線在我國奶制品生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)環(huán)境控制、水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面的應用大大提高了我國農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展。應用實例：應用實例： 1998年 ,在由浙江省機電設(shè)計研究院總承包的“甬臺溫高速公路大溪嶺-湖霧嶺隧道機電工程”中，就將P-NET現(xiàn)場總線技術(shù)用于該工程的電力監(jiān)控系統(tǒng) ,取得了良好的效果 。 甬臺溫高速公路大溪嶺湖霧嶺隧道是我國首

9、座自行設(shè)計、自行施工的高速公路第一長隧道，位于臺州溫嶺大溪鎮(zhèn)與溫州樂清湖霧鎮(zhèn)之間，全長4116米。整個隧道的供配電系統(tǒng)采用雙回路10kV高壓進線方式，由1#配電所、中央控制室和北端、洞中、南端三個變電所組成供電網(wǎng)，向所有設(shè)備供電，并對關(guān)鍵設(shè)備采用在線式 UPS電源供電，保障了整個系統(tǒng)的安全運行。整個電力監(jiān)控系統(tǒng)的控制范圍達到5km。電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示： 大溪嶺湖霧嶺隧道電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 在各變電所、高壓配電所和中央控制室之間采用冗余雙環(huán)P-NET現(xiàn)場總線進行連接，雙環(huán)結(jié)構(gòu)為整個隧道的電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)筑了一個高可靠性的數(shù)據(jù)高速公路，即使在出現(xiàn)局部線路故障的情況下，也可保證整個系統(tǒng)的完整性

10、和可靠性。系統(tǒng)采用的控制器為PD控制器模塊。 系統(tǒng)所用模塊分為三類 : （1 1）主模塊）主模塊PD5015PD5015。置于中控室內(nèi)，是監(jiān)測系統(tǒng)的主控制器，所有數(shù)據(jù)采集后都送到此模塊。主模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行檢查，若發(fā)現(xiàn)異常，如過電流、過電壓等則發(fā)送報警信息。 （2 2）電量采集模塊（包括）電量采集模塊（包括PD3260PD3260和和PD3221PD3221）。1#配電房和南、北變電所每個變壓器都由一個PD3260模塊采集數(shù)據(jù)，中洞變電所的兩個變壓器則分別由一個PD3260和一個PD3221進行數(shù)據(jù)采集 。PD3260模塊可測量系統(tǒng)的三相電壓、電流、功率、功率因素和頻率，并累計能耗。模塊有

11、8個數(shù)字I/ O通道和一個用于局部控制的可編程計數(shù)器通道，用于輸電線上同步、異步發(fā)生器的自動數(shù)據(jù)采集。PD3221模塊包括6個數(shù)字輸入通道(其中4個可作為數(shù)字輸出)，2個模擬輸入通道和1個模擬輸出通道 。模塊還包括一個PID調(diào)節(jié)器，一個用于局部控制的內(nèi)部用戶可編程計數(shù)器通道和一個脈沖處理器。 （3 3）PD3280PD3280遠程通訊模塊遠程通訊模塊。由于南變和中變、中變和北變之間的兩段總線較長，因此在兩段總線 上均配置了一個PD3280 遠程通訊模塊作為中繼模塊，以實現(xiàn)系統(tǒng)總線的連續(xù)性和完整性。PD3280 模塊有3個RS484 P-NET接口，每接口可在1200m內(nèi)進行通訊，所以整個模塊允許3600m以內(nèi)的通訊。PD3280模塊在P-NET現(xiàn)場總線