P-NET通信原理 - P-NET现场总线技术

4、P-NET通信原理(Principles of communication)

　　P-NET是一个多主站系统，允许多个主站在不同的时间共用一条总线。P—NET多主站系统总线访问采用的是一种“虚拟令牌”制。P—NET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，令牌被传依次传给该主站后面的主站;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。

　　主站请求队列实行先入先出模式。假设总线上有三个主站，某一时间主站1持有令牌，主站1获得令牌后首先发送请求A，然后将令牌传给主站2，主站2获得令牌并发送请求B，然后主站3获得令牌并在发送完请求C后，将令牌重新传给主站1，主站1这时没有请求要求，经过一个时间间隔 后，令牌传给主站2，主站2同样没请求，再经一个时间间隔 后，将令牌传给主站3，主站3获得令牌并发送请求D，这样进行下去，则访问时间顺序是：HA,HB,HC, , ,HD，……。HA，HB，HC，HD分别代表发送请求A，B，C，D所需时间，空格代表空闲位周期。

　　在多主总线访问控制中的基本控制元素是“空闲总线位周期计数器”和一个“访问计数器”。一次信息循环后令牌从一个主站传递给另一个主站需要40个位周期，所以“空闲总线位周期计数器”从40开始增加，遇到一个空闲位周期 ，则“空闲位周期计数器”增加10,遇到主站访问总线，“空闲位周期计数器”重新从40开始计。每次令牌从一个主站传给另一个主站时“访问计数器”都要加1，当访问计数器的值等于总线中主站的最大个数时，“访问计数器”重新开始计数。

　　主站在获得令牌时，首先要将本身的地址与访问计数器中的值相比对，若经过比较，“访问计数器”的值等于该主站的节点地址时，这个主站被允许在2—7个位周期的时间间隔内开始访问总线，若不相等，则主站发出“不同步”信息。

　　当从站接收到请求之后，从上一帧的最后一个字节的停止位开始计算，允许从站在11到30个位周期内开始访问总线。从站中的延时应设置的尽量的小，因为任何不必要的延时都可能降低系统的速度。在传输速度为76.8KB/S时，最大允许延时时间是390us。

　　5、P-NET访问控制(Control process)

　　P-NET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。VIGO现场总线管理系统是由几部分程序元素组成的集合体，它是一个开放系统，其结构如图3所示。VIGO允许附加其它销售商的网络元素，能够满足用户的不同需求。全部这些元素由VIGO处理和集成入VIGO，这些程序元素都可以无需任何转换地动态连接到现有的系统中，产生一个适用于任何现场总线数据的非常简单和明确的接口。

　　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。此外，用户通过面向对象语言，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。

　　

 

　　图3 VIGO的结构组成

　　VIGO可以使分布在工厂内的各种独立控制单元组成过程自动化管理系统，可实现一种现场总线之中或几种现场总线之间的数据通信。VIGO可以把一个实在的工厂用数据、有关的数据结构和数据位置来描述，它管理工厂内部产生的数据的安全性和完善性，跟踪工厂内的物理对象之间的关系和辅助的现场总线节点，同时还描述相关的控制程序、配置、校准参数的文件集合以及配置、备份、下载的工具等等。发送或处理同一个网络或不同网络的若干同步信息包也由VIGO来管理，这是通过一个实时通信内核实现的。当几个应用程序试图访问同一个总线系统时，在Windows的多任务环境中会出现问题，这个问题可以由VIGO解决，它可以保证通信包和报文不发生混淆。

　　VIGO与互通信PC应用程序之间的所有数据交换都是通过OLE自动化(一种微软数据交换标准)方式实现的。VIGO作为一种OLE自动化服务器，为用户应用程序提供了开放的和明确的接口。处理工厂网络中任意点的数据请求，都象是在PC机中直接实现的一样。用户无需考虑不同的通信协议、数据转换或寻址方式之间的差异。PC应用程序应当是标准应用程序，如EXCEL电子数据表，ACCESS数据库，或由Visual Basic，Delphi ,C++等语言编写的具体应用程序。

　　使用VIGO的影响是深远的，只需通过接口连接到一个系统上，而无需了解总线的类型。发展VIGO的使用工具，实用程序，例程等被视为总体目标，这就意味着，随着公司数量的增加，可以提供公共使用的包，从而缩短了开发周期。

　　6、结束语(Conclusion)

　　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。相信在今后的社会发展中，P-NET现场总线技术也将不断完善，创造出更多更好的业绩。