RS-485和多點(diǎn)LVDS如何改進(jìn)智慧工廠數(shù)據(jù)傳輸

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）工業(yè)4.0浪潮下的工廠正在向更智能的方向轉(zhuǎn)變。智能化工廠其中一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是有著海量的用于輔助智能決策的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)要求智能工廠的網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)健、安全、快速的連接，但現(xiàn)在的可用方案種類繁多，讓人眼花繚亂、難以抉擇。

智能工廠發(fā)展趨勢(shì)：連通性增加

制造廠商為了提高整體生產(chǎn)力和成本效益，正在推進(jìn)制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。智能化和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是這個(gè)轉(zhuǎn)型過程中經(jīng)常被提及的概念。其中，離不開一個(gè)核心概念——數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在工廠智能中心被機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)加以利用，使整個(gè)工廠能夠更有效地獲取對(duì)設(shè)備制造過程的新見解，并提供實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)。

無論現(xiàn)在的工業(yè)場景是否足以收集足夠的工廠數(shù)據(jù)用于啟用這些智能化的擴(kuò)展，起碼可以肯定的一點(diǎn)是，生產(chǎn)力的提高需要更多的數(shù)據(jù)傳輸接口無縫連接，需要更多設(shè)備之間有更多的連接?，F(xiàn)在的工業(yè)場景，部署在邊緣的傳感器數(shù)量正在增加，這是有目共睹的，與此同時(shí)連接基礎(chǔ)設(shè)施到邊緣的帶寬自然會(huì)增加。更多傳感器和更多端口也讓工業(yè)控制系統(tǒng)上需要更多的I/O接口，需要能夠支持更多設(shè)備和更多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)。

最具代表性的例子是工業(yè)中的機(jī)器人控制系統(tǒng)，想要實(shí)現(xiàn)精度更高的智能化控制，就意味著需要更高的分辨率，也意味著更多的帶寬要求。

智能工廠中各設(shè)備連通性的增加是實(shí)現(xiàn)智能化的前提，各類互聯(lián)互通的設(shè)備數(shù)量都在不斷增長，并且每一個(gè)都向工廠提供著越來越多的數(shù)據(jù)。

工業(yè)連接中的RS-485

在工業(yè)連接中不提及RS-485那肯定是不完整的，作為一項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，RS-485可以在有電子噪聲的環(huán)境下進(jìn)行長距離有效率的通信，在線性多點(diǎn)總線的配置下，可以在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)接收器，在工業(yè)環(huán)境中有大量應(yīng)用。

雖然是已經(jīng)存在四十多年的老技術(shù)，但RS-485在工業(yè)場景里無處不在，這要?dú)w功于它足夠的靈活性。該標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了物理層，因此很多協(xié)議都可以應(yīng)用其中，比如PROFIBUS、Hiperface DSL、Modbus RTU等等。RS-485最多支持256個(gè)節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多網(wǎng)絡(luò)，距離也相當(dāng)長，100kbps下可以達(dá)到1km。

在現(xiàn)在的收發(fā)器支持下，通過均衡和拓展COT，其傳輸距離還有進(jìn)一步提高的空間。這類收發(fā)器普遍共模范圍都很高，所以可靠度是沒問題的，而且現(xiàn)在為了契合工業(yè)場景的發(fā)展，大量的保護(hù)功能也被加入了進(jìn)來，傳統(tǒng)但靈活的RS-485在智能工廠里仍舊承擔(dān)著傳輸數(shù)據(jù)的重任。

工業(yè)連接中的多點(diǎn)LVDS

多點(diǎn)LVDS，也被稱為M-LVDS，專門為增強(qiáng)背板連接設(shè)計(jì)的接口，也是替代高速RS-485的一種常用方案。多點(diǎn)LVDS結(jié)合了RS-485和LVDS的精華，RS-485有靈活多點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，但功耗和速度跟不上智能化需求，LVDS則只在PCB點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接上極為強(qiáng)勢(shì)，高速且低功耗。

多點(diǎn)LVDS充分結(jié)合了RS-485靈活多點(diǎn)和LVDS高速低功耗的優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)場景大型多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮了重要的作用。

在背板連接設(shè)計(jì)中，多點(diǎn)LVDS可以實(shí)現(xiàn)至少32個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信，在對(duì)應(yīng)收發(fā)器的支持下各個(gè)通道速度可以達(dá)到250Mbps，與標(biāo)準(zhǔn)CMOS輸出相比，多點(diǎn)LVDS的共模范圍更寬，相對(duì)更穩(wěn)健可靠。多點(diǎn)LVDS可以讓終端節(jié)點(diǎn)添加更多智能設(shè)備，如視覺傳感器、溫度傳感器，用于獲得更多工業(yè)現(xiàn)場信息。

現(xiàn)在智能工廠中常見的邏輯控制器、狀態(tài)監(jiān)控或任何使用背板的分布式計(jì)算系統(tǒng)，都是使用多點(diǎn)LVDS的典型應(yīng)用。

小結(jié)

高速RS-485和多點(diǎn)LVDS以各自的優(yōu)勢(shì)在智能工業(yè)連接中提供了不同的連接特性，在具體的工業(yè)應(yīng)用中，需要綜合考慮帶寬、性能和穩(wěn)健性要求，選擇更合適的連接手段。