【摘要】闡述了P-NET現(xiàn)場總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)特點、運行模式以及支持軟件，并列舉了P-NET現(xiàn)場總線系統(tǒng)在電力監(jiān)控中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；控制器；虛擬令牌特性；電力監(jiān)控 1　引 言 　　P-NET現(xiàn)場總線技術(shù)由丹麥Proces-Data A／S公司研究并開發(fā)，是一種全世界通用的開放型標(biāo)準(zhǔn)化總線。它可以將生產(chǎn)過程的各個部分，如過程控制計算機(jī)、傳感器、執(zhí)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(tǒng)布線相比，P-NET現(xiàn)場總線技術(shù)在工業(yè)控制應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢，它將簡化設(shè)計和安裝，減少布線的數(shù)量和費用，避免各種設(shè)備故障的發(fā)生，實現(xiàn)更直接也更廣泛的使用功能。 2　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) P-NET是一種多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。 圖1　P-NET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 　　其特點： 　?。?） 多層的網(wǎng)絡(luò)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。 　?。?） 分散控制、集中管理的控制方式，符合現(xiàn)代控制理論。 　?。?） 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。 　?。?） 無須建立各區(qū)段總線間的層次關(guān)系，方便了系統(tǒng)擴(kuò)展，提供了系統(tǒng)的開放性。 3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　P-NET現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次（layer）可以根據(jù)“開放系統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點，協(xié)議也應(yīng)完成第3、4層的組建。 　　第一層用于在總線上傳輸原始字節(jié)，它可用于指定線纜，或說明總線上數(shù)字信號的含義等。 　　第二層用于實現(xiàn)多主機(jī)特性，將數(shù)據(jù)整理后送入源地址或目標(biāo)地址，并進(jìn)行故障檢查。 　　第三層就象是P-NET的郵局，根據(jù)源地址和目的地址接受和發(fā)送信息。一條信息可能被要求從一個P-NET網(wǎng)站中送出，或送入另一臺P-NET服務(wù)器，或送回所要求的設(shè)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(wù)。一是提供P-NET服務(wù)，根據(jù)程序從內(nèi)部存儲器中讀寫數(shù)據(jù)。第二項任務(wù)是記錄已發(fā)出請求正等待回應(yīng)的信息數(shù)量，當(dāng)一條請求得到響應(yīng)時，便被送回源地址。 　　第七層讓應(yīng)用程序能夠訪問其他設(shè)備變量，這一功能靠發(fā)送一個命令塊來實現(xiàn)，命令塊中包含一些參考消息，內(nèi)有設(shè)備地址等詳細(xì)資料。 　　P-NET還具有一些通道結(jié)構(gòu)，可視作系統(tǒng)的第八層。在P-NET中，對相關(guān)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(guī)格以RS485標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，使用可屏蔽雙芯絞合電纜，可以直接與設(shè)備儀器相連，總線接口進(jìn)行電氣隔離。 　　P-NET是一種極為高效的總線協(xié)議。數(shù)據(jù)將以全過程值（浮點）的形式進(jìn)行傳輸。在傳輸過程中，當(dāng)數(shù)據(jù)的首字節(jié)一到，主機(jī)的輔助設(shè)備便啟動處理命令，而無須象傳統(tǒng)方式那樣等到所有信息都傳送到才開始執(zhí)行操作，這一特點使P-NET的數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)7.68×105 Bps，極大地提高了系統(tǒng)效率。 　　P-NET是一種多主機(jī)總線，每段總線可容納32臺主機(jī)（Master），每臺主機(jī)享有同等優(yōu)先權(quán)，并且均有相關(guān)的輔助設(shè)備（Slave）。從P-NET總線上訪問數(shù)據(jù)的方法相當(dāng)獨特，稱為“虛擬令牌特性”。簡單地說，每一臺P-NET主機(jī)都有一個設(shè)備地址（NA），并包含一個“備用總線二進(jìn)制周期計數(shù)器”，以二進(jìn)制方式記錄總線在備用狀態(tài)下的周期數(shù)，一旦總線啟用，計數(shù)器便復(fù)位為 0 。每一臺主機(jī)還有一個輔助計數(shù)器，每當(dāng)備用總線周期計數(shù)器的值達(dá)到40、50、60時，便進(jìn)一位。當(dāng)輔助計數(shù)器值（令牌）等于某一臺主機(jī)的設(shè)備地址時，該主機(jī)就滿足了“令牌”要求，被允許訪問總線。當(dāng)這臺主機(jī)無訪問要求或已結(jié)束了對總線的訪問時，令牌自動轉(zhuǎn)向另一臺主機(jī)地址。“虛擬令牌特性”縮短了主機(jī)處理過程，并且盡量少占用總線容量，使P-NET無須進(jìn)行任何總線協(xié)調(diào)，是一種十分高效的訪問方式。 　　在各類現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，只有P-NET允許在各部分總線間尋址定址，這是P-NET協(xié)議的特征之一。也就是說，一段總線上的任何一個主機(jī)，可以毫無阻礙地訪問另一段總線的設(shè)備，而無須在主機(jī)中設(shè)置任何特殊程序。 　　包括主機(jī)在內(nèi)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(tǒng)運行中也可隨時更換模塊，或進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展，對總線系統(tǒng)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(tǒng)提供輸入/輸出功能外，還提供從簡單的開關(guān)控制，到PID調(diào)節(jié)或編程方法等輔助處理功能，使整個系統(tǒng)構(gòu)建起局部的控制環(huán)和特殊的處理方法。 5　支撐軟件 5.1　VIGO現(xiàn)場總線管理系統(tǒng) 　　VIGO是一種現(xiàn)場總線管理系統(tǒng)，它始終監(jiān)測著機(jī)組中各實際設(shè)備間以及它們與總線間的聯(lián)系，支持Winscket（PC-基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)）和P-NET現(xiàn)場總線，可在WINDOWS 95下運行。 5.2　PDFLOW數(shù)據(jù)庫程序 　　PDFLOW用于建立PD 4000／340FLOWmeter-Display的用戶數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫可為100個用戶服務(wù)，信息可向PD4000／340下載。PDFLOW數(shù)據(jù)庫以ACCESS 2.0文件格式化的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，使用時要求具備PD3920模塊和VIGO軟件。 5.3　打印接口設(shè)計程序 　　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(jī)硬盤中供以后使用。使用時要求具備PD3920模塊和VIGO軟件。 6　應(yīng)用 　　1998年，在由浙江省機(jī)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(jī)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座自行設(shè)計、自行施工的高速公路第一長隧，位于臺州溫嶺大溪鎮(zhèn)與溫州樂清湖霧鎮(zhèn)之間，全長4116m?？紤]到特大型公路隧道機(jī)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(dá)到較高的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，整個隧道的供配電系統(tǒng)采用雙回路10kV高壓進(jìn)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(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(dá)到5km。 　　電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu),如圖3所示。 圖3　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(jìn)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)的完整性和可靠性。 　　隧道電力監(jiān)控系統(tǒng)用于采集和監(jiān)視隧道各配電所、變電所的所有電力參數(shù)及部分開關(guān)的狀態(tài)。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： 　?。?） 主模塊PD5015。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(jìn)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。PD5015具有液晶顯示和輕觸鍵盤，用戶可觀察各種數(shù)據(jù)并通過鍵盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。主模塊與上位計算機(jī)通訊并提供所需的數(shù)據(jù)。 　?。?） 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(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(jìn)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。 　?。?） PD3280遠(yuǎn)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(yuǎn)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，每一接口可在1200m內(nèi)進(jìn)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)場總線各部分之間提供了一個透明的接口。 　　隧道內(nèi)各配電所的主要運行參數(shù)可通過模塊現(xiàn)場采集，經(jīng)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(jiān)視電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題并立即著手解決，以防止問題進(jìn)一步擴(kuò)大。 　　“甬臺溫高速公路大溪嶺—湖霧嶺隧道機(jī)電工程”電力監(jiān)控系統(tǒng)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(xiàn)場總線技術(shù)具有很強的整體性和很高的可靠性，其優(yōu)越的性能為隧道機(jī)電工程的完成和完善提供了良好的保證。 7　結(jié)束語 　　如今，作為國際總線協(xié)議三大創(chuàng)始者之一的P-NET協(xié)議，憑借其獨特的技術(shù)優(yōu)勢和卓越的產(chǎn)品性能，正在社會生產(chǎn)發(fā)展的各個領(lǐng)域發(fā)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(jī)電工程”的電力監(jiān)控系統(tǒng)中，成功地應(yīng)用了這一現(xiàn)場總線技術(shù)，就是一個最好的例證。相信在今后的社會發(fā)展中，P-NET現(xiàn)場總線技術(shù)也將不斷完善，創(chuàng)造出更多更好的業(yè)績。