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

　　在過去的十年里，PROFIBUS 成為了全球現(xiàn)場總線技術(shù)市場的領(lǐng)頭羊，其在提供現(xiàn)場級橫向通信的同時，還可通過數(shù)個等級分層提供縱向通信。分層和協(xié)調(diào)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(wǎng)連接（通過 PROFInet）的PROFIBUS]可為生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)中的清晰聯(lián)網(wǎng)提供理想的先決條件（請參見圖 1）。

　　
圖 1 自動控制技術(shù)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(shù)據(jù)和電量能通過一種共享的媒介進行傳輸?shù)牡统杀厩液唵我仔械募夹g(shù)。

　　現(xiàn)場層級通信：分布式設備（如 I/O 模塊、變送器、驅(qū)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(wǎng)、TCP/IP、企業(yè)內(nèi)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(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(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組件會對整體兼容性產(chǎn)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(guān)鍵特性使 PROFIBUS 有別于標準的 RS-485 收發(fā)器。第一個特性是驅(qū)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(shù)產(chǎn)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(wǎng)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(shù)，以及接收機的輸入閥值。由于大多數(shù) 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(guān)注的邏輯狀態(tài)的噪聲容限低。最終，驅(qū)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(qū)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。