Rozhranové integrované obvody v priemyselných komunikačných systémoch: aplikácie RS485 a CAN

I. Prečo sú rozhranové integrované obvody najviac náchylnými na poruchy komponentmi v priemyselných systémoch

V priemyselnej automatizácii, energetických systémoch a aplikáciách riadenia budov je stabilita komunikácie často dôležitejšia ako výpočtový výkon.
Poruchy v prevádzke sa často nesledujú k MCU alebo CPU, ale k rozhraniam RS485, CAN a UART.

Rozhranové integrované obvody robia omnoho viac ako len preklad signálov – musia zabezpečiť integritu dát v prostredí s vysokým elektromagnetickým rušením, na veľké vzdialenosti a v sieťach s viacerými uzlami.

II. Kľúčové technické parametre rozhranových integrovaných obvodov (inžiniersky pohľad)

Inžinieri vyhodnocujú rozhranové integrované obvody na základe:

Dodržiavanie protokolu

Odolnosť voči ESD a prepätiam

Rýchlosť prenosu dát a oneskorenie

Možnosť viacnásobného pripojenia

Kompatibilita s izoláciou

Priemyselné teplotné hodnotenie

III. Rozhranové obvody RS485: Priemyselný štandard

RS485 zostáva uprednostňovaným štandardom v priemyselných prostrediach vďaka vysokéj odolnosti voči rušeniu, schopnosti prenosu na dlhé vzdialenosti a nízkym nákladom.

Skutočné typové označenia rozhranových obvodov RS485 používané v reálnych výrobách

TI SN65HVD485EDR

Poloduplexný prenosný obvod RS485

chránený proti ESD s napätím ±15 kV

Bežne používané v PLC a priemyselných prístrojoch

MAX485ESA+ (Analog Devices / Maxim)

Klasický model RS485

Vysoká miera prijatia na trhu, dozreté náhradné riešenie

ST ST485ECDR

Priemyselný prenosový článok RS485

Bežne používané v systémoch riadenia budov a energetických systémoch

Tieto prenosové články RS485 sú široko rozšírené v Nemecku, Taliansku, Turecku a Juhovýchodnej Ázii, najmä v PLC, inteligentných meradiach a priemyselných bránach.

IV. IC rozhrania CAN: Základ automobilových a priemyselných sietí

Technológia zbernice CAN zostáva nevyhnutnou súčasťou automobilovej elektroniky, systémov riadenia batérií, riadenia motorov a priemyselných strojov.

Komerčne dostupné modely integrovaných obvodov pre rozhranie CAN

TI SN65HVD230DR

3,3V prenosový člen CAN

Bežne používané v automobilových a priemyselných CAN sieťach

NXP TJA1042T/3

Vysokorýchlostný prenosový člen CAN

Certifikované podľa AEC-Q100

Bežne sa nachádza v automobilových elektronických riadiacich jednotkách (ECU)

Microchip MCP2551-I/SN

5V prenosový člen CAN

Dvojitá aplikácia v priemysle a automobilovej oblasti

Tieto CAN integrované obvody sa často používajú v projektoch v Nemecku, Poľsku a Indii, kde je vyžadovaná dlhodobá dostupnosť a spoľahlivosť na úrovni automobilového priemyslu.

V. Štúdia prípadu: Optimalizácia komunikačných modulov v priemyselnom PLC

Skorá verzia projektu priemyselného PLC sa stretla s nasledujúcimi problémami:

Obmedzená komunikačná vzdialenosť

Rušenie EMI spôsobujúce stratu dátových paketov

Opakované zlyhania testov ESD

Po analýze bol návrh rozhrania aktualizovaný na:

SN65HVD485EDR pre RS485 komunikáciu

Vylepšené zakončenie a ochranné usporiadanie

Voliteľná izolačná fáza pre náročné prostredia

Výsledky:

Komunikačná vzdialenosť zvýšená na 1200 metrov

Test ESD úspešne absolvovaný pri prvom pokuse

Miera porúch systému v prevádzke výrazne klesla

VI. Trendy v oblasti získavania rozhranových IC a trhová realita

Súčasný trh s rozhranovými IC vykazuje nasledujúce charakteristiky:

Dopyt po klasických modeloch zostáva dlhodobo stabilný.

Pri priemyselných a automobilových projektoch sú kladené vysoké požiadavky na konzistenciu dávok.

Zákazníci projektov uprednostňujú spotové skladové zásoby spolu s alternatívnymi riešeniami.

VII. Záver: Nevhodná voľba rozhranových IC vedie k nestabilitě systému

Rozhranové obvody môžu byť malé, ale sú kritické.
Úspešný výber vyžaduje vyváženie elektrickej odolnosti, odolnosti voči vonkajšiemu prostrediu a kontinuity dodávok.