P-NET

Feldbussystem für die Verfahrenstechnik

P-NET bezeichnet ein Feldbussystem, welches sowohl multimaster- als auch multinetfähig ist. Eingesetzt wird dieser Feldbus hauptsächlich in verfahrenstechnischen Prozessen, wobei Sensoren und Aktoren allerdings miteinander gekoppelt sein müssen. Typisch für ein P-NET-Bussystem sind die geringe Antwortzeit und ein bis zu einem Kilometer langer Bus.

Das P-NET Schichtenmodell

Das P-NET Schichtenmodell beruht auf der Implementierung bestimmter Schichten des ISO-Referenzmodells. Somit sind im P-NET-Standard Schichten 1 bis 4, sowie Schicht 7 implementiert.

  • 1. Schicht – Physical Layer / Bitübertragungsschicht
  • 2. Schicht – Data Link Layer / Sicherungsschicht
  • 3. Schicht – Network Layer / Vermittlungsschicht
  • 4. Schicht – Transportation Layer / Transportschicht
  • 7. Schicht – Application Layer / Anwendungsschicht

Diese fünf Schichten, auch Layer genannt, werden im Folgenden hinsichtlich ihrer Funktionsweise näher erläutert.

P-NET Schicht 1: Physical Layer – Bitübertragungsschicht

Die Bitübertragungsschicht ist abgeleitet von dem RS-485-Standard von Electronic Industries Association. Der einzige Unterschied liegt in der Verkabelung und dem Anschluss. Die Abschlusswiderstände werden am Ende der zweikanaligen Leitung durch einen physikalischen Ring ersetzt. Es können somit bis zu 125 Busmodule mit 32 Mastermodulen je Segment genutzt werden. Die Daten werden mit einer Geschwindigkeit von 76,8 kbit/s übertragen und dieser Transfer beruht auf dem „No Return To Zero“-Prinzip.

P-NET Schicht 2: Data Link Layer – Sicherungsschicht

Das Telegramm in der Sicherungsschicht startet stets mit einem Adressfeld von 2 bis 24 Bytes Länge. Dieser Beginn des Telegramms, auch Frame genannt, wird mit dem A/D-Bit gekennzeichnet. Einem A/D-Bit folgen somit immer Adressbytes. Das Adressfeld des Frames enthält stets die Adresse des Busmoduls. Die Bits des Adressfelds lassen sich nach ihren Funktionen aufteilen:

  • Bit 0 bis 6: enthalten eigentliche Adresse des Busmoduls
  • Bit 7: unterscheidet Ziel- und Quelladresse

Als Adresswerte können 1 bis 125 gewählt werden. Drei Werte sind allerdings reserviert: 0, 127 und 126.

Nach dem Adressfeld kommt das Control/Status-Feld, das sich auf eine Länge von einem Byte beläuft. Das Byte gibt im Request Frame die Kodierung der Schicht 7 an und im Response Frame wird die dazugehörige Fehlinformation angegeben. Im Control/Status-Feld werden also die Länge der Nutzdaten und die Art der Adressierung kodiert. Diesem folgt nun das Informationsfeld, welches angibt wohin die Daten und auch welche Daten übertragen werden sollen. Die Daten werden gesichert über das Sicherungsfeld, welches nach dem Prüfsummenverfahren arbeitet.

Die Aktivität der Master Module wird durch das sogenannte Token Verfahren bestimmt. Das heißt, es wird durch Zeitsteuerung bestimmt, wann welches Master Modul arbeiten darf.

P-NET Schicht 3: Network Layer – Vermittlungsschicht

Die hauptsächliche Funktion der Vermittlungsschicht 3 ist der Transport der Daten von Schicht 2 zu Schicht 4. Darüber hinaus muss noch die Gateway Funktionalität ermöglicht werden. Die Funktion eines Gateways besteht darin, dass wenn ein Request Telegramm empfangen wird, sofort ein Response Telegramm zurückgesendet wird, dass dem Client übermittelt, dass die Antwort später gesendet wird. Somit geht der Client in eine Art Wartephase über, ehe das richtige Antworttelegramm übertragen wird. Desweiteren agiert das Gateway als Mittler zwischen Server und den Clients. Am Gateway werden die Request Telegramme der Clients konvertiert und dann an den Server weitergeleitet. Dieser leitet dann das Response Telegramm, sowie das eigentliche Antworttelegramm zurück an das Gateway, welches diese Frames für die Clients kodiert.

P-NET Schicht 4: Transportation Layer – Transportschicht

Die Transportschicht hat zwei verschiedene Hauptaufgaben: Die erste Aufgabe ergibt sich aus dem P-NET-Service. Dabei werden Daten in den Speicher geschrieben oder herausgelesen. Außerdem werden Anfragen zurück geleitet, wenn sich die Variable in einem anderen Modul befindet. Die zweite Aufgabe besteht darin, alle Daten über Abfragen zu speichern, die noch auf eine Antwort warten. Beim Eintreffen der Antwort wird diese an den Variabel gesendet. Aus diesem Grund werden die Adressen aller Variablen in einer Liste aufgeführt. Diese Liste wird mit dem Namen Softwire-List bezeichnet. Jedem Eintrag ist eine bestimmte Nummer zugeordnet, was heißt, dass jede Variable eine spezifische Softwire-Number besitzt.

P-NET Schicht 7: Application Layer – Anwendungsschicht

In der Anwendungsschicht besteht die Hauptaufgabe darin, auf die abgelegten Daten in Schicht 4 zuzugreifen. Durch das Applikationsprogramm wird die Softwire-List erstellt. Den Prozesssignalen werden zusätzliche Informationen zugewiesen. Diese werden in Variablen gespeichert und geben Auskunft über spezielle Funktionen wie Konfiguration. Alle Variablen und Funktionen insgesamt, die sich auf ein Prozesssignal beziehen, werden im P-NET als Channel (Kanal) bezeichnet.

Kommunikation

Im P-NET unterscheidet das P-NET-Protokoll bei der Übertragung nicht zwischen Konfigurationsdaten und Prozessgrößen. Die Signifikanz dieser Daten lässt sich aus der Softwire-Number entnehmen, welche mitgeschickt wird. Durch das P-NET-Protokoll wird das Anwendungsprogramm von dem Kommunikationssystem getrennt. Die Daten der Clients werden in Variablen gesichert. Durch Kodierung des Control/Status-Feldes der Dienste kann auf die Daten des Servers zugegriffen werden.

Kanaltypkonzept

P-NET zeichnet das Kanaltypkonzept (Channel-Konzept) aus. Dieses Konzept gibt die Verwaltungsstruktur der Prozessobjekte an, die sich aus den Variablen und Funktionen der Prozesssignale ergeben. Ein Channel ist aufgebaut aus 16 Variablen/Registern, welche mit Softwire-Numbers gekennzeichnet sind.
Für alle typischen Feldbusmodule gibt es einen Channel, zum Beispiel für die Ein-/Ausgabe-Module. Ein jedes P-NET-Modul muss außerdem einen Service-Channel vorweisen, welcher unbekannte Teilnehmer identifizieren kann.