采用 PROFIBUS 標準的工業(yè)聯(lián)網技術

　　在過去的十年里，PROFIBUS 成為了全球現(xiàn)場總線技術市場的領頭羊，其在提供現(xiàn)場級橫向通信的同時，還可通過數個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(tǒng)[例如：同時具有低層面 AS 接口連接和高層面以太網連接（通過 PROFInet）的PROFIBUS]可為生產過程各環(huán)節(jié)中的清晰聯(lián)網提供理想的先決條件（請參見圖 1）。

　　
圖 1 自動控制技術中的通信圖解

　　傳感器―傳動器層級通信：二進制傳感器和傳動器信號通過傳感器傳動器總線進行傳輸，從而提供了一種數據和電量能通過一種共享的媒介進行傳輸的低成本且簡單易行的技術。

　　現(xiàn)場層級通信：分布式設備（如 I/O 模塊、變送器、驅動裝置、分析設備以及電子管或操作員終端）通過一個功能強大的實時通信系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)進行通信。

　　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，而且還通過使用諸如以太網、TCP/IP、企業(yè)內部互聯(lián)網以及互聯(lián)網等標準和辦公室應用中的 IT 系統(tǒng)進行通信。

　　PROFIBUS 和其他現(xiàn)場總線系統(tǒng)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，其中 RS-485 就是 PROFIBUS 中一種最為常用的技術。

　　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組件會對整體兼容性產生影響，其中的一個組件便是 RS-485 收發(fā)器。選擇一個收發(fā)器時，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

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

　　差動輸出電壓 (VOD)

　　RS-485 將 VOD 定義為 C7V～12V 共模電壓范圍中 60-Ω 電阻兩端的差動輸出電壓（請參見圖 2）。PROFIBUS DP 主從通信協(xié)議測試規(guī)范要求，峰至峰差動輸出電壓VOD (PP) 應該介于 4V～7V 之間。大多數產品說明書都沒有規(guī)定峰至峰值，而是規(guī)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 32 單位負載的 RS－485 總線，而右邊的電路則顯示了一個相同單位負載的 PROFIBUS 網絡。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兩端各提供一個上拉電阻和一個下拉電阻，以在出現(xiàn)一個總線閑置時保持差動電壓。

　　高 VOD 提供了更大的噪聲容限

　　5V 端接電壓帶來了 VOD 的正向偏移，從而將一個非對稱波形帶至接收機輸入端。這種非對稱性會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，因此非對稱性還意味著一種邏輯狀態(tài)的噪聲容限比另一種特別關注的邏輯狀態(tài)的噪聲容限低。最終，驅動器必須要克服這種偏移，以滿足 PROFIBUS DP 測試準則的要求，即要求總線電壓振幅變化不超過 0.5V。

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

　　反射和 Vcc 變化帶來更大的 VOD

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