采用 PROFIBUS 標準的工業(yè)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　在過(guò)去的十年里，PROFIBUS 成為了全球現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)市場(chǎng)的領(lǐng)頭羊，其在提供現場(chǎng)級橫向通信的同時(shí)，還可通過(guò)數個(gè)等級分層提供縱向通信。分層和協(xié)調配合工作的工業(yè)通信系統[例如：同時(shí)具有低層面 AS 接口連接和高層面以太網(wǎng)連接（通過(guò) PROFInet）的PROFIBUS]可為生產(chǎn)過(guò)程各環(huán)節中的清晰聯(lián)網(wǎng)提供理想的先決條件（請參見(jiàn)圖 1）。

　　
圖 1 自動(dòng)控制技術(shù)中的通信圖解

　　傳感器―傳動(dòng)器層級通信：二進(jìn)制傳感器和傳動(dòng)器信號通過(guò)傳感器傳動(dòng)器總線(xiàn)進(jìn)行傳輸，從而提供了一種數據和電量能通過(guò)一種共享的媒介進(jìn)行傳輸的低成本且簡(jiǎn)單易行的技術(shù)。

　　現場(chǎng)層級通信：分布式設備（如 I/O 模塊、變送器、驅動(dòng)裝置、分析設備以及電子管或操作員終端）通過(guò)一個(gè)功能強大的實(shí)時(shí)通信系統和自動(dòng)控制系統進(jìn)行通信。

　　光電元件層級通信：可編程控制器（如PLC 和 PC）之間不但互相通信，而且還通過(guò)使用諸如以太網(wǎng)、TCP/IP、企業(yè)內部互聯(lián)網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)等標準和辦公室應用中的 IT 系統進(jìn)行通信。

　　PROFIBUS 和其他現場(chǎng)總線(xiàn)系統已于 1999 年被確立為國際標準――IEC 61158。該標準的第二部分 (IEC 61158-2) 定義了幾種傳輸技術(shù)，其中 RS-485 就是 PROFIBUS 中一種最為常用的技術(shù)。

　　PROFIBUS標準的兼容性要視具體的應用而定，這種設計所采用的幾個(gè)組件會(huì )對整體兼容性產(chǎn)生影響，其中的一個(gè)組件便是 RS-485 收發(fā)器。選擇一個(gè)收發(fā)器時(shí)，您必須要了解物理層，并清楚該收發(fā)器在該物理層中的作用。

　　PROFIBUS 收發(fā)器的選擇

　　兩個(gè)關(guān)鍵特性使 PROFIBUS 有別于標準的 RS-485 收發(fā)器。第一個(gè)特性是驅動(dòng)器的差動(dòng)輸出 VOD，且非常適用于 PROFIBUS DP 應用。第二個(gè)特性是為總站電容組成部分的差動(dòng)輸出電容，從而限制了 IEC 61158-2 規定的最大信令速率。

　　差動(dòng)輸出電壓 (VOD)

　　RS-485 將 VOD 定義為 C7V～12V 共模電壓范圍中 60-Ω 電阻兩端的差動(dòng)輸出電壓（請參見(jiàn)圖 2）。PROFIBUS DP 主從通信協(xié)議測試規范要求，峰至峰差動(dòng)輸出電壓VOD (PP) 應該介于 4V～7V 之間。大多數產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)都沒(méi)有規定峰至峰值，而是規定了最小的零至峰值電壓 VOD = ±2.1V，也就是 4.2 VPP。

圖 2 施加一定負載的 RS-485 總線(xiàn)收發(fā)器與施加相同負載的 PROFIBUS 收發(fā)器的比較

　　將 VOD 定義運用于 PROFIBUS 負載

　　圖 2 中左邊的等效電路顯示了一個(gè) 32 單位負載的 RS－485 總線(xiàn)，而右邊的電路則顯示了一個(gè)相同單位負載的 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò )。等效電路的變化是由 PROFIBUS 標準的額外要求引起的，該標準要求必須在總線(xiàn)兩端各提供一個(gè)上拉電阻和一個(gè)下拉電阻，以在出現一個(gè)總線(xiàn)閑置時(shí)保持差動(dòng)電壓。

　　高 VOD 提供了更大的噪聲容限

　　5V 端接電壓帶來(lái)了 VOD 的正向偏移，從而將一個(gè)非對稱(chēng)波形帶至接收機輸入端。這種非對稱(chēng)性會(huì )導致接收機輸出端上的占空比失真。占空比失真的程度取決于信號上升和下降次數，以及接收機的輸入閥值。由于大多數 PROFIBUS 應用均處在嘈雜的工業(yè)環(huán)境中，因此非對稱(chēng)性還意味著(zhù)一種邏輯狀態(tài)的噪聲容限比另一種特別關(guān)注的邏輯狀態(tài)的噪聲容限低。最終，驅動(dòng)器必須要克服這種偏移，以滿(mǎn)足 PROFIBUS DP 測試準則的要求，即要求總線(xiàn)電壓振幅變化不超過(guò) 0.5V。

　　正是由于上述原因，PROFIBUS 驅動(dòng)器規定的最小 VOD 值應大于 RS-485 應用中的典型值。

　　反射和 Vcc 變化帶來(lái)更大的 VOD

　　PROFIBUS 標準定義了 A 型線(xiàn)纜的規格（請參見(jiàn) IEC 61158-2 的表 100），其將被用于 220Ω 總線(xiàn)終端。由于這種特有線(xiàn)纜阻抗值可以在 135Ω～165Ω 之間變化（在 20MHz 的帶寬范圍），而線(xiàn)纜末端的等效差動(dòng)終端阻抗為 171Ω，因此阻抗不匹配所帶來(lái)的反射和電源電壓變化將使 VOD 超過(guò)表 1 所示的 PROFIBUS DP 測試準則規定的限制等級。