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1771-IAD
歐姆龍
自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC快速發(fā)展在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái)PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩，但在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家的增長(zhǎng)十分迅速，2017年P(guān)LC市場(chǎng)在全球取得16.6%的增長(zhǎng)。
與此同時(shí)，PLC的功能也不斷完善，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，如今PLC不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖像顯示的發(fā)展，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。如何靈活配置PLC真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)智能化的背后支撐，本文以高性能模擬技術(shù)提供商ADI公司的PLC解決方案舉例，說(shuō)明如何借助ADI公司的放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理和電源技術(shù)以及專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)高分辨率、低噪聲的工業(yè)PLC系統(tǒng)。
工業(yè)PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮和主要挑戰(zhàn)
通常而言，PLC系統(tǒng)由電源、CPU和多個(gè)模擬及數(shù)字I/O模塊組成，可控制、執(zhí)行和監(jiān)控復(fù)雜的機(jī)器變量。PLC設(shè)計(jì)用于多輸入和輸出配置，具有擴(kuò)展的溫度范圍、卓越的電噪聲抑制性能、抗震性和抗沖擊能力。PLC系統(tǒng)包括電源、控制和通信模塊以及多種模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入和數(shù)字輸出模塊。為了獲得合適的PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員必須考慮許多不同的系統(tǒng)要求，包括精度、帶寬和輸入范圍等。此外，還需要考慮以下系統(tǒng)因素：
1、對(duì)于TC (熱電偶)和RTD，模擬輸入類(lèi)型和范圍可低至±10 mV;對(duì)于執(zhí)行器控制器可高至±10 V—或者過(guò)程控制系統(tǒng)中的4 mA至20 mA電流。
2、模擬輸出類(lèi)型和范圍通常包括±5 V、±10 V、0 V至5 V、0 V至10 V、4 mA至20 mA和0 mA至20 mA，有時(shí)需要超量程能力。
3、輸入/輸出模塊分辨率和精度的典型范圍為12位至16位，工業(yè)溫度范圍內(nèi)的精度為0.1%。
4、與不同現(xiàn)場(chǎng)總線連接。
5、隔離;系統(tǒng)電源模塊和低功耗電子器件之間;輸入和輸出之間;I/O和中央控制單元之間;隔離等級(jí)范圍為1 kV至2.5 kV。
6、模擬輸入/輸出和電源輸入保護(hù)：故障條件電壓或電流和EMC考慮因素，包括電涌、快速脈沖瞬變和ESD。
7、隨著電路板尺寸的減小，功效比、熱管理和散熱將成為小型化器件一個(gè)日益重要的問(wèn)題。
另外，更多的通道或節(jié)點(diǎn)需要置于相同的空間中，因而要求采用高密度系統(tǒng)，必須減小器件尺寸。這意味著外殼更小，從而帶來(lái)電源管理和散熱難題，因此需要通過(guò)集成動(dòng)態(tài)電源控制實(shí)現(xiàn)智能電源管理的解決方案。
PLC應(yīng)用系統(tǒng)典型的信號(hào)鏈設(shè)計(jì)
高集成度高靈活性的PLC系統(tǒng)應(yīng)該這樣設(shè)計(jì)
以前實(shí)現(xiàn)這類(lèi)I/O系統(tǒng)需要大量高性能分離式元件，由此產(chǎn)生的是龐大且昂貴的系統(tǒng)。近來(lái)，集成技術(shù)的進(jìn)步使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠采用尺寸更小、功耗更低、成本更低的解決方案，
其性能與那些大型系統(tǒng)不相上下。持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步要求既能不斷促進(jìn)這些解決方案集成，同時(shí)還提高其性能和診斷能力。ADI公司提供面向市場(chǎng)定制的解決方案，以便簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程。這些解決方案采用業(yè)界領(lǐng)先技術(shù)，并提供眾多設(shè)計(jì)選項(xiàng)，從采用分立器件的實(shí)施方案到全集成式解決方案應(yīng)有盡有。
此外，目前很多傳統(tǒng)工業(yè)自動(dòng)化或者過(guò)程控制系統(tǒng)，其物理層的實(shí)現(xiàn)擁有大量的I/O的接口，包括了模擬和數(shù)字的輸入輸出。I/O單元實(shí)際上是PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件，它是直接連接現(xiàn)場(chǎng)儀表和整個(gè)控制單元當(dāng)中的紐帶。而一旦客戶新增需求或者設(shè)備替換生產(chǎn)數(shù)字或者系統(tǒng)發(fā)生變化，大量的I/O接口就需要整體調(diào)整或遷移，整個(gè)工作繁瑣且耗時(shí)耗力。針對(duì)整個(gè)模塊量輸入模塊，ADI新推出的AD411X(AD4111，AD4112)系列產(chǎn)品，集成了多重保護(hù)功能，同時(shí)提供相應(yīng)的電源解決方案。在應(yīng)用過(guò)程中，基本上是24V輸入、5V輸出的電源架構(gòu)。AD411X產(chǎn)品每個(gè)通道都可以任意地定義為數(shù)字量的輸入輸出，或者模擬量的輸入輸出，所以把它叫做軟件定義I/O。
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