P-NET

P-NET — это промышленная сеть, которая была создана для объединения отдельных компонент вычислительного процесса, а именно: компьютера, датчиков, исполнительных устройств, устройств ввода-вывода, центрального и периферийного контроллеров и т. д. которые обычно соединяются двумя кабелями. Такое соединение заменяет традиционное при использовании большого количества кабелей. Данные, получаемые в ходе выполнения процесса (показания измерительных приборов, сигналы датчиков) преобразуются в числовые величины. P-NET используется также для объединения данных, для конфигурации узлов/датчиков и для загрузки программ.

P-NET входит в стандарт промышленных сетей IEC 61158.

Кроме обычного измерения величин и данных состояния, шина осуществляет двунаправленный обмен дополнительной информацией касающихся предельных величин, состояния исполняющих устройств и сигналов обратной связи, сигналов об ошибке и внутренних системных данных. P-NET может быть использована для загрузки параметров и программ в управляющий процессом модуль. Использование P-NET датчиков значительно улучшает возможность диагностирования по сравнению с использованием традиционного соединения.

Протокол передачи данных

Электрическая спецификация P-NET основана на стандарте RS-485, использующем защищенную витую пару, что позволяет использовать кабель длиной до 1200 метров без повторителей. Данные посылаются асинхронной передачей в NRZ коде. Интерфейс P-NET гальванически изолирован. К нему может быть присоединено до 125 устройств на каждый сегмент шины через специальную цепь зажимов без использования повторителей.

P-NET обладает очень эффективным сетевым протоколом, в котором можно выполнить до 300 передач подтвержденной информации в секунду от 300 адресов независимых узлов. Эта информация может передаваться либо в форме полностью обработанной переменной (переменной с плавающей точкой) таких, как температура, давление, электрический ток и т. д. либо в качестве 300 блоков от 32 независимых бинарных сигналов, означающих состояние, положение и т. д. Это приводит к передаче до 9600 бинарных сигналов в секунду, доступных из любой точки всей системы.

Кадр протокола P-NET состоит из следующих полей:

• Адрес.
• Control Status — управляющая информация (команда или ответ).
• Len — длина информационного поля.
• Info — информационное поле
• CRC — циклическая контрольная сумма, код для проверки подлинности сообщения.

Данные, передаваемые по сети могут быть простого или комплексного типа, чтобы удовлетворять требованиям измерения и контроля. Простой тип включает булевы переменные, байты, символы, слова, целые, длинные целые, действительные и длинные действительные и время. Комплексные тип включает строковые переменные, записи и буферные переменные. Формат данных является частью стандарта P-NET.

Большое количество осуществленных передач данных достигается за счет одновременной работы ведомых устройств по обработке данных и получению и передачи блоков. Процесс запроса начинается в ведомом усторойстве сразу же после прибытия первого байта данных. Это является отличием от схем, где запрос не посылается до прибытия всего блока данных. Таким образом, стандартная скорость передачи данных 76,800 бит/с не является ограничивающим фактором при выполнении. Выполнение может быть образовано в системах со скоростью передачи данных свыше 500,000 бит/с.

Среди имеющихся систем связи с периферией только P-NET осуществляет прямую адресацию между несколькими сегментами сети, которые известны также как и структура мультисети. Эта особенность является специфической частью P-NET протокола, и она может быть построена внутри стандартной операционной системы многопортовых мастеров. Соединение осуществляется прямо через различные сегменты сети и узлы с двумя или более интерфейсами P-NET. Это значит, что несколько компьютеров одного сегмента сети могут иметь прямой доступ к нескольким узлам из другого сегмента без использования специальной программы в мастере.

Разбиение на сегменты также позволяет иметь в распоряжении независимые локальные нагрузки на каждом сегменте сети, которые увеличивают скорость передачи данных и ввод-вывод данных через всю систему.

Еще одно важное преимущество разбиения сети на небольшие сегменты — ограничение влияния ошибки в одном сегменте на работу остальных благодаря эффективной службе защиты сети. Более того, эти особенности многосегментной сети образует естественную избыточность, которая делает всю сеть более помехозащищённой. Важное преимущество многосетевой топологии P-NET то, что она не нуждается в иерархической структуре в сегментах сети. Это особенно важно при расширении P-NET и при подсоединении к другой сети.

Арбитраж шины

P-NET является шиной с несколькими мастерами, число которых может доходить до 32. Основной принцип связи заключается в следующем: мастер посылает запрос, и слэйв отправляет немедленный ответ. Запрос может быть на чтение или запись.

Правом на занятие шины является переданный от одного из мастеров маркер. P-NET использует так называемый метод «передачи виртуального маркера», который не требует дополнительных объявлений для передачи по шине. Когда один из мастеров заканчивает занимать шину, маркер автоматически передается следующему и так дальше по циклу. Передача маркера основана на использовании двух счетчиков: счетчика простоя шины и счетчика доступа. Счетчик простоя шины изменяется в диапазоне от 0 до 360, затем снова обнуляется. Счетчик доступа принимает значения номеров устройств, находящихся в сети. При достижении счетчиком простоя величины 40 счетчик доступа увеличивает своё значение на 1, а затем через каждые 10 единиц простоя увеличивается еще на единицу. Мастер может занять шину, когда значение счетчика доступа совпадет с его собственным номером.

Метод передачи маркера, используемый в P-NET, отличается от методов, применяемых в других системах с несколькими мастерами. Другие шины, например, PROFIBUS, передают реальные телеграфные сообщения для передачи маркера. Такой метод передачи увеличивает время работы мастера и позволяет сократить мощность шины. Принцип передачи виртуального маркера также применим при отсутствии мастера. В этом случае все устройства, включая остальные мастера, будут продолжать свою работу обычным образом.

Использование принципа передачи виртуального маркера приводит к тому, что все сообщения передаются в рамках отведенного для устройства временного интервала (тайм-слота), то есть время, затрачиваемое на ожидание, захват шины и передачу сообщения может быть однозначно определено. Таким образом P-NET является системой реального времени.

Программирование и конфигурирование

Для конфигурирования устройств P-NET используется специализированное программное обеспечение VIGO. VIGO позволяет представлять все устройства и их параметры в виде единого дерева, называемого «Manager Information Base» (MIB). Корнем дерева является текущий проект. Возможен доступ к параметрам любого устройства путём указания полного пути к ним в дереве MIB.

VIGO предоставляет возможность программирования устройств P-NET. Для программирования могут использоваться два языка: Process-pascal и Calculate-assembler. Calculate-assembler применяется для программирования слейвов. В основном для реализации технологических защит и блокировок непосредственно в исполнительных устройствах. Это язык, похожий на ассемблер или IL. Process-pascal применяется для создания более сложных программ, выполняющихся на мастерах сети. Это диалект языка Pascal модифицированный для использования в среде P-NET. Добавлена возможность описания параллельно работающих задач и использования внешних сетевых переменных.

VIGO также предоставляет компонент для доступа других приложений, таких как, например Microsoft Excel, к среде P-NET с помощью технологии COM.

Ссылки

• [process-data.com Process-data — производитель P-NET]
• [www.p-net.org/ IPUO, международная ассоциация пользователей P-NET]
• [automation.rca.perm.ru/ Региональный центр автоматизации, преемник российско-австрийского центра Fieldbus технологий, член IPUO]

Книги

• Дитмар Дитрих, Дитмар Лой, Ганс Юрген Швайнцер. LON — технология : построение распределенных приложений, Пер. с нем.- под ред. О. Б. Низамутдинова.-Пермь: Звезда, 1999—424 с., ISBN 5-88187-052-2
• LON-Technologie : verteilte Systeme in der Anwendung / Dietmar Dietrich … (Hrsg.).- Heidelberg : Huthig, 1997, ISBN 3-7785-2581-6
• Process Pascal. Руководство для программиста, Пер. с англ. — Российско-Австрийский центр изучения Fieldbus технологий, 1999, Готовое издание

Отрывок, характеризующий P-NET

«Я очень желаю, пишет прусской король Бонапарту, чтобы ваше величество были приняты в моем дворце самым приятнейшим для вас образом, и я с особенной заботливостью сделал для того все нужные распоряжения на сколько позволили обстоятельства. Весьма желаю, чтоб я достигнул цели». Прусские генералы щеголяют учтивостью перед французами и сдаются по первому требованию. Начальник гарнизона Глогау, с десятью тысячами, спрашивает у прусского короля, что ему делать, если ему придется сдаваться. Всё это положительно верно. Словом, мы думали внушить им страх только положением наших военных сил, но кончается тем, что мы вовлечены в войну, на нашей же границе и, главное, за прусского короля и заодно с ним. Всего у нас в избытке, недостает только маленькой штучки, а именно – главнокомандующего. Так как оказалось, что успехи Аустерлица могли бы быть положительнее, если б главнокомандующий был бы не так молод, то делается обзор осьмидесятилетних генералов, и между Прозоровским и Каменским выбирают последнего. Генерал приезжает к нам в кибитке по Суворовски, и его принимают с радостными и торжественными восклицаниями.
4 го приезжает первый курьер из Петербурга. Приносят чемоданы в кабинет фельдмаршала, который любит всё делать сам. Меня зовут, чтобы помочь разобрать письма и взять те, которые назначены нам. Фельдмаршал, предоставляя нам это занятие, ждет конвертов, адресованных ему. Мы ищем – но их не оказывается. Фельдмаршал начинает волноваться, сам принимается за работу и находит письма от государя к графу Т., князю В. и другим. Он приходит в сильнейший гнев, выходит из себя, берет письма, распечатывает их и читает письма Императора, адресованные другим… Затем пишет знаменитый суточный приказ генералу Бенигсену.
Фельдмаршал сердится на государя, и наказывает всех нас: неправда ли это логично!
Вот первое действие. При следующих интерес и забавность возрастают, само собой разумеется. После отъезда фельдмаршала оказывается, что мы в виду неприятеля, и необходимо дать сражение. Буксгевден, главнокомандующий по старшинству, но генерал Бенигсен совсем не того же мнения, тем более, что он с своим корпусом находится в виду неприятеля, и хочет воспользоваться случаем дать сражение самостоятельно. Он его и дает.
Это пултуская битва, которая считается великой победой, но которая совсем не такова, по моему мнению. Мы штатские имеем, как вы знаете, очень дурную привычку решать вопрос о выигрыше или проигрыше сражения. Тот, кто отступил после сражения, тот проиграл его, вот что мы говорим, и судя по этому мы проиграли пултуское сражение. Одним словом, мы отступаем после битвы, но посылаем курьера в Петербург с известием о победе, и генерал Бенигсен не уступает начальствования над армией генералу Буксгевдену, надеясь получить из Петербурга в благодарность за свою победу звание главнокомандующего. Во время этого междуцарствия, мы начинаем очень оригинальный и интересный ряд маневров. План наш не состоит более, как бы он должен был состоять, в том, чтобы избегать или атаковать неприятеля, но только в том, чтобы избегать генерала Буксгевдена, который по праву старшинства должен бы был быть нашим начальником. Мы преследуем эту цель с такой энергией, что даже переходя реку, на которой нет бродов, мы сжигаем мост, с целью отдалить от себя нашего врага, который в настоящее время не Бонапарт, но Буксгевден. Генерал Буксгевден чуть чуть не был атакован и взят превосходными неприятельскими силами, вследствие одного из таких маневров, спасавших нас от него. Буксгевден нас преследует – мы бежим. Только что он перейдет на нашу сторону реки, мы переходим на другую. Наконец враг наш Буксгевден ловит нас и атакует. Оба генерала сердятся и дело доходит до вызова на дуэль со стороны Буксгевдена и припадка падучей болезни со стороны Бенигсена. Но в самую критическую минуту курьер, который возил в Петербург известие о пултуской победе, возвращается и привозит нам назначение главнокомандующего, и первый враг – Буксгевден побежден. Мы теперь можем думать о втором враге – Бонапарте. Но оказывается, что в эту самую минуту возникает перед нами третий враг – православное , которое громкими возгласами требует хлеба, говядины, сухарей, сена, овса, – и мало ли чего еще! Магазины пусты, дороги непроходимы. Православное начинает грабить, и грабёж доходит до такой степени, о которой последняя кампания не могла вам дать ни малейшего понятия. Половина полков образуют вольные команды, которые обходят страну и все предают мечу и пламени. Жители разорены совершенно, больницы завалены больными, и везде голод. Два раза мародеры нападали даже на главную квартиру, и главнокомандующий принужден был взять баталион солдат, чтобы прогнать их. В одно из этих нападений у меня унесли мой пустой чемодан и халат. Государь хочет дать право всем начальникам дивизии расстреливать мародеров, но я очень боюсь, чтобы это не заставило одну половину войска расстрелять другую.]
Князь Андрей сначала читал одними глазами, но потом невольно то, что он читал (несмотря на то, что он знал, на сколько должно было верить Билибину) больше и больше начинало занимать его. Дочитав до этого места, он смял письмо и бросил его. Не то, что он прочел в письме, сердило его, но его сердило то, что эта тамошняя, чуждая для него, жизнь могла волновать его. Он закрыл глаза, потер себе лоб рукою, как будто изгоняя всякое участие к тому, что он читал, и прислушался к тому, что делалось в детской. Вдруг ему показался за дверью какой то странный звук. На него нашел страх; он боялся, не случилось ли чего с ребенком в то время, как он читал письмо. Он на цыпочках подошел к двери детской и отворил ее.
В ту минуту, как он входил, он увидал, что нянька с испуганным видом спрятала что то от него, и что княжны Марьи уже не было у кроватки.
– Мой друг, – послышался ему сзади отчаянный, как ему показалось, шопот княжны Марьи. Как это часто бывает после долгой бессонницы и долгого волнения, на него нашел беспричинный страх: ему пришло в голову, что ребенок умер. Всё, что oн видел и слышал, казалось ему подтверждением его страха.
«Всё кончено», подумал он, и холодный пот выступил у него на лбу! Он растерянно подошел к кроватке, уверенный, что он найдет ее пустою, что нянька прятала мертвого ребенка. Он раскрыл занавески, и долго его испуганные, разбегавшиеся глаза не могли отыскать ребенка. Наконец он увидал его: румяный мальчик, раскидавшись, лежал поперек кроватки, спустив голову ниже подушки и во сне чмокал, перебирая губками, и ровно дышал.
Князь Андрей обрадовался, увидав мальчика так, как будто бы он уже потерял его. Он нагнулся и, как учила его сестра, губами попробовал, есть ли жар у ребенка. Нежный лоб был влажен, он дотронулся рукой до головы – даже волосы были мокры: так сильно вспотел ребенок. Не только он не умер, но теперь очевидно было, что кризис совершился и что он выздоровел. Князю Андрею хотелось схватить, смять, прижать к своей груди это маленькое, беспомощное существо; он не смел этого сделать. Он стоял над ним, оглядывая его голову, ручки, ножки, определявшиеся под одеялом. Шорох послышался подле него, и какая то тень показалась ему под пологом кроватки. Он не оглядывался и всё слушал, глядя в лицо ребенка, его ровное дыханье. Темная тень была княжна Марья, которая неслышными шагами подошла к кроватке, подняла полог и опустила его за собою. Князь Андрей, не оглядываясь, узнал ее и протянул к ней руку. Она сжала его руку.
– Он вспотел, – сказал князь Андрей.
– Я шла к тебе, чтобы сказать это.
Ребенок во сне чуть пошевелился, улыбнулся и потерся лбом о подушку.
Князь Андрей посмотрел на сестру. Лучистые глаза княжны Марьи, в матовом полусвете полога, блестели более обыкновенного от счастливых слёз, которые стояли в них. Княжна Марья потянулась к брату и поцеловала его, слегка зацепив за полог кроватки. Они погрозили друг другу, еще постояли в матовом свете полога, как бы не желая расстаться с этим миром, в котором они втроем были отделены от всего света. Князь Андрей первый, путая волосы о кисею полога, отошел от кроватки. – Да. это одно что осталось мне теперь, – сказал он со вздохом.