PROFIBUS-DP (Distributed Peripherals) fieldbus staðallinn hefur verið til í meira en tvo áratugi, en samt eru kröfur hans um líkamlegt lag óljósar, sem oft leiðir til ruglings í skilgreiningum senditækis. Hins vegar hefur enginn tvíræðni greinilega ekki komið í veg fyrir að PROFIBUS hafi orðið mjög farsæl fieldbus lausn, með yfir 50 milljón tækja uppsett um allan heim. Þegar ný kerfi eru tekin í notkun er mikilvægt fyrir hönnunarfræðinga að vita að senditækin sem þeir nota eru hönnuð fyrir nýjustu og nákvæmustu túlkun á PROFIBUS-DP staðlinum.
PROFIBUS-DP (dreift jaðartæki) grundvallaratriði
Hraðari og einfaldari PROFIBUS-DP staðall kom árið 1993 upp úr hægari og flóknari móðurstaðli, PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). PROFIBUS-DP er einnig með yngri, minna vinsælan jafningja- eða afleiddan staðal, PROFIBUS-PA (Process Automation), sem notar Manchester Bus Power (MBP) sendingu og er knúinn yfir strætó, sem gerir hann tilvalinn fyrir sjálftryggan notkun í hættulegu umhverfi. Hins vegar er PROFIBUS-DP áfram mest notaða PROFIBUS útgáfan í dag vegna stinga-og-eiginleika, sveigjanleika og kostnaðar-hagkvæmni. Allt frá því að stjórna skynjurum og stýribúnaði í iðjuverum til samskipta við flæðimæla í járnbrautargörðum og ýmis vélfæraforrit, PROFIBUS-DP dreifir I/O kortum (masters) frá stjórnendum til staða sem eru nær skynjurum og stýribúnaði (þrælar).
PROFIBUS-DP getur átt samskipti yfir marga miðla, þar á meðal koparvír, ljósleiðara og jafnvel loft í innrauðum fjarskiptatækjum. Hingað til er algengasti bitaflutningsmiðillinn (Layer 1 af ISO/OSI líkaninu) fyrir PROFIBUS-DP herra og þræla snúinn-parsnúru með RS485 senditækjum. Þetta kemur ekki á óvart miðað við háhraða mismunadrifsmerkja RS485 og öflug samskipti yfir langar vegalengdir milli margra tækja í hávaðasömu umhverfi. Margir herrar, eins og PLCs (Programmable Logic Controllers), geta tengt allt að 30 þræla á hvern hluta í línulegri staðfræði. Notkun miðstöðva (samhliða hluta) eða endurvarpa (raðhlutar) getur stækkað netið í 124 þræla. Hlutum verður að slíta í báðum endum með því að nota virka uppsögn. Allir þrælar geta verið heitir-tengdir í strætó,
95% RS485, 5% rugl
PROFIBUS-DP notar megnið af TIA/EIA-485-A RS485 staðlinum en inniheldur breytingar sem gætu gleymst óvart vegna stærri kerfisvandamála. Þess vegna, þvert á almenna trú, henta ekki allir RS485 senditæki og snúrur fyrir PROFIBUS-DP net. Mismunur er á raflögn, uppsögn, heiti merkja og kröfum ökumanns; Að horfa framhjá þessum of fljótt getur auðveldlega haft áhrif á frammistöðu (eða það sem verra er, vottun) húsbónda- eða þrælatækjanna þinna.
Þó að RS485 staðallinn tilgreini ekki kröfur um raflögn, hefur 120-Ω varið snúið par (STP) snúru orðið hefðbundin ráðlegging. Hins vegar mælir PROFIBUS-DP með 150-Ω STP snúru. Því miður er ekki hægt að nálgast 120 Ω við 150 Ω og þessi örlítill munur á viðnám kapalsins krefst þess í raun að nota mismunandi snúrur. PROFIBUS-DP tilgreinir einnig hámarkslengd snúru, sem fer eftir því hvaða af 10 baud-hraða „þrepunum“ er notað, allt frá 1.200 m við 9,6 kbit/s til 100 m við 12 Mbit/s.
Auðvitað leiða mismunandi kröfur um kapalviðnám til mismunandi krafna um lúkningu. Til að lágmarka endurspeglun merkja nota RS485 uppsetningar venjulega eina 120-Ω lúkningarviðnám í hvorum enda strætósins, en PROFIBUS-DP mælir með 171-Ω lúkningarneti í hvorum enda. Bíddu, er þetta prentvilla? PROFIBUS-DP mælir með 171 Ω, þannig að það samsvarar ekki 150-Ω einkennandi viðnám kapalsins sem mælt er með? Algjörlega. Mynd 1 sýnir muninn á kapalnum og lúkningarnetinu sem notað er fyrir PROFIBUS-DP á móti RS485. Þú getur séð tvær 390-Ω strætó-forspennuviðnám notaðar með 220-Ω endaviðnámum; mismunaviðnámið er 171 Ω. Þetta er greinilega ekki fullkomið samsvörun fyrir 150-Ω snúru, sem leiðir til örlítið ófullnægjandi netdempunar. En ekki hafa áhyggjur, því þetta bendir aðeins til lítils höggs eða hækkunar á merkjaspennu við móttökuenda snúrunnar, sem varir tvöfalt útbreiðslu seinkun á snúrunni.
Mynd 1: Mismunur á snúrum, tengingum og pinnaúthlutun milli RS485 og PROFIBUS-DP netkerfa.
Ef ósamræmi í snúru/lokum væri ekki nóg, ætti nafngift strætapinna á PROFIBUS senditækjum að rugla væntingum þínum enn frekar. Þú gætir hafa tekið eftir öfugum pinnaheitum sem notuð eru á mynd 1. Í flestum almennum RS485 senditækjum er pinna A venjulegt-ham móttakarainntak (og algengt-ham drifúttak), en pinna B er mismunadrifið-ham móttakaraúttak og driverinntak. Hins vegar lýsir PROFIBUS staðallinn pólun strætó á þann hátt að pinnum B og A er snúið við. Hvers vegna ósamræmið? Uppruni TIA/EIA-485-A staðallinn skilgreindi ekki beinlínis pólun strætó í tengslum við rökræna merkjavirkni, svo RS485 IC hönnuðir túlkuðu nánast undantekningarlaust forskriftina á einn veg en aðrir túlkuðu hana á annan hátt. Hvað þýðir þetta fyrir þig? Sérstaklega ef þú ert með bæði RS485 og PROFIBUS-DP verkefni, verður þú að fylgjast vel með þegar þú kortleggur senditæki strætapinna við tengi.
Miðað við fjölda núverandi sendiviðtaka með óskilgreindum forskriftum, er úttaksspenna drifinns (V_(OD)) líklega sú forskrift sem er mest misskilin eða gleymst í PROFIBUS-DP efnislegu laginu. RS485 tilgreinir V_(OD) á milli lína A og B sem 1,5 til 5 V topp-til-toppsmismun, mældur á tengibúnaði ökumanns með því að nota 54-Ω viðnám á milli A og B. PROFIBUS-DP tilgreinir V_(OD V) sem 4 til 7 mismunur frá toppi-til topps, mældur yst á snúrunni með endalokum á báðum endum.
Algengur misskilningur er að ef RS485 bílstjóri framleiðir meira en 2,1 V á 54-Ω álagi mun hann uppfylla PROFIBUS-DP kröfur þegar hann er notaður með PROFIBUS-DP stöðvuðu neti. Hins vegar er þetta ekki alltaf rétt. Styrkur RS485 ökumanns gæti verið of mikill og farið yfir 7-V topp-til-hámark PROFIBUS-DP hámarks. Athugaðu að allir algengir „PROFIBUS“-samhæfðir RS485 senditæki tilgreina aðeins lágmarks V_(OD) (þ.e. 2,1 V) án hámarks. Besta aðferðin til að tryggja samræmi við PROFIBUS-DP V_(OD) er að prófa senditækið með því að nota PROFIBUS hleðslu.
Mynd 2 sýnir hvernig á að prófa LTC2877 harðgerða PROFIBUS RS485 senditækið með því að nota PROFIBUS-DP álag og nokkrar raðviðnám til að líkja eftir kapaltapi, þar sem V_(OD) (blá ferill) er mældur frá "kapalendanum" (A' og B') til að tryggja raunverulegt samræmi við PROFIBUS{.5}}DPUS{. LTC2877 er einnig fullprófaður með RS485 álagi til að tryggja VOD samræmi við báða staðla.
Mynd 2: Prófun á LTC2877 mismunaútgangsspennu (VOD) með því að nota PROFIBUS-DP álag.
Verndar PROFIBUS-DP
TIA/EIA-485-staðallinn veitir lágmarkskröfur um vernd gegn hávaða, bilunum, ESD, skammvinnum (rafmagnshröðum skammvinnum) eða bylgjum. Þar af leiðandi verða senditækisframleiðendur og hönnuðir að innleiða rafvörn sjálfstætt. Þó að verndarkröfur séu mismunandi eftir notkun, veita ákveðnir senditæki, þar á meðal LTC2877 sem sýnt er á mynd 3, hágæða vernd sem uppfyllir allar kröfur markaðarins.
TIE/EIA-485-staðallinn tilgreinir að jarðvegsforskot milli tveggja tækja á netinu geti verið á bilinu –7 til +12 V. Hins vegar geta margar PROFIBUS-DP uppsetningar lent í spennu sem er verulega hærri en þetta, sem getur valdið alvarlegum skemmdum á PROFIBUS DP sendum.{15}} PROFIBUS er almennt notað í 24V kerfum, þar sem skammstöfun á „venjulegu“ RS485 tæki í 24V getur verið banvænt. Hönnuðir ættu að krefjast móttakara með auknu algengu-stillingarsviði frá –25 til +25 V. Með því að skipta út dæmigerðum PROFIBUS-DP senditækjum fyrir ±60V-varið LTC2877 útilokar vettvangsbilanir vegna ofspennubilana án þess að þurfa kostnaðarsama ytri vernd. Þar sem PROFIBUS-DP senditæki eru í raun fyrsta varnarlína kerfisins, verða þeir að verja sig gegn ýmsum stigum ESD bylgja. Sumir PROFIBUS senditæki bjóða upp á 15kV ESD vörn á strætapinnum sínum þegar þeir eru-kveiktir; aðrar vörur, eins og LTC2877, veita ±26kV HBM ESD vörn miðað við jörð eða annaðhvort aflgjafa án þess að læsast eða skemmast, hvort sem er-kveikt eða spennt, og í hvaða notkun sem er. Að auki eru strætapinnarnir varðir gegn ±52kV straumhöggi frá jörðu til jarðar þegar þeir eru ekki rafmagnslausir.
Önnur tegund rafspennu er EFT, skilgreind af IEC 61000-4-4 EFT staðlinum sem háspennupúlsar sem endast í 60 míkrósekúndur. Þessi tegund ofspennu er venjulega af völdum ljósboga í rofa og liða, algengt í iðnaðarumhverfi þar sem rafvélrænir rofar tengja og aftengja inductive loads. Þeir ættu að tryggja að valinn senditæki uppfylli hæsta stig IEC 61000-4-4, stig 4, sem jafngildir 2 kV opnu spennu á strætapinnunum.
Kannski er alvarlegasta form raforkuálags bylgja sem náttúran gefur í formi eldinga. Þess vegna kemur það ekki á óvart að smásjársendingar IC eins og LTC2877 skorti innbyggða vörn gegn byljum af þessari stærðargráðu. Þess í stað eru ytri bylgjuvarnarhlutar, þar á meðal MOV, TVS díóða, TSPD (Thyristor Surge Protective Devices) og GDT (Gas Discharge Tubes), venjulega notaðir í PROFIBUS-DP kerfum þar sem íhlutir eru óvarðir á einhvern hátt. LTC2877 þolir ekki eldingar einar sér, en há ±60V pinnaeinkunn gerir það auðvelt að finna ytri verndaríhluti sem geta veitt þessa vernd.