如何設計與現場總線無關的智能工廠傳感器

如果您即將開始設計智能工廠傳感器，請閱讀這篇文章了解更多信息，從而盡可能快速高效地完成設計，使其能夠為更多客戶帶來裨益。這篇博文介紹了智能工廠傳感器（溫度和壓力）的設計理念，無論工廠流程中使用何種類型的現場總線或工業以太網，這些傳感器都能與PLC進行通信。

溫度傳感器有哪些選擇？

比較常見的溫度傳感器是2線、3線和4線電阻溫度檢測器(RTD)、熱電偶以及熱敏電阻，每種傳感器都有相對的優點和缺點。如果時間充裕，您可以在種類繁多的信號調理和數據轉換器IC中精挑細選，以構建和調試定制模擬前端(AFE)。

有沒有更快完成設計的辦法？

如果時間很緊張，那么完全集成的AFE，例如AD7124或AD4130 Σ-Δ ADC（帶有集成PGA）可能是更好的選擇。假設您正在為需要熱電偶的應用設計傳感器。在這種情況下，MAX31855是一款即用型熱電偶數字轉換器IC，而且還能執行線性化處理和冷端補償。如果您正在規劃基于RTD的傳感器，請考慮使用MAX31865 RTD數字轉換IC。如果您沒有時間研究不同類型的傳感器，只是想設計一個傳感器來快速準確地提供數字溫度讀數，那么MAX31875或ADT7420數字溫度傳感器IC可以提供理想的“一站式”解決方案。這些器件將傳感器、AFE和線性化電路集成在一個封裝中，通過I2C連接到微控制器。圖1展示了多種不同選擇方案。

圖1 備選溫度傳感器信號鏈

壓力傳感器有哪些選擇？

應變計和稱重傳感器常用于在壓力傳感器中產生電信號，AD7124和AD4130 AFE也可支持這些傳感器。或者，如果您不希望微控制器執行線性化工作，則可以使用ADA4558橋式信號調節器IC來處理線性化（圖2）。

圖2 備選壓力傳感器信號鏈

傳感器傳統上如何連接到工業網絡？

通常，傳感器設計為使用單一現場總線或工業以太網協議進行通信。  然而，這種方法要求您在傳感器內部包含一個網絡接口IC，因此成本會顯著增加，同時傳感器的適用群體也被限制為使用該協議的客戶。若要將傳感器用于另一個網絡，必須使用不同的接口IC重新設計傳感器，成本高昂且費時費力。此外，診斷功能的數量和類型因網絡類型而異（有些根本沒有診斷功能），如果您的傳感器只支持某種協議，客戶在安裝后要想維護傳感器或排查故障可能很困難。因此，設計的傳感器最好能夠適應任何工業網絡，這樣既能降低成本，又能拓展市場。

如何使傳感器“與網絡無關”？

您可以借助IO-Link^?實現此目的，這是一種三線工業通信標準，旨在將傳感器和執行器與工業控制網絡相連。在IO-Link應用中，收發器充當物理層接口，連接運行數據鏈路層協議的微控制器，同時支持數字輸入和輸出（高達24V）。IO-Link的優勢在于可支持傳輸四種不同類型的信息，即過程數據、值狀態、設備數據和事件。這些信息可以指示傳感器故障，從而便于快速定位故障。MAX14828是一款低功耗IO-Link從站收發器，采用(4mm x 4mm) 24引腳TQFN封裝和(2.5mm x 2.5mm)晶圓級封裝(WLP)，可在-40℃至+125℃擴展溫度范圍內使用。

IO-Link從站收發器如何與工業網絡通信？

IO-Link從站收發器（通過電纜）與IO-Link主站進行通信，而主站通過協議接口IC（如用于工業以太網的ADIN2299）連接到工業網絡。MAX14819A是一款低功耗、雙通道、IO-Link主站收發器，帶有傳感器/執行器電源控制器，完全符合新發布的IO-Link和二進制輸入標準與測試規范，即IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。