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1引言
隨著自動控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用也越來越廣泛。在現(xiàn)有的各種現(xiàn)場總線中，PROFIBUS總線占有很大的市場份額，并提供了DP、PA和FMS三種協(xié)議類型。2006年11月PROFIBUS現(xiàn)場總線正式成為我國現(xiàn)場總線國家標(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)場層應(yīng)用，主要特點是網(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)備級控制部分與分散式I/O的通信，可取代24VDC或4?20mA信號傳輸。
如今PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，各種惡劣環(huán)境中對PROF1BUS-DP網(wǎng)絡(luò)的干擾源也越來越多，如變頻器、交流接觸器、大功率電機(jī)的啟動、停止等都產(chǎn)生電磁污染，通過空間輻射和動力電源線對電子設(shè)備造成干擾。所以需要釆取必要的措施來保證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，每個網(wǎng)絡(luò)理論上最多可連接127個物理站點，其中包括主站、從站以及中繼設(shè)備。每個物理網(wǎng)段最多32個物理站點設(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。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
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)通訊時安全穩(wěn)定，適合各種工業(yè)稱重場合，其硬件抗干擾設(shè)計主要體現(xiàn)在地線部分、電源部分、接口及其他措施等幾個方面。
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)合起來使用可解決大部分干擾問題。主要釆取的方法有：
（1）    數(shù)字、模擬電路分開
在儀表中，既有模擬電路信號接入，也有數(shù)字電路信號傳輸，因此，在電路設(shè)計時，將數(shù)宇電路的信號線和模擬電路的信號線相互隔離，并分別用兩個獨立的電源對它們供電，最后以單點公地的方法進(jìn)行連接，以増強抗干擾能力。
（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信號電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此，在制作PCB板時，應(yīng)將地線加粗，使它能通過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，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)計成回路。
3.2電源部分
電源模塊穩(wěn)定，整個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)計的好壞上主要可以從下面幾個方面著手做抗干擾性設(shè)計：
（1）電源退耦：每個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）對于同一電船中對需要隔離的電陪供電時，加上隔離型的DC-DC模塊，以阻斷兩者之間的電氣干擾：過程通道和智能節(jié)點的核心模塊之間進(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
過程通道是前向通道、后向接口與智能節(jié)點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。由于國內(nèi)用電設(shè)備連接情況復(fù)雜，所以接口保護(hù)勢在必行。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)計有：（DCMOS芯片的輸入阻抗很髙，易受感應(yīng)，
對不用的引腳要接地或接電源正極。
（2）信號線屏蔽并相互絞合使用，信號線遠(yuǎn)離干擾源，不與電網(wǎng)線平行。
（3）    晶振靠近單片機(jī)時鐘輸入引腳，用地線把時鐘區(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大，會造成短路或擊穿，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通訊抗干擾性對比
為了測試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與某國外公司的同樣功能的一款儀表A進(jìn)行一起抗干擾性實驗。
IND560是某公司開發(fā)的一款技術(shù)先進(jìn)、功能強大的通用稱重終端，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IND560具有面板式、臺式和墻式安裝方式。
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/輸岀點刷新率。能輕松實現(xiàn)從毫克至噸的精確測量。IND560在灌裝和配料應(yīng)用上的優(yōu)越性在于可工作在手動、半自動、全自動3種方式，結(jié)合先進(jìn)的控制算法實現(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，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，外部對2個儀表分別添加干擾源，分別觀測2個儀表的顯示以SPROFIBUS-DP通訊情況，實驗結(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)沒有任何波動，DP通訊也一直正常。而A儀表在干擾下,顯示數(shù)據(jù)會不停跳動，跳動范圍從幾到幾百，甚至超出量程，偶爾會自動重啟，DP通訊也會發(fā)生掉線的情況。

5結(jié)論
PROFIBUS-DP如今應(yīng)用越來越廣泛，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)過程領(lǐng)域和交通、物流、倉儲、港口等貿(mào)易結(jié)算過程。

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