P_NET现场总线技术及其应用

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1、P - NET 现场总线技术及其应用浙江省机电设计研究院 (杭州李晓春苏嘉华310002)【摘要】 阐述了 P - NET 现场总线的系统结构 、 系统特点 、 运行模式以及支持软件 ,并列举了 P - NET 现场总线系统在 电力监控中的应用 。 关键词 :现场总线 ;控制器 ;虚拟令牌特性 ;电力监控统接线参考模式” 拟定并加以描述 ,如图 2 所示 。 一般来说 ,P - NET 只需建 1 、2 、7 层 ,但既然 P - NET 有多重网络的结构特点 ,协议也应完成第 3 、4 层的组建 。第一层用 于 在 总 线 上 传 输 原 始 字 节 , 它 可 用 于 指 定缆 ,或说明总

2、线上数字信号的含义等 。1 引 言P - NET 现场总线技术由丹麦 Proces - Data A/ S 公司研 究并开发 ,是一种全世界通用的开放型标准化总线 。它可以将生产过程 的 各 个 部 分 , 如 过 程 控 制 计 算 机 、 传 感 器 、 执 行 器 、I/ O 模块 、 小型可编程控制器等 ,通过共用一根双芯电缆 加以连接 。与传统布线相比 , P - NET 现场总线技术在工业 控制应用中具有很大的优势 ,它将简化设计和安装 ,减少布 线的数量和费用 ,避免各种设备故障的发生 ,实现更直接也 更广泛的使用功能 。第二层用于实现多主机特性 ,将数据整理后送入源地或目标地址

3、 ,并进行故障检查 。第三层就象是 P - NET 的邮局 ,根据源地址和目的地接受和发送信息 。一条信息可能被要求从一个 P - NET 网中送出 ,或送入另一台 P - NET 服务器 , 或 送 回 所 要 求 的备 ,或返回该信息说明某个地址未被定义 。第二层上还需留一些必要的地址 ,以便确定返回信息有路可循 。 第四层完成两个不同的任务 。一是提供 P - NET 服根据程序从内部存储器中读写数据 。第二项任务是记录发出请求正等待回应的信息数量 ,当一条请求得到响应 便被送回源地址 。网络系统P - NET 是一种多层网络结构 ,如图 1 所示 。2第七层让应用程序能够访问其他设备变

4、量 ,这一功能发送一个命令块来实现 ,命令块中包含一些参考消息 ,内设备地址等详细资料 。 P - NET 还 具 有 一 些 通 道 结 构 , 可 视 作 系 统 的 第 八 在 P - NET 中 ,对相关变量的采集和对单个过程信号的处 可一起被视作一个过程对象 ,这就是所谓的通道 。4运行模式P - NET 的电器规格以 RS485 标准为基础 ,使用可屏双芯绞合电缆 ,可以直接与设备仪器相连 ,总线接口进行气隔离 。P - NET 是一种极为高效的总线协议 。数据将以全过 图 1 P - NET 网络结构图值 (浮点) 的形式进行传输 。在传输过程中 ,当数据的首字 其特点 :(1)

5、 多层的网络结构 ,方便系统组态 ,提高系统的安全性 和冗余性 。(2) 分散控制 、 集中管理的控制方式 ,符合现代控制理 论 。(3) 各分系统间彼此独立工作 ,又互相协调 ,共享资源 。(4) 较高的数据更新速度和传输速度 ,提高系统控制的 实时性 。(5) 无须建立各区段总线间的层次关系 ,方便了系统扩 展 ,提供了系统的开放性 。3 系统结构P - NET 现场总线系统结构层次 (layer) 可以根据 “开放系一到 ,主机的辅助设备便启动处理命令 ,而无须象传统方那样等到所有信息都传送到才开始执行操作 ,这一特点使- NET 的数据传输速度高达 7. 68 105 Bps ,极大地

6、提高了统效率 。P - NET 是一种多主机总线 ,每段总线可容纳 32 台主(Master) ,每台主机享有同等优先权 ,并且均有相关的辅助备 ( Slave) 。从 P - NET 总线上访问数据的方法相当独特 ,为 “虚拟令牌特性” 。简单地说 ,每一台 P - NET 主机都有个设备地址 ( NA) , 并 包 含 一 个 “备 用 总 线 二 进 制 周 期 计器”,以二进制方式记录总线在备用状态下的周期数 ,一旦线启用 ,计数器便复位为 0 。每一台主机还有一个辅助计图 2 P - NET 开放系统接线参考模式器 ,每当备用总线周期计数器的值达到 40 、50 、60 时 ,便进一

7、 位 。当辅助计数器值 (令牌) 等于某一台主机的设备地址时 , 该主机就满足了 “令牌” 要求 ,被允许访问总线 。当这台主机 无访问要求或已结束了对总线的访问时 ,令牌自动转向另一 台主机地址 。 “虚拟令牌特性” 缩短了主机处理过程 ,并且尽 量少占用总线容量 ,使 P - NET 无须进行任何总线协调 ,是一 种十分高效的访问方式 。 在各类现场总线系统中 ,只有 P - NET 允许在各部分总 线间寻址定址 ,这是 P - NET 协议的特征之一 。也就是说 ,一 段总线上的任何一个主机 ,可以毫无阻碍地访问另一段总线 的设备 ,而无须在主机中设置任何特殊程序 。 包括主机在内的任何

8、 P - NET 模块 ,都可随时与总线连 接 ,或与总线断开 ,即使在系统运行中也可随时更换模块 ,或 进行系统扩展 ,对总线系统其他部分无任何干扰 。 此外 ,P - NET 有一些重要的辅助模块 ,除了向整个系统 提供输入/ 输出功能外 ,还提供从简单的开关控制 ,到 PID 调 节或编程方法等辅助处理功能 ,使整个系统构建起局部的控 制环和特殊的处理方法 。5 支撑软件 511 VIGO 现场总线管理系统 VIG O 是一种现场总线管理系统 , 它始终监测着机组中 各实际设备间以及它们与总线间的联系 ,支持 Winscket (PC - 基础网络) 和 P - NET 现场总线 ,可在

9、 WINDOWS 95 下运行 。 512 PDFLOW 数据库程序 PDFLOW 用于建立 PD 4000/ 340FLOWmeter - Display 的用 户数 据 库 。该 数 据 库 可 为 100 个 用 户 服 务 , 信 息 可 向 PD4000/ 340 下载 。PDFLOW 数据库以 ACCESS 2. 0 文件格式化的标准数据库为基础 ,使用时要求具备 PD3920 模块和 VI2 G O 软件 。 513 打印接口设计程序 用于设计 PD4000/ 340 流量计显示器的打印接 口 , 可 为 PC 监控器设计接口线 路 , 然 后 下 载 至 PD4000/ 340

10、 。定 制 的 接口线路可保存在 PC 机硬盘中供以后使用 。使用时要求具 备 PD3920 模块和 VIG O 软件 。6应用 1998 年 ,在由浙江省机电设计研究院总承包的 “甬台温高 速公路大溪岭 湖雾岭隧道机电工程” 中 ,就将 P - NET 现场 总线技术用于该工程的电力监控系统 ,取得了良好的效果 。 甬台温高速公路大溪岭 湖雾岭隧道是我国首座自行 设计 、 自行施工的高速公路第一长隧 ,位于台州温岭大溪镇 与温州乐清湖雾镇之间 ,全长 4116m。考虑到特大型公路隧 道机电工程的综合性极强 ,需要满足多种基本运行条件 ,并 要求达到较高的设计标准 ,整个隧道的供配电系统采用双

11、回 路 10kV 高压进线方式 ,由 1 # 、2 # 配电所和北端 、 洞中 、 南端 三个变电所组成供电网 ,向所有设备供电 ,并对关键设备采 用在线式 UPS 电源供电 ,保障了整个系统的安全运行 。整个 电力监控系统的控制范围达到 5km。 电力监控系统结构 ,如图 3 所示 。图 3 大溪岭 - 湖雾岭隧道电力监控系统结构图中国计量学院 (杭州【摘要】 介绍振动基准装置测试系统 。实现了智能数字 电压表和廉价的计数器 E312A ( 无 GPIB 接口功能) 同步采集 数据 ,从而可消除不同步采样所产生的误差 。提高了振动传 感器校准的自动化程度 。结果表明 ,该系统运行可靠 ,测试

12、 精度高 。 关键词 :振动基准装置 ;测试系统 ;同步1 引 言振动基准装置用于振动传感器的校准 。最常用的绝对 法是利用激光干涉仪测定振幅 。用这种方法检定的传感器常作为相对校准的基准 ,测试精度要求高 。国内重要的计量 部门和传感器生产厂家都拥有校准振动传感器的设备 ,测量 仪器一般为数字电压表 ( 如 7071/ 7081 等) 和计数器 E312A , 数据采集 、 数据处理及结果输出仍以手工为主 。这种检测周 期长 、 靠手工记录和处理数据的校准方法 ,必然会产生较大 的测量误差 。为减少校准误差 ,尤其是为消除不同步采样所 产生的误差 ,我们组建了一个基于微机的测试系统 。郑上海

13、310034)2测试系统的组成与功能如图 1 所示 ,从信号源发出的激振信号经功率放大器大后推动振动台工作 。激振信号的振动周期由 E312A 测安装在台面上的振动传感器输出的信号通过电荷放大器大后送入数字电压表测量 。振幅经激光干涉仪转化为干条纹数 ,由另一只 E312A 测出 。数字电压表和两只 E312A 输出经接口电路送入微机处理 。接口电路置于一只机箱其面板上设有三组选择按钮 : 校准方法 、 传感器类型和校项目选择 。按 下 相 应 的 键 , 该 系 统 可 以 完 成 对 加 速 度 传器 、 速度传感器或位移传感器进行绝对法校准或相对法校(只需对图 1 作少 量 改 动) ;

14、 在 校 准 项 目 中 , 按 下 “S” 、“F“L” 键 ,可分别进行灵敏度 、 频率响应或幅值线性度校准 ,下 “SF” “、SL” 或 “FL” 键 ,为上述 3 个校准项目的两两组合况 ,按下 “SFL” 键 ,则可连续完成上述 3 个校准项目 。3接口电路设计接口电路主要由三部分组成 ,如图 1 所示 。在各变电所 、 高压配电所和中央控制室之间采用冗余双 环 P - NET 现场总线进行连接 ,双环结构为整个隧道的电力监 控系统构筑了一个高可靠性的数据高速公路 ,即使在出现局 部线路故障的情况下 ,也可保证整个系统的完整性和可靠性 。 隧道电力监控系统用于采集和监视隧道各配电所

15、 、 变电 所的 所有电力参数及部分开关的状态 。系统采用的控制器 为 PD 控制器模块 。 系统所 用模块分为三类 : (1) 主模块 PD5015 。置于中控室内 ,是监测系统的主控 制器 ,所有数据采集后都送到此模块 。主模块根据采集的数 据进行检查 ,若发现异常 ,如过电流 、 过电压等则发送报警信 息 。PD5015 具有液晶显示和轻触键盘 ,用户可观察各种数据 并通过键盘进行参数设置 。主模块与上位计算机通讯并提 供所需的数据 。 (2) 电量采集模块 ,包括 PD3260 和 PD3221 。1 # 配电房 和南 、 北变电所每个变压器都由一个 PD3260 模块采集数据 , 中

16、洞变 电 所 的 两 个 变 压 器 则 分 别 由 一 个 PD3260 和 一 个 PD3221 进 行 数 据 采 集 。PD3260 模 块 可 测 量 系 统 的 三 相 电 压 、 电流 、 功率 、 功率因素和频率 , 并累计能耗 。模块有 8 个 数字 I/ O 通道和一个用于局部控制的可编程计数器通道 ,用 于输电线上同步 、 异步发生器的自动数据采集 。PD3221 模块 包括 6 个数字输入通道 ( 其中 4 个可作为数字输出) ,2 个模 拟输入通道和 1 个模拟输出通道 。模块还包括一个 PID 调 节器 ,一个用于局部控制的内部用户可编程计数器通道和一个脉冲处理器 。(3) PD3280 远程通讯模块 。由于南变和中变 、 中变和变之间 的 两 段 总 线 较 长 , 因 此 在 两 段 总 线 上 均 配 置 一PD3280 远程通讯模块作为中继