当前的趋势在工厂自动化取代传统控制方案中,每个设备都有自己的控制线路与总线系统,通过相同的电缆连接的设备。总线网络的一个好处是,他们需要更少的电缆和电线连接设备控制器。最受欢迎的和广泛使用的总线系统是基金会现场总线。
现场总线的基本结构设置
开发并由现场总线基金会是由一群制造商工厂自动化设备、传感器和致动器,现场总线包含两个不同的协议来满足不同的需要在工厂自动化环境中。两个用不同的物理媒体和通信速度。
第一个协议是H1,通常在31.25 kb / s和连接到现场设备,传感器、执行器、阀门、控制灯光,I / O设备等等,使得设备和控制器之间的双向通信。H1提供了通信和电力两线制。标准,屏蔽双绞线布线建议减少网络上的噪音干扰。
第二个协议是HSE(高速以太网)协议。它运行在100 Mb / s,通常连接高速控制器等plc,多个H1子系统(通过连接设备),数据服务器和工作站。这个应用程序注意关注H1协议。
网络结构
互联的网络包含的主要网络电缆的一系列接线箱或耦合器。耦合器允许设备和控制器连接到主缆或树干。一般来说,短电缆分线盒,设备之间被称为热刺。
结盒子可以构建单个或多个设备连接到树干。如果每个设备都有一个专用接线盒拓扑称为刺激拓扑。如果多个设备连接到相同的接线盒,安排通常称为鸡脚或树拓扑。最常见的混合网络刺激和树的拓扑结构,如示例# 1。
虽然理论上是可以直接从设备不使用路由主干连接盒,该基金会建议反对它。这种拓扑(称为一个菊花链)需要一个中断的树干每次添加或删除了一个设备的网络。
现场总线技术强加限制网络的大小。的最大长度的线路主干及其热刺加在一起是1900米(大约。每节6250英尺)。如果需要更多的长度,可以添加一个部分使用中继器。中继器的设备,但是它允许添加另一个1900米的电缆。网络可以使用多达四个中继器的总长度9500米(31000英尺)。
注意屏蔽连接到地理位置在整个系统只有一个点,这是很重要的。接地的屏蔽多个地方可以引起的电压和电流屏蔽,从而干扰数据通信。
现场总线设备连接的最大数量每节是32。
所示示例# 1,需要一个直流电源提供直流电压供给或偏见。如果直流电源直接连接到主干上,它将创建一个交流信号短路。因此,网络必须有一个现场总线兼容的电力供应,这是一个直流源+专用过滤器安排。过滤器允许直流电流通过以最小的损失,但创造了高阻抗的交流信号来自网络。
主干,是输电线路,交流信号的传播速度起着重要的作用。因此,树干必须适当地终止两端(只有),对交流信号。终止实现使用一个电阻与阻抗等于电缆的特性阻抗,通常100±20Ω。鉴于网络也有一个直流电源电压、终止剂必须有一个串联电容器,以防止任何直流电流流动。
诊断基础
某些基本的诊断和故障排除程序可以执行在一个使用一个侥幸ScopeMeter H1总线网络。爱游戏平台是正规的吗在下一节中,我们将讨论这些的基础知识。可以找到更多的细节在一个专用的应用程序注意:使用一个侥幸Sc爱游戏平台是正规的吗opeMeter 125解决现场总线装置。
检测反射
所谓反思网络影响通信。在接下来的例子中,反映了网络那一端短路的。然而,重要的是要明白,任何异常,包括短路和可怜的终端,将产生反射。
考虑会发生什么当一步电压长电缆的一端,另一端是短路。最初,外加电压会遇到电缆的阻抗,并将建立一个导体之间的电压水平。这个步骤中电压将通过电缆速度取决于电缆的类型和结构。电缆中使用H1总线网络,速度是大约三分之二在真空中光速:2/3 x 3 x 108 m / s = 2 x 108 m / s,或约。660 x 106英尺/秒。
一步到达短路电压时,电压水平会突然变化为零。这种变化可能被视为步间电压的极性相反,回零,因为不可能有电压短路。在这一点上,其他地方沿线电压水平仍然是最初应用的电压水平。
接下来,这个新的相反极性电压步旅行回到了电压源。只有一次它使得往返(反射),另一端短路会明显的输入端。但反映过程需要一定的时间。多少时间将取决于电缆的长度。旅行时间在一个方向的电缆长度除以速度信号。
的时间需要一步电压沿着一个最大长度的行李箱,因此2 x 9.5μs = 19μs。
如上所述,一个H1总线网络运营的速度31.25 kb / s,等于32μs的时钟周期。所以,当有一个电缆异常,应该期待看到反射脉冲延迟的时间多达19μs。反射的实际时间取决于脉冲源和异常之间的距离。
而一个完整的短路会引起full-amplitude反射,任何中断或偏离的齐次性质将生成一个反射。反射的幅度取决于异常的性质。
适当的网络通信,应该避免反光和适当的电缆终端必须维护。再次,适当的终止需要一个且只有一个终结者两端的主干部分。
编码
与现场总线、数字数据传输使用曼彻斯特编码。即数字1是传播前沿时钟周期的中间(中心),而一个数字0作为一个下降沿传播。这个编码机制有几个好处直接二进制数据的转移。一个重要的好处是,它允许一个简单的时钟在接收端(见示例# 3)。
生成另一个后果是,脉冲持续时间的一半或一个完整的时钟周期,而原来的位流有一个或多个完整的时钟周期的脉冲宽。由此产生的总线电压示意图中描述例# 2。一个真正的包在波形记录的数据示例# 4,直流偏压被过滤掉。
电信号的一代
如果有人打开电缆在任何时候沿着树干和访问两个电线,他或她将会调查两个部分的电缆,向着相反的方向远离访问点。电,这两个部分将被视为并行连接。沿着线的阻抗在任何时候因此等于两个部分的阻抗并行电缆。因此,阻抗,随时观察接线盒是50Ω或1/2电缆的特性阻抗。
创建总线信号电通过应用差动电流到二线公交系统。通过这样做,800年或900年的差分电压mVpp (“pp”代表“峰”)是在公共汽车上生成的。这是也信号的振幅(Vpp)名义峰,任何现场总线设备生成。根据现场总线规范,设备应该能够生成一个输出信号振幅的至少750 mVpp。
理想情况下,这也将是现场总线设备接收信号的振幅。然而,由于发生信号衰减网络,传入信号通常会有较低的振幅。现场总线规范要求继续正常工作设备输入信号低至150 mVpp。如果振幅超过1000 mVpp,它通常表示一个网络错误,如丢失的终结者。
异常
如果在网络的任何地方额外的低阻抗的设备连接到总线,整体阻抗在任何接线盒将会降低,因为额外的负载连接在平行于电缆阻抗。降低总线阻抗自动意味着低振幅的总线信号。自总线信号或多或少的随机脉冲,这样一个额外的负载将体现为不连续的输电线路,将导致原脉冲反射,负载了。这样的思考会导致失真的脉冲波形,这反过来,可能导致不正确的信号检测。
例如,如果第三个终结者是连接,整个网络阻抗和信号幅度将下降三分之二的名义。这个信号损失将导致更多扭曲的脉冲,使适当的信号检测更加困难。领域的经验表明,最常见的一种错误的来源在工业网络的结果太少或太多的网络终端连接。
现场总线基金会的“基金会现场总线”是一个商标