【摘要】闡述了P-NET現場總線的系統結構、系統特點、運行模式以及支持軟件，并列舉了P-NET現場總線系統在電力監控中的應用。 關鍵詞：現場總線；控制器；虛擬令牌特性；電力監控 1　引 言 　　P-NET現場總線技術由丹麥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。它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。與傳統布線相比，P-NET現場總線技術在工業控制應用中具有很大的優勢，它將簡化設計和安裝，減少布線的數量和費用，避免各種設備故障的發生，實現更直接也更廣泛的使用功能。 2　網絡系統 P-NET是一種多層網絡結構，如圖1所示。 圖1　P-NET網絡結構圖 　　其特點： 　?。?） 多層的網絡結構，方便系統組態，提高系統的安全性和冗余性。 　?。?） 分散控制、集中管理的控制方式，符合現代控制理論。 　?。?） 各分系統間彼此獨立工作，又互相協調，共享資源。 　?。?） 較高的數據更新速度和傳輸速度，提高系統控制的實時性。 　?。?） 無須建立各區段總線間的層次關系，方便了系統擴展，提供了系統的開放性。 3　系統結構 　　P-NET現場總線系統結構層次（layer）可以根據“開放系統接線參考模式”擬定并加以描述，如圖2所示。 圖2　P-NET開放系統接線參考模式 　　一般來說，P-NET只需建1、2、7層，但既然P-NET具有多重網絡的結構特點，協議也應完成第3、4層的組建。 　　第一層用于在總線上傳輸原始字節，它可用于指定線纜，或說明總線上數字信號的含義等。 　　第二層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，或返回該信息說明某個地址未被定義。第二層上還需保留一些必要的地址，以便確定返回信息有路可循。 　　第四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。第二項任務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。 　　P-NET還具有一些通道結構，可視作系統的第八層。在P-NET中，對相關變量的采集和對單個過程信號的處理，可一起被視作一個過程對象，這就是所謂的通道。 4　運行模式 　　P-NET的電器規格以RS485標準為基礎，使用可屏蔽雙芯絞合電纜，可以直接與設備儀器相連，總線接口進行電氣隔離。 　　P-NET是一種極為高效的總線協議。數據將以全過程值（浮點）的形式進行傳輸。在傳輸過程中，當數據的首字節一到，主機的輔助設備便啟動處理命令，而無須象傳統方式那樣等到所有信息都傳送到才開始執行操作，這一特點使P-NET的數據傳輸速度高達7.68×105 Bps，極大地提高了系統效率。 　　P-NET是一種多主機總線，每段總線可容納32臺主機（Master），每臺主機享有同等優先權，并且均有相關的輔助設備（Slave）。從P-NET總線上訪問數據的方法相當獨特，稱為“虛擬令牌特性”。簡單地說，每一臺P-NET主機都有一個設備地址（NA），并包含一個“備用總線二進制周期計數器”，以二進制方式記錄總線在備用狀態下的周期數，一旦總線啟用，計數器便復位為 0 。每一臺主機還有一個輔助計數器，每當備用總線周期計數器的值達到40、50、60時，便進一位。當輔助計數器值（令牌）等于某一臺主機的設備地址時，該主機就滿足了“令牌”要求，被允許訪問總線。當這臺主機無訪問要求或已結束了對總線的訪問時，令牌自動轉向另一臺主機地址。“虛擬令牌特性”縮短了主機處理過程，并且盡量少占用總線容量，使P-NET無須進行任何總線協調，是一種十分高效的訪問方式。 　　在各類現場總線系統中，只有P-NET允許在各部分總線間尋址定址，這是P-NET協議的特征之一。也就是說，一段總線上的任何一個主機，可以毫無阻礙地訪問另一段總線的設備，而無須在主機中設置任何特殊程序。 　　包括主機在內的任何P-NET模塊，都可隨時與總線連接，或與總線斷開，即使在系統運行中也可隨時更換模塊，或進行系統擴展，對總線系統其他部分無任何干擾。 　　此外，P-NET有一些重要的輔助模塊，除了向整個系統提供輸入/輸出功能外，還提供從簡單的開關控制，到PID調節或編程方法等輔助處理功能，使整個系統構建起局部的控制環和特殊的處理方法。 5　支撐軟件 5.1　VIGO現場總線管理系統 　　VIGO是一種現場總線管理系統，它始終監測著機組中各實際設備間以及它們與總線間的聯系，支持Winscket（PC-基礎網絡）和P-NET現場總線，可在WINDOWS 95下運行。 5.2　PDFLOW數據庫程序 　　PDFLOW用于建立PD 4000／340FLOWmeter-Display的用戶數據庫。該數據庫可為100個用戶服務，信息可向PD4000／340下載。PDFLOW數據庫以ACCESS 2.0文件格式化的標準數據庫為基礎，使用時要求具備PD3920模塊和VIGO軟件。 5.3　打印接口設計程序 　　用于設計PD4000／340流量計顯示器的打印接口，可為PC監控器設計接口線路，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。 6　應用 　　1998年，在由浙江省機電設計研究院總承包的“甬臺溫高速公路大溪嶺—湖霧嶺隧道機電工程”中，就將P-NET現場總線技術用于該工程的電力監控系統，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座自行設計、自行施工的高速公路第一長隧，位于臺州溫嶺大溪鎮與溫州樂清湖霧鎮之間，全長4116m。考慮到特大型公路隧道機電工程的綜合性極強，需要滿足多種基本運行條件，并要求達到較高的設計標準，整個隧道的供配電系統采用雙回路10kV高壓進線方式，由1#、2#配電所和北端、洞中、南端三個變電所組成供電網，向所有設備供電，并對關鍵設備采用在線式UPS電源供電，保障了整個系統的安全運行。整個電力監控系統的控制范圍達到5km。 　　電力監控系統結構,如圖3所示。 圖3　大溪嶺－湖霧嶺隧道電力監控系統結構圖 　　在各變電所、高壓配電所和中央控制室之間采用冗余雙環P-NET現場總線進行連接，雙環結構為整個隧道的電力監控系統構筑了一個高可靠性的數據高速公路，即使在出現局部線路故障的情況下，也可保證整個系統的完整性和可靠性。 　　隧道電力監控系統用于采集和監視隧道各配電所、變電所的所有電力參數及部分開關的狀態。系統采用的控制器為PD控制器模塊。 　　系統所用模塊分為三類： 　?。?） 主模塊PD5015。置于中控室內，是監測系統的主控制器，所有數據采集后都送到此模塊。主模塊根據采集的數據進行檢查，若發現異常，如過電流、過電壓等則發送報警信息。PD5015具有液晶顯示和輕觸鍵盤，用戶可觀察各種數據并通過鍵盤進行參數設置。主模塊與上位計算機通訊并提供所需的數據。 　?。?） 電量采集模塊，包括PD3260和PD3221。1#配電房和南、北變電所每個變壓器都由一個PD3260模塊采集數據，中洞變電所的兩個變壓器則分別由一個PD3260和一個PD3221進行數據采集。PD3260模塊可測量系統的三相電壓、電流、功率、功率因素和頻率，并累計能耗。模塊有8個數字I／O通道和一個用于局部控制的可編程計數器通道，用于輸電線上同步、異步發生器的自動數據采集。PD3221模塊包括6個數字輸入通道（其中4個可作為數字輸出），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調節器，一個用于局部控制的內部用戶可編程計數器通道和一個脈沖處理器。 　?。?） PD3280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一個PD3280遠程通訊模塊作為中繼模塊，以實現系統總線的連續性和完整性。PD3280模塊有3個RS484 P-NET接口，每一接口可在1200m內進行通訊，所以整個模塊允許3600m以內的通訊。PD3280模塊在P-NET現場總線各部分之間提供了一個透明的接口。 　　隧道內各配電所的主要運行參數可通過模塊現場采集，經總線送至中央控制室，并可在中控室的電力模擬屏中反映出來。工作人員可時刻監視電力系統運行狀態，及時發現問題并立即著手解決，以防止問題進一步擴大。 　　“甬臺溫高速公路大溪嶺—湖霧嶺隧道機電工程”電力監控系統自投入使用以來一直效果顯著、運行良好，從而反映出P-NET現場總線技術具有很強的整體性和很高的可靠性，其優越的性能為隧道機電工程的完成和完善提供了良好的保證。 7　結束語 　　如今，作為國際總線協議三大創始者之一的P-NET協議，憑借其獨特的技術優勢和卓越的產品性能，正在社會生產發展的各個領域發揮著重要的作用。此次在“甬臺溫高速公路大溪嶺—湖霧嶺隧道機電工程”的電力監控系統中，成功地應用了這一現場總線技術，就是一個最好的例證。相信在今后的社會發展中，P-NET現場總線技術也將不斷完善，創造出更多更好的業績。