利用AD5755節(jié)省多通道PLC的空間、成本和功耗

可編程邏輯控制器(PLC)使用邏輯、時(shí)序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)算法等快速、確定性的功能來(lái)控制機(jī)器和過(guò)程。PLC使用 模擬和數(shù)字信號(hào)與終端節(jié)點(diǎn)通信，例如讀取傳感器和控制執(zhí)行 器。典型的通信方法包括電流/電壓環(huán)路、Fieldbus1和工業(yè)以太網(wǎng)2協(xié)議

　　隨著工業(yè)遠(yuǎn)程應(yīng)用領(lǐng)域傳感器和控制節(jié)點(diǎn)數(shù)的不斷增加，控制器中I/O模塊節(jié)點(diǎn)數(shù)也相應(yīng)增加，一些分布式控制系統(tǒng)(DCS) 能夠處理成千上萬(wàn)的節(jié)點(diǎn)。如此密集的節(jié)點(diǎn)使溫度相關(guān)的挑戰(zhàn)難度越來(lái)越大，尤其是對(duì)于4mA至20mA環(huán)路通信標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。

　　對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員而言，最大且最密切相關(guān)的挑戰(zhàn)是提高效率并降低功耗，因?yàn)楝F(xiàn)有系統(tǒng)的低效率導(dǎo)致電能浪費(fèi)，運(yùn)營(yíng)成本增加。本文將說(shuō)明設(shè)計(jì)更高效率系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)，并介紹一款多功能、4通道、16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) AD5755，它作為一種集成度更高的解決方案有助于解決這些問(wèn)題。

　　系統(tǒng)

　　典型工業(yè)控制系統(tǒng)的通信分層情況如圖1所示。直到最近，分布式輸入/輸出（遠(yuǎn)程I/O和PLC）通常仍然使用Modbus3、 PROFIBUS4（過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線）或Fieldbus等開(kāi)放或?qū)Ｓ袇f(xié)議進(jìn)行連接。如今，業(yè)界對(duì)使用PROFINET5的興趣日漸增強(qiáng)，它是 一種設(shè)計(jì)用于在以太網(wǎng)設(shè)備之間快速交換數(shù)據(jù)的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。

圖 1. 控制系統(tǒng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)

　　PROFINET的優(yōu)勢(shì)包括：

　　●速度更快，從RS-232的9.6 kbps提高到1 Gbps。

　　●改進(jìn)的整體性能。

　　●距離更長(zhǎng)。

　　●能夠使用標(biāo)準(zhǔn)接入點(diǎn)、路由器、交換機(jī)、集線器、電 纜和光纖，這比等效串行端口設(shè)備便宜得多。

　　一條鏈路可以有兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)。這對(duì)于RS-485是可行的，但對(duì)于RS-232則不可行。

　　在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，用于將工業(yè)驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、執(zhí)行器、控制器與PLC/DCS I/O系統(tǒng)互連的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議為數(shù)眾多，包括 DeviceNet?、CAN 6、InterBus?7和上述PROFIBUS、Fieldbus。

　　輸入輸出(I/O)控制器連接工廠或過(guò)程環(huán)境中的傳感器和控制執(zhí)行器，并通過(guò)上述模擬和數(shù)字方式與多個(gè)終端節(jié)點(diǎn)通信。本身安全的系統(tǒng)通過(guò)4mA至20mA電流環(huán)路進(jìn)行連接，一些系統(tǒng)則使用隔離技術(shù)。控制處理器通常為8位至32位處理器，性能最高可達(dá)100 DMIPS（Dhrystone 百萬(wàn)條指令/秒）。工廠自動(dòng)化設(shè)備結(jié)實(shí)耐用，能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中工作而不需要風(fēng)扇。

　　圖2顯示了幾個(gè)8通道模擬I/O模塊的例子。由于其尺寸小，因此功耗有限，有些甚至不到5W。

圖 2. I/O 模塊

　　模擬4mA至20mA電流環(huán)路常用于工業(yè)過(guò)程控制的信號(hào)傳輸，4mA代表范圍的低端，20mA代表范圍的高端。電流環(huán)路的主 要優(yōu)勢(shì)在于信號(hào)精度不受互連線路的壓降影響，而且環(huán)路可以提供最高4mA電流為器件供電。即使線路電阻很大，電流環(huán) 路變送器也會(huì)在其電壓能力范圍內(nèi)維持適當(dāng)?shù)碾娏鳌?/span>