工業(yè)通信的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
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. 控制級(jí)(高性能以太網(wǎng)(HSE)、以太網(wǎng)、ProfiNet)
. 設(shè)備級(jí)(Profibus DP、DeviceNet)
. 傳感器級(jí)(CANbus、Remote I/O)
工業(yè)網(wǎng)絡(luò)層次
目前智能傳感器被越來越多地應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)中，使得設(shè)備級(jí)的通信逐步走向更復(fù)雜的信息交換。由于小型化程度的完善，現(xiàn)在的傳感器已經(jīng)是一個(gè)具有存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)功能的小型PC，通過比如自身校正等功能可提供復(fù)雜的反饋和更精確的信息，從而有效補(bǔ)償與非線性、偏移或溫度相關(guān)的錯(cuò)誤。這些優(yōu)點(diǎn)和新的靈活性使這些智能傳感器取得了很大的成功，并提升了工業(yè)通信的總體性能。利用可編程邏輯控制器(PLC)還能進(jìn)一步增加工業(yè)通信系統(tǒng)的智能。PLC可用來控制和處理較低網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層(OSI)、特別是傳感器和設(shè)備級(jí)的信息流。
現(xiàn)場總線是另一個(gè)受益于智能傳感器的快速增長領(lǐng)域?，F(xiàn)場總線通常用來連接這些單個(gè)的可編程邏輯控制器。其中目前最常用的現(xiàn)場總線是主要用于區(qū)域通信的Profibus、DeviceNet、Interbus、CAN總線。Profibus是以西門子為首的各大公司聯(lián)盟于1989年創(chuàng)建的，在歐洲處于市場領(lǐng)導(dǎo)地位，而得到Allen-Bradley(Rockwell)支持的DeviceNet則在美國獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。
為了獲得信號(hào)完整性，從低速RS232或CAN總線到高速RS485接口等各種接口卡都會(huì)用到光耦器件。為了優(yōu)化占用空間，通常優(yōu)選多通道封裝。雙向通信通道非常有助于縮小電路板空間。
對(duì)隔離器的要求通常是“速度”或 “MBd”。對(duì)設(shè)計(jì)師來說更有價(jià)值的是與開關(guān)有關(guān)的規(guī)范要求，如傳播延遲和脈寬失真。DeviceNet規(guī)定了相對(duì)較低的數(shù)據(jù)速率，如125kBaud、250kBaud和500kBaud，但要求小于40ns的傳播延遲。CANbus規(guī)定了125kBit/s低速和1Mbit/s高速數(shù)據(jù)速率，但對(duì)傳播延時(shí)沒有嚴(yán)格的要求。Profibus發(fā)送數(shù)據(jù)在12MBd范圍內(nèi)，并規(guī)定了隔離器、收發(fā)器和連接本身的PWD總延時(shí)。為了滿足總體要求，隔離器延時(shí)一般需要小于8ns，最好是6ns以下以便為更長距離留出更安全的余量。容性和磁性隔離器等新興技術(shù)可以提供高達(dá)100MBd的速度，但對(duì)通信速度的限制來自脈寬失真(PWD)。市場上現(xiàn)有的隔離器(如光/磁或容性耦合器)已經(jīng)可以提供低至2ns的PWD，該延時(shí)規(guī)定了異步數(shù)據(jù)通信的最大速度，在沒有外部元件的情況下能達(dá)到50MBd，這也是目前光耦器件能達(dá)到的水平。
新的收發(fā)器正在向更低供電電壓發(fā)展，特別是在噪聲問題不是太大的控制領(lǐng)域。3V范圍內(nèi)的供電電壓已經(jīng)成為目前的標(biāo)準(zhǔn)。3V隔離器的實(shí)現(xiàn)能使設(shè)計(jì)師簡化電壓種類，并節(jié)省成本。
針對(duì)通信應(yīng)用優(yōu)化過的新一代光耦由于供電電壓和整個(gè)電路板空間占用的靈活性而深受歡迎。安華高科技是全球唯一一家可以提供多通道和雙向光耦以及能同時(shí)在3V和5V電壓下工作的數(shù)字光耦的廠商。這一技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位建立在稱為后向散射的LED技術(shù)突破的基礎(chǔ)之上。這些LED可以直接放置在各個(gè)輸出IC的隔離材料上，從而有效縮小LED隔離光電二極管的物理尺寸，使每個(gè)封裝最多可容納4個(gè)通道。根據(jù)所選封裝不同，這一技術(shù)能幫助用戶節(jié)省75%以上的電路板面積。另外，低至2ns的光耦脈寬失真(PWD)指標(biāo)仍是業(yè)界最好的。
LED技術(shù)的突破
未來基于以太網(wǎng)的通信將變得越來越重要。目前西門子公司正在歐洲力推ProfiNet，而EtherCat是Bechhoff公司支持的另外一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，兩者都支持高達(dá)100Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。目前的隔離是靠源自計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)的變壓器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，還沒有用到光耦，主要是受新的速度要求限制。未來有可能使用新一代高速光耦和光纖解決方案。安華高科技剛剛發(fā)布了一款基于650nm LED技術(shù)的收發(fā)器，可使用1mm的聚合物光纖(POF)和200um的塑料包層光纖(PCF)。
工業(yè)以太網(wǎng)和已建立的現(xiàn)場總線至少還將共存10到15年，因此光耦將繼續(xù)提供隔離功能，保證信號(hào)完整性，并在以后的工業(yè)通信領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。
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