P-NET現(xiàn)場總線技術(shù)分析與應(yīng)用
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3、2P-NET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
P-NET現(xiàn)場總線是一種多主站，多網(wǎng)絡(luò)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(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 P-NET多網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
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(jù)現(xiàn)在的技術(shù)，較高級上對快速數(shù)據(jù)傳輸速率的要求已經(jīng)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(tǒng)的各個層面上，按照工廠的每一個部分，把一個自控系統(tǒng)分成幾個單元，使每個單元具有這樣的性質(zhì)：當(dāng)這個單元關(guān)閉時，整個系統(tǒng)不受影響，程序的執(zhí)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(jìn)行。一個獨立的單元與其它單元交換數(shù)據(jù)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(tǒng)中，附加的處理能力總是可以通過附加主站的形式來實現(xiàn)，所以這樣一個系統(tǒng)是可以擴(kuò)展的。在各種可行的現(xiàn)場總線系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種特性是P-NET協(xié)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(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)。
通信通過具有兩個或更多的P-NET接口的節(jié)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(jié)點，而不需要在多端口主站中有特殊的程序。把一個系統(tǒng)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(chǎn)生的影響限制在一單獨的分段內(nèi)，從而保證更高的系統(tǒng)安全性。不僅如此，這些多網(wǎng)絡(luò)的特性提供了一種自然的冗余，這使得整個系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯性。
4、P-NET通信原理(Principles of communication)
P-NET是一個多主站系統(tǒng)，允許多個主站在不同的時間共用一條總線。P—NET多主站系統(tǒng)總線訪問采用的是一種“虛擬令牌”制。P—NET協(xié)議的所有主站具有相同的優(yōu)先級，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(dāng)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，令牌被傳依次傳給該主站后面的主站；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。
主站請求隊列實行先入先出模式。假設(shè)總線上有三個主站，某一時間主站1持有令牌，主站1獲得令牌后首先發(fā)送請求A，然后將令牌傳給主站2，主站2獲得令牌并發(fā)送請求B，然后主站3獲得令牌并在發(fā)送完請求C后，將令牌重新傳給主站1，主站1這時沒有請求要求，經(jīng)過一個時間間隔 后，令牌傳給主站2，主站2同樣沒請求，再經(jīng)一個時間間隔 后，將令牌傳給主站3，主站3獲得令牌并發(fā)送請求D，這樣進(jìn)行下去，則訪問時間順序是：HA,HB,HC, , ,HD，……。HA，HB，HC，HD分別代表發(fā)送請求A，B，C，D所需時間，空格代表空閑位周期。
在多主總線訪問控制中的基本控制元素是“空閑總線位周期計數(shù)器”和一個“訪問計數(shù)器”。一次信息循環(huán)后令牌從一個主站傳遞給另一個主站需要40個位周期，所以“空閑總線位周期計數(shù)器”從40開始增加，遇到一個空閑位周期 ，則“空閑位周期計數(shù)器”增加10,遇到主站訪問總線，“空閑位周期計數(shù)器”重新從40開始計。每次令牌從一個主站傳給另一個主站時“訪問計數(shù)器”都要加1，當(dāng)訪問計數(shù)器的值等于總線中主站的最大個數(shù)時，“訪問計數(shù)器”重新開始計數(shù)。
主站在獲得令牌時，首先要將本身的地址與訪問計數(shù)器中的值相比對，若經(jīng)過比較，“訪問計數(shù)器”的值等于該主站的節(jié)點地址時，這個主站被允許在2—7個位周期的時間間隔內(nèi)開始訪問總線，若不相等，則主站發(fā)出“不同步”信息。
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