介紹

從20世紀80年代中期開始，現場總線技術就準備進入工廠。工業現場總線根據其性能能力進行分類。人們最終選擇的現場總線標準主要取決于總線能夠處理的數據量及其相關的速度或傳播延遲要求?？赡苡袔资畟€流行的網絡標準和數百個專有的或家庭網絡的標準?，F場總線的發展和使用發展迅速。

在現場總線之前，一個工業控制系統建立在一個中央控制器，輸入和輸出卡輸入傳感器信號和輸出信號到執行器。通常，控制器、I/O卡和電機驅動器都安裝在中央機柜中，中央機柜與遠程設備相連接(圖1A)。

然而，現場總線網絡在控制器和現場設備之間以順序信息的方式進行通信(圖1B)?？刂破骱驮O備以總線、星形、樹形或環狀拓撲的形式連接到現場總線電纜上。

現場總線網絡中的光隔離

在工業環境中，大量的和巨大的瞬態爆發是常見的。這些瞬態脈沖可能會破壞數據傳輸，甚至可能損壞相互連接的設備。為了保證在高速現場總線通信中的無錯誤的數據傳輸，行業系統設計人員必須努力消除干擾。通常，電流隔離光耦合器用于保持數據的完整性和保護相互連接的設備。

國際標準IEC 61000-4-4規定了與EMC抗擾力要求相關的電氣快速瞬態/突發抗擾試驗。安捷倫的高速CMOS 光耦合器在共模高達1000伏的電壓下具有CMR 10kV/s的瞬態免疫性能。 光耦合器隔離瞬態/突發干擾，并在總線收發器和控制器之間傳輸數據。由于網絡通信是雙向的(包括接收數據并向網絡傳輸數據)，因此每個節點需要兩個光耦合器。

圖1A。常規控制器和遙控器并行連接的設備

圖1B?？刂破骱瓦h程設備通過現場總線網絡連接

隔離節點電源設計注意事項

設備電源有交流線路，現場總線電纜有直流電源。對于隔離節點從上述兩個源中接入電源是非常靈活的。基本考慮的是兩個電源必須跨越光耦器隔離邊界。有三種類型的解決方案，即：由網絡供電的隔離節點(圖2)，具有由網絡供電的收發器的隔離節點(圖3，為網絡供電的隔離節點(圖4)。

圖2。由網絡供電的隔離節點

圖3。具有由網絡供電的收發器的隔離節點

圖4。為網絡供電的隔離節點

由網絡供電的隔離節點

如果網絡電源能充分供電給設備，則不需要從交流線路為現場設備供電。如圖2所示，一個非隔離的電壓調節器提供收發器和兩個光耦合器的一半，而一個隔離的DC/DC轉換器提供控制器和兩個光耦合器的另一邊。

具有由網絡供電的收發器的隔離節點

圖3顯示了應用程序需要大量電源的時間。在這種情況下，現場設備由交流線源供電，而兩個光耦合器的收發器和隔離側由網絡供電。這種方法也是可取的，因為它不會使網絡負載沉重。

為網絡供電的隔離節點

當網絡上有有限數量的設備不需要太多電力時，建議使用圖5所示的方法，從而消除了需要單獨的網絡電源。交流線路為現場設備提供本地供電，也為隔離電源供電。該電源為網絡供電，其中一個調節器產生DC5 V，為收發器和兩個光耦合器的隔離(網絡)側供電。

推薦的設備網應用程序電路

DeviceNet物理層實現使用了CAN總線。推薦的設備網應用電路如圖6所示。由于高速CMOS光耦合器HCPLx710/x72x與CMOS邏輯電平信號完全兼容，因此這兩個光耦合器直接連接到CAN收發器。兩個旁路電容器(其值在0之間。 01和0.1 F)是必需的，并且應盡可能靠近光耦合器的輸入和輸出電源引腳。對于每個電容器，電容器兩端與電源引腳之間的總導線長度不應超過20 mm。由于光耦合器內部信號的高速數字特性，因此需要旁路電容器。更重要的是，安捷倫HCPL-x710/x72x獨特的“雙反轉”設計確保了當節點的交流線路電源丟失或節點斷電時，網絡不會“鎖定”。具體地說，當消除到位于傳輸路徑中的HCPL-x710/x72x的輸入功率(VDD1)時，當HCPLx710/x72x輸出電壓(VO)變高時，保證了隱性總線狀態。

總線V+傳感

有人建議，總線V+感知塊顯示在圖6實現。一個本地驅動的節點無電源的隔離物理層將會累積錯誤

如果它試圖傳輸，就變成巴士線。總線V+感知信號將被用來改變BOI屬性的設備網對象的“自動重置”(01)值。這將導致節點不斷地重置，直到總線為止檢測到電源。一旦檢測到電源，BOI屬性將返回到“總線關閉”(00)價值BOI屬性不應該留在“auto-”中重置”(01)值，因為這將破壞緩沖器保護CAN錯誤限制的能力。

圖5。推薦的設備網應用程序電路

推薦的現場總線應用程序電路

在現場總線物理層實現中，總線采用傳輸技術RS485和IEC1158-2技術。推薦的現場總線應用電路如圖6所示。 由于高速CMOS光耦合器HCPL-772x/072x與CMOS邏輯電平信號完全兼容，因此光耦合器直接連接到收發器。兩個旁路電容器(其值在0.01到0之間。 需要需要1 F)，并應盡可能靠近光耦合器的輸入和輸出電源引腳。對于每個電容器，電容器兩端與電源引腳之間的總導線長度不應超過20 mm。由于光耦合器內部信號的高速數字特性 ，因此需要旁路電容器。

HCPL-061N與多站RS485光耦合器非常類似，該光耦合器提供了一個傳輸禁用功能，這是使每個主/從傳輸周期后總線空閑所必需的。具體來說，HCPL-061N通過將線路驅動器的發射機進入高狀態模式而使其失效。此外，HCPL-061N還可切換RX/TX驅動程序IC進入收聽模式。HCPL-061N提供了HCMOS兼容性和高CMR性能(1 kV / s at VCM= 1000 V)在工業通信接口中至關重要。

圖6。推薦的現場總線應用程序電路

審核編輯：湯梓紅