P-NET通信原理 - P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

　　P-NET是一個(gè)多主站系統(tǒng)，允許多個(gè)主站在不同的時(shí)間共用一條總線。P—NET多主站系統(tǒng)總線訪問(wèn)采用的是一種“虛擬令牌”制。P—NET協(xié)議的所有主站具有相同的優(yōu)先級(jí)，所有主站的總線訪問(wèn)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(gè)節(jié)點(diǎn)地址NA，節(jié)點(diǎn)地址從1到總線上主站的最大個(gè)數(shù)，總線上的主站最多不能超過(guò)32。允許訪問(wèn)總線的主站叫持有令牌的主站，一個(gè)主站只有當(dāng)該主站具有請(qǐng)求要求時(shí)才允許其訪問(wèn)總線,并且得到一次令牌只能發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求。所有的主站都要知道總線上主站的最大個(gè)數(shù)，因?yàn)樵诠?jié)點(diǎn)地址等于最后一個(gè)主站的節(jié)點(diǎn)地址之后，令牌將被傳送給第一個(gè)主站。

　　一個(gè)主站以循環(huán)方式得到“時(shí)間令牌”后，若該主站有發(fā)送請(qǐng)求的要求，則在一定的時(shí)間間隔內(nèi)訪問(wèn)總線，訪問(wèn)結(jié)束后，令牌被傳依次傳給該主站后面的主站;若持有令牌的主站沒(méi)有發(fā)送請(qǐng)求的要求，則經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間間隔后，將令牌傳給該主站后面的主站。

　　主站請(qǐng)求隊(duì)列實(shí)行先入先出模式。假設(shè)總線上有三個(gè)主站，某一時(shí)間主站1持有令牌，主站1獲得令牌后首先發(fā)送請(qǐng)求A，然后將令牌傳給主站2，主站2獲得令牌并發(fā)送請(qǐng)求B，然后主站3獲得令牌并在發(fā)送完請(qǐng)求C后，將令牌重新傳給主站1，主站1這時(shí)沒(méi)有請(qǐng)求要求，經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)間間隔 后，令牌傳給主站2，主站2同樣沒(méi)請(qǐng)求，再經(jīng)一個(gè)時(shí)間間隔 后，將令牌傳給主站3，主站3獲得令牌并發(fā)送請(qǐng)求D，這樣進(jìn)行下去，則訪問(wèn)時(shí)間順序是：HA,HB,HC, , ,HD，……。HA，HB，HC，HD分別代表發(fā)送請(qǐng)求A，B，C，D所需時(shí)間，空格代表空閑位周期。

　　在多主總線訪問(wèn)控制中的基本控制元素是“空閑總線位周期計(jì)數(shù)器”和一個(gè)“訪問(wèn)計(jì)數(shù)器”。一次信息循環(huán)后令牌從一個(gè)主站傳遞給另一個(gè)主站需要40個(gè)位周期，所以“空閑總線位周期計(jì)數(shù)器”從40開(kāi)始增加，遇到一個(gè)空閑位周期 ，則“空閑位周期計(jì)數(shù)器”增加10,遇到主站訪問(wèn)總線，“空閑位周期計(jì)數(shù)器”重新從40開(kāi)始計(jì)。每次令牌從一個(gè)主站傳給另一個(gè)主站時(shí)“訪問(wèn)計(jì)數(shù)器”都要加1，當(dāng)訪問(wèn)計(jì)數(shù)器的值等于總線中主站的最大個(gè)數(shù)時(shí)，“訪問(wèn)計(jì)數(shù)器”重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。

　　主站在獲得令牌時(shí)，首先要將本身的地址與訪問(wèn)計(jì)數(shù)器中的值相比對(duì)，若經(jīng)過(guò)比較，“訪問(wèn)計(jì)數(shù)器”的值等于該主站的節(jié)點(diǎn)地址時(shí)，這個(gè)主站被允許在2—7個(gè)位周期的時(shí)間間隔內(nèi)開(kāi)始訪問(wèn)總線，若不相等，則主站發(fā)出“不同步”信息。

　　當(dāng)從站接收到請(qǐng)求之后，從上一幀的最后一個(gè)字節(jié)的停止位開(kāi)始計(jì)算，允許從站在11到30個(gè)位周期內(nèi)開(kāi)始訪問(wèn)總線。從站中的延時(shí)應(yīng)設(shè)置的盡量的小，因?yàn)槿魏尾槐匾难訒r(shí)都可能降低系統(tǒng)的速度。在傳輸速度為76.8KB/S時(shí)，最大允許延時(shí)時(shí)間是390us。

　　5、P-NET訪問(wèn)控制(Control process)

　　P-NET的總線管理系統(tǒng)VIGO是一種OLE自動(dòng)化服務(wù)器，可以很方便地與適應(yīng)OLE自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用相結(jié)合，例如：Excel和Access。VIGO現(xiàn)場(chǎng)總線管理系統(tǒng)是由幾部分程序元素組成的集合體，它是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。VIGO允許附加其它銷(xiāo)售商的網(wǎng)絡(luò)元素，能夠滿足用戶的不同需求。全部這些元素由VIGO處理和集成入VIGO，這些程序元素都可以無(wú)需任何轉(zhuǎn)換地動(dòng)態(tài)連接到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，產(chǎn)生一個(gè)適用于任何現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)的非常簡(jiǎn)單和明確的接口。

　　實(shí)際上，VIGO現(xiàn)場(chǎng)總線管理系統(tǒng)十分類(lèi)似于目前流行的LINUX操作系統(tǒng)，它提供了一個(gè)強(qiáng)大的鏈接環(huán)境，任何用戶需要的應(yīng)用程序都可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口掛接在它的平臺(tái)上，P-NET這種易于擴(kuò)展的特性是其他總線系統(tǒng)無(wú)法比擬的。此外，用戶通過(guò)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言，可以將總線裝置作為對(duì)象使用，并可將單獨(dú)的外部測(cè)量像內(nèi)部變量一樣使用。同時(shí)，它還允許通過(guò)支持WINDOWS的任意網(wǎng)絡(luò)，在工作站、PC和服務(wù)器之間傳遞面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)，這使得總線數(shù)據(jù)可以在整個(gè)管理系統(tǒng)或Intranet中顯示和控制。

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　　圖3 VIGO的結(jié)構(gòu)組成

　　VIGO可以使分布在工廠內(nèi)的各種獨(dú)立控制單元組成過(guò)程自動(dòng)化管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)一種現(xiàn)場(chǎng)總線之中或幾種現(xiàn)場(chǎng)總線之間的數(shù)據(jù)通信。VIGO可以把一個(gè)實(shí)在的工廠用數(shù)據(jù)、有關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)位置來(lái)描述，它管理工廠內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的安全性和完善性，跟蹤工廠內(nèi)的物理對(duì)象之間的關(guān)系和輔助的現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)，同時(shí)還描述相關(guān)的控制程序、配置、校準(zhǔn)參數(shù)的文件集合以及配置、備份、下載的工具等等。發(fā)送或處理同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或不同網(wǎng)絡(luò)的若干同步信息包也由VIGO來(lái)管理，這是通過(guò)一個(gè)實(shí)時(shí)通信內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)幾個(gè)應(yīng)用程序試圖訪問(wèn)同一個(gè)總線系統(tǒng)時(shí)，在Windows的多任務(wù)環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題可以由VIGO解決，它可以保證通信包和報(bào)文不發(fā)生混淆。

　　VIGO與互通信PC應(yīng)用程序之間的所有數(shù)據(jù)交換都是通過(guò)OLE自動(dòng)化(一種微軟數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))方式實(shí)現(xiàn)的。VIGO作為一種OLE自動(dòng)化服務(wù)器，為用戶應(yīng)用程序提供了開(kāi)放的和明確的接口。處理工廠網(wǎng)絡(luò)中任意點(diǎn)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，都象是在PC機(jī)中直接實(shí)現(xiàn)的一樣。用戶無(wú)需考慮不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或?qū)ぶ贩绞街g的差異。PC應(yīng)用程序應(yīng)當(dāng)是標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序，如EXCEL電子數(shù)據(jù)表，ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)，或由Visual Basic，Delphi ,C++等語(yǔ)言編寫(xiě)的具體應(yīng)用程序。

　　使用VIGO的影響是深遠(yuǎn)的，只需通過(guò)接口連接到一個(gè)系統(tǒng)上，而無(wú)需了解總線的類(lèi)型。發(fā)展VIGO的使用工具，實(shí)用程序，例程等被視為總體目標(biāo)，這就意味著，隨著公司數(shù)量的增加，可以提供公共使用的包，從而縮短了開(kāi)發(fā)周期。

　　6、結(jié)束語(yǔ)(Conclusion)

　　NET現(xiàn)場(chǎng)總線在我國(guó)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(yīng)用大大提高了我國(guó)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。相信在今后的社會(huì)發(fā)展中，P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也將不斷完善，創(chuàng)造出更多更好的業(yè)績(jī)。