P—NET现场总线是由丹麦Process—Data Sikeborg Aps从1983年开始研制的一种主要用于啤酒生产业，食品加工技术，农业，养殖业等领域的总线系统。它的出现早于Profibus，WorldFip等多种总线。P—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。本文将分几个部分介绍P—NET现场总线控制系统的基本原理及其应用。 一．P—NET现场总线的结构及其各层完成的功能 P—NET现场总线是一种多主站，多网络系统。总线采用分段结构，每个总线分段上 可以连接多个主站，主站之间通过接口能实现网上互连。P—NET总线系统采用OSI“开放系统互连”参考模型的第1，2，3，4，7层，并利用信道结构定义用户层。P—NET现场总线系统的多网络结构如图1所示。 图1：P—NET现场总线的多网络结构 。物理层：定义了在网络上传输原始数据位的形式，在这一层描述了系统的电气接口，波特率，线缆等。 。数据链路层：控制总线的存取；生成和识别帧界，识别节点地址；执行传输过程中的错误监测的功能； 。网络层：实现数据链路层与服务层的信息传输，并执行网关的功能。 。服务层：负责编制全局变量的结构化信息表，即“软联结表”，用“软联结号”SWNO来标识变量。 二．P—NET协议的节点形式 P—NET协议的节点形式主要有主站，从站，网关等三种形式。 。主站是唯一允许向总线发出请求的设备，一个主站运行的程序能完成工厂过程控制的一部分功能。主站的数量应小于从站的数量。一般来讲，主站微处理器的功能比从站微处理器的功能更强大。因此，在P—NET协议中通常让主站完成所有复杂的功能，而从站只做一些简单工作。 。从站的功能是当接受到主站的请求后，用存储器中的数据对请求作出立即响应。由于是立即响应，一个从站一次只需对一个主站请求作出响应，因此响应时间可以计算出来。 。网关的作用是隔离两条或多条总线，并且在连接的总线间自动引入一个帧。网关可以将一个控制系统化分为几个单元，形成冗余系统。网关在不同的情况下有可能是一个从站一个主站，甚至一个单独的“软联结”表也能实现网关的功能。 三．P—NET通信协议总线访问机制 。多主站总线访问 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。如图2所示。 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。 如图2所示： Master1 Master2 Master3 requessts requests requests 　 Ｄ A B C 图2：主站访问队列 　　主站请求队列实行先入先出模式。假设总线上有三个主站，图中所示为三个主站的请求队列。假设某一时间主站1持有令牌，在令牌传递过程中主站1和主站2再没有别的请求入队，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， 代表空闲位周期。即主站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Ａ，主站1这时没有请求要求，经过一个时间间隔 （＝10 bit period）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…….. 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。如图3所示： 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。 主站持有令牌的时间H主要由三部分组成： H= + 公式中H为主站持有令牌的时间， （ 7 bit period）为主站响应令牌的时间， （ bit period）对应于一个信息循环后传递令牌的时间， 为信息循环时间，其中 包括主站发送请求的时间，从站返回响应的时间，以及从站的响应延时时间（11到30个bit period）。 见图3所示。 。从站总线访问 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。如图10所示。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。 四． 地址域的类型 总线上的所有信息都以帧的形式被传输。信息帧以一个地址域开始，地址域中包含信息帧的源地址，目的地址以及地址域的长度，地址域的类型等信息。其中地址域的类型主要有简单地址类，复杂地址类，扩展地址类和响应地址类等四种。 。简单地址类 这类地址域中包含一个目的节点地址和一个源节点地址，用来实现对一个简单从站发出一个请求，处理一对一的情况。简单地址类型以地址字节的第7位依次出现“0”，“1”为标志。见图4所示。“0”代表目的节点地址，“1”代表源节点地址。这类地址域中不会出现一个目的地址对2个或更多个源地址的情况。 0 目的地址 1 源地址 图4：简单地址类型 。 复杂地址类型 这种类型的地址域由2个或多个目的节点地址和2个或多个源节点地址组成。地址域的第三个字节记录地址域中未占用的地址的数量。这类地址域用来发出多个请求。复杂地址类型以地址字节的第7位依次出现3个或更多的“0”为标志。如图5所示。 0 目的地址 0 目的地址 0 未占用的地址的个数 0 目的地址 1 源地址 ………. 1 源地址 图5：复杂地址类型 。扩展地址类型 这种地址类型是复杂地址类型的特殊情况。地址域中包含2个目的节点地址和2个源节点地址。这种地址类型也用来发送请求。扩展地址类型以地址字节的第7位依次出现“0”，“0”，“1”，“1”为标志。如图6所示。 0 目的节点地址 0 目的节点地址 1 源节点地址 1 源节点地址 图6：扩展地址类型 。响应地址类型 地址域中包含1个目的节点地址和一个源节点地址。这种地址类型仅仅用于发送一个响应。响应地址类以地址字节的第7为“1”为标志。响应地址不可能包含多于1个的目的节点地址或多于1个的源节点地址。如图7所示。在响应中地址域总是响应地址类型，而不考虑请求的类型。 1 目的节点地址 0 源节点地址 图7：响应地址类型 五． 错误校验 P—NET协议的错误监测采用的是循环冗余码（CRC）校验。错误的校正采用的是海明码校正。 六．P—NET协议的优点 。分段结构使得每个总线段可以进行独立的信号传输，这样可以大大提高信号在整个系统中的传输速度。 。这种多网络结构的特征提供了系统冗余，这使得全厂的整套设备对于误差有很高的容错性。 。通信通过具有两个或更多的P—NET接口在不同的总线段上直接传输，这意味着任何一个总线分段上的主站可以透明地访问任何其他分段上的节点，而不需要在接口或主站上添加任何特殊程序。 。由从站测得的结果以SI工程单位制（米制）预处理过的形式送到主站上。因为不需要主站进行重复定标或转换，可以节省处理功率。 。每一个主站都可以同时执行几个任务，通过添加主站可以大大提高系统的处理效率。 。用于存储网络上物理变量的标识符，通过一个“软联接”表来映象。这个表在编译运行程序时