PROFIBUS-DP fiziskā slāņa atklāšana

What exactly is Profibus-DP in layman's terms? (Maijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Plaši izmantotais PROFIBUS-DP modelis atbilst daudzām rūpnieciskās automatizācijas / robotikas lietojumprogrammām

PROFIBUS-DP (Distributed Peripherals) fieldbus standarts ir bijis aptuveni vairāk nekā divus gadu desmitus, un tomēr fiziskās slāņa prasības joprojām var būt neskaidras, un tas bieži vien rada neskaidrības rācijas uztvērēju definīcijās. Tomēr jebkāda neskaidrība nepārtrauca PROFIBUS kļūt par ļoti veiksmīgu universālveikalu risinājumu, jo visā pasaulē ir uzstādīti vairāk nekā 50 miljoni ierīču. Tā kā jaunas sistēmas tiek izvietotas, dizaina inženieriem ir svarīgi zināt, ka viņi izmanto raiduztvērējus, kas paredzēti, lai precīzāk un precīzi interpretētu PROFIBUS-DP standartu.

PROFIBUS-DP (Distributed Peripherals) pamati

Ātrāks, vienkāršākais PROFIBUS-DP standarts ir dzimis 1993. gadā no lēnākas, sarežģītākas PROFIBUS FMS (Fieldbus ziņojumu specifikācijas) vecāka standarta. PROFIBUS-DP ir arī jaunāks, mazāk populārs vecāku vai atvasināto standartu PROFIBUS-PA (Process Automation), kas izmanto Manchester Bus Powered (MBP) pārraidi ar jaudu pār autobusu, padarot to piemērotu iekšējiem drošības lietojumiem bīstamās vidēs. Bet PROFIBUS-DP šodien ir visplašāk izmantotā PROFIBUS versija, pateicoties tā plug-and-play raksturu, elastīgumu un rentabilitāti. No industriālā rūpnīcā esošo sensoru un izpildmehānismu vadības līdz komunikācijai ar plūsmas mērītājiem dzelzceļa pagalmā un dažādiem robotikas lietojumiem PROFIBUS-DP decentralizē I / O kartes (meistari) no kontrolieriem un tuvina tiem sensoriem un izpildmehānismiem (vergiem), kas rada daudzas uzstādīšanas un ekspluatācijas priekšrocības.
PROFIBUS-DP var sazināties dažādos plašsaziņas līdzekļos, ieskaitot vara vadus, optisko šķiedru un pat gaisu infrasarkanajā komunikatorā. Līdz šim PROFIBUS-DP kapteiņu un vergu visbiežāk izmantotais datu pārraides ātrums (ISO / OSI modeļa 1. slānis) ir vītā pāra, izmantojot RS485 uztvērējus. Tas nav pārsteidzoši, ņemot vērā RS485 ātrgaitas diferenciālo signālu un stabilu saziņu starp vairākām ierīcēm lielos attālumos trokšņainās vidēs. Vairāki meistari, piemēram, PLC (programmējamie loģiskie kontrolleri), var savienot ar 30 vergauniem vienā segmentā lineārā topoloģijā. Tīklus var paplašināt līdz 124 vergiem, izmantojot centrus (paralēlos segmentus) vai atkārtotājus (sērijas segmentus). Segmentus abos galos pārtrauc, izmantojot aktīvu izbeigšanu. Visus vergus var karsts aizstāt ar autobusu, un to pozīcija nav svarīga, jo katram verdzejam ir piešķirta unikāla tīkla adrese.

95% RS485, 5% neskaidrības

PROFIBUS-DP ir pieņēmusi lielu daļu TIA / EIA-485-A RS485 standarta, taču veica dažas izmaiņas, kuras var nejauši aizmirst par lielāku sistēmas problēmu dēļ. Rezultātā, pretēji plaši pazīstamajam, ne visi RS485 uztvērēji un kabeļi ir piemēroti PROFIBUS-DP tīkliem. Pastāv atšķirības kabeļu, izbeigšanas, signālu nosaukumu un vadītāja prasībās; pārāk ātri, lai noraidītu šīs atšķirības, varētu viegli maksāt jūsu kapteiņa vai slave ierīces veiktspēju (vai sliktāk - sertifikāciju).
Kaut arī RS485 standarts nenosaka prasības par kabeļu ražošanu, 120-Ω ekranēts vītā pāra kārta ir kļuvusi par parastu ieteikumu. Tomēr PROFIBUS-DP iesaka 150-Ω ekranētu vītā pāra. Diemžēl 120 Ω nevar tikt aproksimēti kā 150 Ω, un šī nelielā atšķirība kabeļu pretestībā faktiski prasa izmantot dažādus kabeļus. PROFIBUS-DP arī nosaka maksimālo kabeļa garumu, kas ir atkarīgs no tā, kāds ir viens no 10 bodu ātruma "soļiem", sākot no 1200 m 9, 6 kbits / s līdz 100 m ar 12 Mbits / s.
Protams, ar atšķirīgām prasībām attiecībā uz kabeļu pretestību, ir atšķirīgas prasības par izbeigšanu. Lai samazinātu signāla atstarojumus, RS485 iekārtās abos autobusu galos parasti tiek izmantots viens 120 Ω termināļa rezistors, savukārt PROFIBUS-DP iesaka 171-Ω izolēšanas tīklu abos autobusa galos. Pagaidi, vai tā bija drukas kļūda? PROFIBUS-DP iesaka 171-Ω, tādējādi neatbilst ieteicamā kabeļa 150 -Ω raksturīgajai pretestībai? Absolūti 1. attēlā parādīts, kā PROFIBUS-DP izmantotais kabelis un savienojuma pabeigšanas tīkls atšķiras no RS485. Jūs varat redzēt, ka divi 390-Ω rezistori ar rezistoru tiek izmantoti ar 220-Ω terminālo rezistoru; diferenciālā pretestība ir 171 Ω. Tas, protams, nav ideāli piemērots 150-Ω kabelim, kā rezultātā ir izveidots nedaudz vājš tīkls. Tomēr neuztraucieties, jo tas izpaužas kā tikai neliels signāls vai signāla sprieguma pieaugums kabeļa uztveres galā, kas ilgst divas reizes, kamēr kabeļu izplatīšanās kavēšanās.

1. attēls: kabeļa, izbeigšanas un tapu atšķirības RS485 un PROFIBUS-DP tīklos.

Ja kabeļa / izbeigšanas nesakritības nebija pietiekami, tad PROFIBUS uztvērēju kopnes nosaukumiem vajadzētu arī pārtraukt jūsu cerības. Iespējams, esat pamanījuši pretējos tapu nosaukumus, kas izmantoti 1. attēlā . Lielākajā daļā vispārējas lietošanas RS485 uztvērēju pin A ir ne-apgriežot uztvērēja ievade (un ne-apgriežot vadītāja izeju) un piespraudes B apgriezieni, salīdzinot ar uztvērēja izeju un vadītāja ievadi. Tomēr PROFIBUS standarts apraksta autobusu polaritāti tā, ka tapas B un A ir tieši pretēji tam. Kāpēc neatbilstība? Sākotnējais TIA / EIA-485-A standarts nav skaidri definēts attiecībā uz autobusu polaritāti attiecībā pret loģiskās signāla funkciju, tādēļ RS485 IC dizaineri gandrīz vienmēr interpretē specifikāciju vienā virzienā, kamēr citi to interpretē citā veidā. Ko tas nozīmē jums, īpaši, ja jums ir gan RS485, gan PROFIBUS-DP projekti, vai jums ir jāpievērš īpaša uzmanība, kartējot raiduztvērēja pieslēgvietas savienotājiem.
Pamatojoties uz nepietiekami definētu uztvērēju skaitu, kas ir pieejami ārpus telpām, atšķirīgais draivera izejas spriegums (V OD ), iespējams, ir kļūdaini interpretēts vai ignorēts PROFIBUS-DP fiziskā slāņa specifikācijā. RS485 norāda, ka V OD starp A un B līnijām jābūt 1, 5 līdz 5 V, maksimālais diferenciālis, mērot pie vadītāja spailēm ar 54 Ω rezistoru starp A un B. PROFIBUS-DP norāda, ka V OD jābūt no 4 līdz 7 V, maksimālais diferenciālis, mērīts kabeļa tālās puses galā, ar nobeigumu katrā galā.
Vienkāršs pārpratums ir tāds, ka tad, ja RS485 draiveris vienkārši izveido vairāk nekā 2, 1 V pie 54 Ω slodzes, tad tas atbilst PROFIBUS-DP prasībām, ja to lietos kopā ar PROFIBUS-DP izbeigšanas tīklu. Tomēr tas ne vienmēr ir taisnība. RS485 vadītāja stiprums var būt pārāk augsts un pārsniegt 7 V PP PROFIBUS-DP robežu. Uzmanieties no pārāk izplatītā "PROFIBUS" saderīgā RS485 uztvērēja, kas nosaka tikai minimālo V OD vērtību (ti, 2, 1 V) bez maksimālās vērtības. Labākais veids, kā nodrošināt PROFIBUS-DP V OD atbilstību, ir pārbaudīt uztvērēju ar PROFIBUS slodzi.
2. attēlā parādīts, kā LTC2877 Rugged PROFIBUS RS485 uztvērējs tiek pārbaudīts ar PROFIBUS-DP slodzi un dažu sēriju izturību, lai imitētu kabeļu zudumus, kur V OD (zilā līkne) tiek ģenerēts no mērījumiem, kas veikti "kabeļa galā" ( A 'un B'), lai nodrošinātu, ka PROFIBUS-DP specifikācija ir patiesi izpildīta. LTC2877 ir pilnībā pārbaudīts ar RS485 slodzi, lai nodrošinātu V OD saderību ar abiem standartiem.

2. attēls: Diferenciālā izejas sprieguma LTC2877 pārbaude (VOD), izmantojot PROFIBUS-DP slodzi.

PROFIBUS-DP aizsardzība

TIA / EIA-485-A standarts ļoti maz norāda uz trokšņa, kļūmju, ESD, pārejas (ātras elektriskās pārejas) vai strauju apkarošanu, ļaujot raidītājam ražotājiem un dizaineriem īstenot savu elektrisko aizsardzību. Kaut arī aizsardzības prasības atšķiras no piemērošanas, daži uztvērēji, tostarp LTC2877, kā parādīts 3. attēlā, var aptvert visas tirgus prasības ar augstu aizsardzības līmeni.

3. attēls: LTC2877 uztvērējs nodrošina vairākus aizsardzības līmeņus.
TIE / EIA-485-A standarts nosaka, ka zemes maiņa starp divām ierīcēm tīklā var būt tikpat liela kā -7 līdz +12 V. Tomēr daudzas PROFIBUS-DP iekārtas var saskarties ar daudz lielāku spriegumu nekā tas, kas var izraisīt kritisku bojājums PROFIBUS-DP raiduztvērējam. PROFIBUS bieži tiek izmantots 24 V sistēmās, kur "standarta" RS485 ierīces līdz 24 V īssavienojums var būt letāls. Projektētājam būtu jāpieprasa uztvērējs ar paplašinātu kopējo režīmu diapazonu no -25 līdz +25 V. Parastā PROFIBUS-DP raiduztvērēja nomaiņa ar ± 60V aizsargātu LTC2877 var novērst lauka atteici pārsprieguma kļūmju dēļ, neradot dārgu ārēju aizsardzību.

Tā kā PROFIBUS-DP uztvērēji ir burtiski sistēmas pirmā aizsardzības līnija, tiem jābūt spējīgiem pasargāt sevi no dažādiem ESD triecienu līmeņiem. Daži PROFIBUS uztvērēji ir aizsargāti pret 15 kV ESD aizsardzību savos autobusu spraudņos, kad tie nav aprīkoti; citi, tāpat kā LTC2877, nodrošina ± 26-kV HBM ESD aizsardzību attiecībā pret zemi vai kādu no piegādēm, bez aizsprostošanās vai bojājumiem, bez sprieguma vai strāvas, kā arī jebkurā darbības režīmā. Bez tam, autobusu spraudņi tiek pasargāti no ± 52 kV trieciena uz zemes sprādziena, kad tās nav izturīgas.
Cits elektriskās pārslodzes veids ir EFT, kas, saskaņā ar IEC 61000-4-4 EFT standartu, ir spriegumi augsta sprieguma tapas, kas ilgst 60 sekundes. Šis pārslodzes veids parasti rodas, saspiežot kontaktus slēdžiem un relejiem, kas parasti ir industriālā vidē, kurā elektromehāniskie slēdži tiek izmantoti, lai pievienotu un atvienotu induktīvās slodzes. Viņiem vajadzētu būt pārliecinātiem, ka izvēlētais raidītājs atbilst visaugstākajam IEC 61000-4-4 smaguma pakāpei, kas ir 4. līmenis, kas ir pielīdzināms 2 kV atvērtā strāvas spriegumam uz kopnes tapām.
Varbūt vissmagākā veida elektriskā pārslodze ir pārsteidzošā Mātes daba, kas izpaužas kā zibens. Tāpēc nav pārsteigums, ka tiny transceiver IC, tāpat kā LTC2877, nepiemīt savdabīgai aizsardzībai pret šāda apjoma elektriskām pārslodzēm. Tā vietā PROFIBUS-DP sistēmās parasti tiek izmantotas ārējās pārslodzes aizsardzības komponentes, ieskaitot MOV, TVS diodes, TSPD (tiristoru pārsprieguma aizsardzības ierīces) un GDT (gāzizlādes caurules). LTC2877 nedarbosies pret zibens spērieniem solo, taču tā augstā ± 60 V vērtējuma precizitāte ļauj viegli atrast ārējās aizsardzības komponentus, kas spēj nodrošināt šo aizsardzības līmeni.

CHRISTOPHER GOBOK, produktu mārketinga inženieris, Linear Technology, www.linear.com