ПРОФИБУС-ДП (Дистрибутед Перипхералс) стандард фиелдбус постоји више од две деценије, али његови захтеви физичког слоја остају нејасни, што често доводи до забуне у дефиницијама примопредајника. Међутим, било каква нејасноћа очигледно није спречила ПРОФИБУС да постане веома успешно решење сабирнице, са преко 50 милиона уређаја инсталираних широм света. Како се постављају нови системи, од кључне је важности да пројектантски инжењери знају да су примопредајници које користе дизајнирани за најновију и најтачнију интерпретацију ПРОФИБУС-ДП стандарда.
Основе ПРОФИБУС-ДП (Дистрибутед Перипхералс).
Бржи, једноставнији ПРОФИБУС-ДП стандард настао је 1993. из његовог споријег, сложенијег матичног стандарда, ПРОФИБУС ФМС (Фиелдбус Мессаге Специфицатион). ПРОФИБУС-ДП такође има млађи, мање популаран истоврсни или дериватни стандард, ПРОФИБУС-ПА (Процесс Аутоматион), који користи пренос снаге Манчестерске магистрале (МБП) и напаја се преко магистрале, што га чини идеалним за суштински безбедне апликације у опасним окружењима. Међутим, ПРОФИБУС-ДП остаје најшире коришћена верзија ПРОФИБУС-а данас због својих -и-карактеристика, флексибилности и -ефикасности. Од управљања сензорима и актуаторима у индустријским постројењима до комуникације са мерилима протока у железничким колодворима и разним роботским апликацијама, ПРОФИБУС-ДП децентрализује И/О картице (мастере) од контролера до локација ближе сензорима и актуаторима (славе).
ПРОФИБУС-ДП може да комуницира преко више медија, укључујући бакарну жицу, оптичка влакна, па чак и ваздух у инфрацрвеним комуникаторима. До данас, најчешћи битни преносни медиј (Слој 1 ИСО/ОСИ модела) за ПРОФИБУС-ДП мастер и славе је кабл са упреденом паром који користи РС485 примопредајнике. Ово није изненађујуће с обзиром на -брзину диференцијалну сигнализацију РС485 и робусну комуникацију на великим удаљеностима између више уређаја у бучним окружењима. Више мастера, као што су ПЛЦ (програмабилни логички контролери), могу повезати до 30 славе-ова по сегменту у линеарној топологији. Коришћење чворишта (паралелних сегмената) или репетитора (серијских сегмената) може проширити мрежу на 124 славе. Сегменти морају бити прекинути на оба краја коришћењем активног завршетка. Сви робови могу бити-врући укључени у аутобус,
95% РС485, 5% конфузија
ПРОФИБУС-ДП усваја већину ТИА/ЕИА-485-А РС485 стандарда, али укључује модификације које се могу ненамерно превидети због већих проблема са системом. Стога, супротно уобичајеном мишљењу, нису сви РС485 примопредајници и каблови погодни за ПРОФИБУС-ДП мреже. Постоје разлике у ожичењу, завршетку, именовању сигнала и захтевима драјвера; ако их пребрзо превидите, може лако угрозити перформансе (или још горе, сертификацију) ваших главних или славе уређаја.
Иако стандард РС485 не наводи захтеве за ожичење, 120-Ω оклопљени упредени пар (СТП) кабл је постао конвенционална препорука. Међутим, ПРОФИБУС-ДП препоручује СТП кабл од 150 Ω. Нажалост, 120 Ω се не може приближити 150 Ω, а ова мала разлика у импеданси кабла заправо захтева употребу различитих каблова. ПРОФИБУС-ДП такође наводи максималне дужине каблова, које зависе од тога који се од 10 „корака“ брзине преноса користи, у распону од 1200 м при 9,6 кбит/с до 100 м при 12 Мбит/с.
Наравно, различити захтеви за импедансом кабла доводе до различитих захтева за завршетак. Да би се минимизирала рефлексија сигнала, РС485 инсталације обично користе један завршни отпорник од 120-Ω на сваком крају магистрале, док ПРОФИБУС-ДП препоручује терминалну мрежу од 171-Ω на сваком крају. Чекај, да ли је то грешка у куцању? ПРОФИБУС-ДП препоручује 171 Ω, па зар то не одговара карактеристичној импеданси од 150 Ω препорученог кабла? Апсолутно. Слика 1 илуструје разлике између кабловске и терминалне мреже која се користи за ПРОФИБУС-ДП у односу на РС485. Можете видети два отпорника сабирнице од 390 Ω који се користе са завршним отпорницима од 220 Ω; диференцијални отпор је 171 Ω. Ово очигледно није савршено решење за кабл од 150 Ω, што резултира незнатно недовољним пригушењем мреже. Али не брините, јер ово указује само на малу неравнину или повећање напона сигнала на пријемном крају кабла, који траје двоструко од кашњења ширења кабла.
Слика 1: Разлике у кабловима, завршецима и додели пинова између РС485 и ПРОФИБУС-ДП мрежа.
Ако неусклађеност каблова/завршетака није била довољна, именовање пинова магистрале на ПРОФИБУС примопредајницима би требало додатно да збуни ваша очекивања. Можда сте приметили обрнуте називе пинова који се користе на слици 1. У већини генеричких РС485 примопредајника, пин А је улаз пријемника заједничког-режима (и излаз драјвера заједничког{4}}режима), док је пин Б излаз пријемника диференцијалног-режима и улаз драјвера. Међутим, ПРОФИБУС стандард описује поларитет магистрале на начин да су пинови Б и А обрнути. Зашто недоследност? Оригинални ТИА/ЕИА-485-А стандард није експлицитно дефинисао поларитет магистрале у односу на функцију логичког сигнала, тако да су дизајнери РС485 ИЦ готово увек тумачили спецификацију на један начин, док су је други тумачили на други. Шта ово значи за вас? Нарочито ако имате и РС485 и ПРОФИБУС-ДП пројекте, морате обратити велику пажњу када мапирате пинове магистрале примопредајника на конекторе.
С обзиром на број постојећих примопредајника са недефинисаним спецификацијама, излазни напон диференцијалног драјвера (В_(ОД)) је вероватно најпогрешније схваћена или занемарена спецификација у ПРОФИБУС-ДП физичком слоју. РС485 наводи В_(ОД) између линија А и Б као 1,5 до 5 В пеак-до-диференцијал, мерено на терминалима драјвера коришћењем 54-Ω отпорника између А и Б. ПРОФИБУС-ДП наводи В_(ОД) као 4 до 16 В пеак, мерење од 4 до 7 В пе на другом крају кабла са терминаторима на оба завршава.
Уобичајена заблуда је да ако РС485 драјвер производи преко 2,1 В на оптерећењу од 54-Ω, он ће задовољити ПРОФИБУС-ДП захтеве када се користи са ПРОФИБУС-ДП терминираном мрежом. Међутим, то није увек тачно. Снага РС485 драјвера може бити превелика и премашити 7-В пеак-до-пеак ПРОФИБУС-ДП ограничење. Имајте на уму да сви уобичајени "ПРОФИБУС"-компатибилни РС485 примопредајници специфицирају само минимални В_(ОД) (тј. 2,1 В) без максимума. Најбољи метод да се обезбеди усаглашеност са ПРОФИБУС-ДП В_(ОД) је тестирање примопредајника коришћењем ПРОФИБУС оптерећења.
Слика 2 илуструје како да тестирате ЛТЦ2877 робусни ПРОФИБУС РС485 примопредајник помоћу ПРОФИБУС-ДП оптерећења и неких серијских отпорника за симулацију губитка кабла, при чему се В_(ОД) (плава крива) мери од „краја кабла“ (А' и Б') да би се осигурала права усаглашеност са ПРОФИБДП-ом{5}специфичном за ПРОФИБУС{5}. ЛТЦ2877 је такође у потпуности тестиран са РС485 оптерећењем како би се осигурала ВОД усклађеност са оба стандарда.
Слика 2: Тестирање диференцијалног излазног напона ЛТЦ2877 (ВОД) коришћењем ПРОФИБУС-ДП оптерећења.
Заштита ПРОФИБУС-ДП-а
ТИА/ЕИА-485-Стандард обезбеђује минималне захтеве за заштиту од буке, кварова, ЕСД-а, пролазних појава (брзи електрични транзијенти) или пренапона. Сходно томе, произвођачи и дизајнери примопредајника морају независно имплементирати електричну заштиту. Иако се захтеви заштите разликују у зависности од примене, одређени примопредајници – укључујући ЛТЦ2877 приказан на слици 3 – пружају заштиту високог нивоа која испуњава све захтеве тржишта.
ТИЕ/ЕИА-485-Стандард наводи да одступање уземљења између два уређаја на мрежи може да буде од –7 до +12 В. Међутим, многе ПРОФИБУС{{11}ДП инсталације могу наићи на напоне знатно веће од овог, што може да изазове озбиљна оштећења ПРОФИБУС-ДП примопредајника. ПРОФИБУС се обично користи у системима од 24В, где кратки спој "стандардног" РС485 уређаја на 24В може бити фаталан. Дизајнери би требало да захтевају пријемник са проширеним опсегом заједничког-режима од –25 до +25 В. Замена типичних ПРОФИБУС-ДП примопредајника са ±60В-заштићеним ЛТЦ2877 елиминише кварове у пољу услед кварова пренапона без потребе за скупом спољном заштитом. Пошто су ПРОФИБУС-ДП примопредајници ефективно прва линија одбране система, они се морају заштитити од различитих нивоа ЕСД пренапона. Неки ПРОФИБУС примопредајници нуде 15кВ ЕСД заштиту на својим пиновима магистрале када су без{29}}напона; други производи, као што је ЛТЦ2877, обезбеђују ±26кВ ХБМ ЕСД заштиту у односу на уземљење или било које напајање без закључавања или оштећења, без-без напона или под напоном, иу било ком режиму рада. Додатно, пинови сабирнице су заштићени од ±52кВ пренапона земља-земља када су без напајања.
Други облик електричног пренапрезања је ЕФТ, дефинисан стандардом ИЕЦ 61000-4-4 ЕФТ као високонапонски ударни импулси у трајању од 60 микросекунди. Ова врста пренапрезања је обично узрокована лучним контактима у прекидачима и релејима, уобичајеним у индустријским окружењима где електромеханички прекидачи повезују и искључују индуктивна оптерећења. Они треба да обезбеде да изабрани примопредајник испуњава највиши ниво ИЕЦ 61000-4-4, ниво 4, што је еквивалентно напону отвореног кола од 2 кВ на пиновима магистрале.
Можда најтежи облик електричног преоптерећења је талас који природа испоручује у облику муње. Стога није изненађујуће да минијатурни примопредајни ИЦ-ови попут ЛТЦ2877 немају инхерентну заштиту од пренапона ове величине. Уместо тога, спољне компоненте за заштиту од пренапона, укључујући МОВ, ТВС диоде, ТСПД (тиристорски заштитни уређаји од пренапона) и ГДТ (цеви за испуштање гаса), обично се користе у ПРОФИБУС-ДП системима где су компоненте изложене на било који начин. ЛТЦ2877 не може сам да издржи ударе грома, али његова висока оцена пинова од ±60В олакшава проналажење спољних заштитних компоненти које могу да обезбеде овај ниво заштите.