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1引言
隨著自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在現(xiàn)有的各種現(xiàn)場(chǎng)總線中，PROFIBUS總線占有很大的市場(chǎng)份額，并提供了DP、PA和FMS三種協(xié)議類型。2006年11月PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線正式成為我國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T20540-2006)。作為PROFIBUS總線中重要的一種類型，PROFIBUS-DP主要是面向工廠現(xiàn)場(chǎng)層應(yīng)用，主要特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小，但數(shù)據(jù)傳輸速率較快，最快可達(dá)12Mbps,用于設(shè)備級(jí)控制部分與分散式I/O的通信，可取代24VDC或4?20mA信號(hào)傳輸。
如今PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，各種惡劣環(huán)境中對(duì)PROF1BUS-DP網(wǎng)絡(luò)的干擾源也越來(lái)越多，如變頻器、交流接觸器、大功率電機(jī)的啟動(dòng)、停止等都產(chǎn)生電磁污染，通過(guò)空間輻射和動(dòng)力電源線對(duì)電子設(shè)備造成干擾。所以需要釆取必要的措施來(lái)保證PROFIBUS.DP網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。
2PROFIBUS-DP組網(wǎng)規(guī)則
保證PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的可靠性首先在組網(wǎng)的時(shí)候要遵循一定的組網(wǎng)規(guī)則，PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)是RS485串口通訊，半雙工,支持光纖通訊，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)理論上最多可連接127個(gè)物理站點(diǎn)，其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備。每個(gè)物理網(wǎng)段最多32個(gè)物理站點(diǎn)設(shè)備，物理網(wǎng)段兩終端都需要設(shè)置終端電阻或使用有源終端電阻，每個(gè)網(wǎng)段的通訊距離或者設(shè)備數(shù)如果超限，需要增加RS485中繼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓展，中繼器最多可申聯(lián)9個(gè)。如果網(wǎng)絡(luò)中涉及到分支電纜，則應(yīng)注意分支電纜的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守PROFIBUS的協(xié)議規(guī)定，如表1所示。

3硬件抗干擾性設(shè)計(jì)
在遵循PROFIBUS-DP組網(wǎng)規(guī)則的前提下，需要選擇一款安全、穩(wěn)定的帶DP通訊功能的工業(yè)儀表。工業(yè)儀表均配備了PROFIBUS-DP選件板，在PROFIBUS-DP組網(wǎng)通訊時(shí)安全穩(wěn)定，適合各種工業(yè)稱重場(chǎng)合，其硬件抗干擾設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在地線部分、電源部分、接口及其他措施等幾個(gè)方面。
3.1地線部分
接地是抑制干擾的重要方法之一。儀表中地線結(jié)構(gòu)大致有系統(tǒng)地、機(jī)殼地、數(shù)字地和模擬地等，如能將接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)使用可解決大部分干擾問(wèn)題。主要釆取的方法有：
（1）    數(shù)字、模擬電路分開(kāi)
在儀表中，既有模擬電路信號(hào)接入，也有數(shù)字電路信號(hào)傳輸，因此，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，將數(shù)宇電路的信號(hào)線和模擬電路的信號(hào)線相互隔離，并分別用兩個(gè)獨(dú)立的電源對(duì)它們供電，最后以單點(diǎn)公地的方法進(jìn)行連接，以増強(qiáng)抗干擾能力。
（2）    加粗地線
若接地線條很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使微處理器的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此，在制作PCB板時(shí)，應(yīng)將地線加粗，使它能通過(guò)3倍于印刷電路板上的允許電流，一般為1mm左右，并且使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞的方向一致，將有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。
（3）接地線構(gòu)成閉環(huán)回路
一塊印刷電路板上有很多集成電路，尤其遇有耗電多的元件時(shí)，因受到線條粗細(xì)限制，地線產(chǎn)生電位差,引起抗噪聲能力下降，如果將地線連成環(huán)略，則其差值縮小，明顯地提高抗噪聲能力。因此，系統(tǒng)的主板的地線設(shè)計(jì)成回路。
3.2電源部分
電源模塊穩(wěn)定，整個(gè)電路的抗干擾就解決了一大半。電源是系統(tǒng)的核心部分之一，電源設(shè)計(jì)的好壞上主要可以從下面幾個(gè)方面著手做抗干擾性設(shè)計(jì)：
（1）電源退耦：每個(gè)IC的電源正到電源負(fù)之間都需就近加0.1卩F和1000pF的去耦電容，一般多層板的電源層和地線層之間的介質(zhì)電容為lOOOpF左右，所以IC上只需加0.1卩電容，如果IC很多，則每組電源還需額外的加上10卩F到幾十卩F的電解電容。
（2）在開(kāi)關(guān)電源的輸入端加上脈沖群濾波器，輸出端加上電容濾波網(wǎng)絡(luò)，增加電壓的穩(wěn)定性，濾除交流電網(wǎng)和直流電源上的尖峰脈沖干擾。
（3）對(duì)于同一電船中對(duì)需要隔離的電陪供電時(shí)，加上隔離型的DC-DC模塊，以阻斷兩者之間的電氣干擾：過(guò)程通道和智能節(jié)點(diǎn)的核心模塊之間進(jìn)行相互隔離，釆用隔離的DC-DC模塊為其分別供電，減少耦合方式申入的干擾。
3.3接口及其他措施
過(guò)程通道是前向通道、后向接口與智能節(jié)點(diǎn)主控制器單元之間傳輸信息的通道，也是最需要抗干擾措施的通道。由于國(guó)內(nèi)用電設(shè)備連接情況復(fù)雜，所以接口保護(hù)勢(shì)在必行。直接保護(hù)由限流電阻+TVS組成，主要防止能量較低干擾及地電位不平衡。隔離由光耦+隔離電源等組成，需要考慮隔離電壓反通信口速度。從而使過(guò)程通道上的信噪比大大的提高。
除了以上提到的措施，其他釆取的設(shè)計(jì)有：（DCMOS芯片的輸入阻抗很髙，易受感應(yīng)，
對(duì)不用的引腳要接地或接電源正極。
（2）信號(hào)線屏蔽并相互絞合使用，信號(hào)線遠(yuǎn)離干擾源，不與電網(wǎng)線平行。
（3）    晶振靠近單片機(jī)時(shí)鐘輸入引腳，用地線把時(shí)鐘區(qū)隔離，晶振外殼接地并固定。
（4）    安裝在PCB板上的散熱器，如果與散熱器下的PCB上的走線的電壓差過(guò)大，會(huì)造成短路或擊穿，因此散熱器下面不布線。
（5）    在可能的條件下，在數(shù)據(jù)線及地址線中插入地線。
4PROFIBUS-DP通訊抗干擾性對(duì)比
為了測(cè)試PROFIBUS-DP通訊的抗干擾性能，選擇帶PROFIBUS-DP功能板的工業(yè)稱重儀表1ND560與某國(guó)外公司的同樣功能的一款儀表A進(jìn)行一起抗干擾性實(shí)驗(yàn)。
IND560是某公司開(kāi)發(fā)的一款技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng)大的通用稱重終端，如圖1所示。IND560可聯(lián)接廣泛使用的應(yīng)變片式傳感器和使用電磁力補(bǔ)償技術(shù)的高精度傳感器，具有眾多與PC或PLC的通訊接口方式和數(shù)字I/O控制端口。同時(shí)IND560具有面板式、臺(tái)式和墻式安裝方式。
IND56使用366Hz極快的A/D轉(zhuǎn)換率，TraxDSpm專利數(shù)字濾波技術(shù)以及50Hz輸入/輸岀點(diǎn)刷新率。能輕松實(shí)現(xiàn)從毫克至噸的精確測(cè)量。IND560在灌裝和配料應(yīng)用上的優(yōu)越性在于可工作在手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)3種方式，結(jié)合先進(jìn)的控制算法實(shí)現(xiàn)物料的快速、精確稱量控制。IND560可以控制達(dá)18位的數(shù)字輸出點(diǎn)，不需要PLC或其他外部I/O設(shè)備即可完成定值稱重的所有控制。能減少中間環(huán)節(jié)，提高控制系統(tǒng)的整體可靠性、控制精度以及執(zhí)行效率。IND560幾乎可以成為眾多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中完美的稱重解決方案。
在相同的條件下，把2個(gè)帶各自DP通訊板的儀表掛接在PROFIBUS-DP總線上，配置PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，使其正常通訊。在通訊的同時(shí)，外部對(duì)2個(gè)儀表分別添加干擾源，分別觀測(cè)2個(gè)儀表的顯示以SPROFIBUS-DP通訊情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看到IND560儀表在3種干擾下,顯示數(shù)據(jù)沒(méi)有任何波動(dòng)，DP通訊也一直正常。而A儀表在干擾下,顯示數(shù)據(jù)會(huì)不停跳動(dòng)，跳動(dòng)范圍從幾到幾百，甚至超出量程，偶爾會(huì)自動(dòng)重啟，DP通訊也會(huì)發(fā)生掉線的情況。

5結(jié)論
PROFIBUS-DP如今應(yīng)用越來(lái)越廣泛，保證PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定是安全高效生產(chǎn)的前提。某公司PROFIBUS-DP^線型稱重儀表IND560接口靈活、功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越，可廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、食品、橡膠、石油、化工、精細(xì)配料等工業(yè)過(guò)程領(lǐng)域和交通、物流、倉(cāng)儲(chǔ)、港口等貿(mào)易結(jié)算過(guò)程。

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