MAX14914助你實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字IO!
發(fā)布時(shí)間:2019-12-20 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】工業(yè)4.0是現(xiàn)代化工廠環(huán)境一個(gè)新的代名詞,由數(shù)十臺(tái)網(wǎng)絡(luò)控制器組成,這些網(wǎng)絡(luò)控制器連續(xù)監(jiān)測(cè)成百上千傳感器的輸入,例如開(kāi)關(guān)和位準(zhǔn)檢測(cè)器。同時(shí)將信號(hào)送到相應(yīng)數(shù)量的輸出設(shè)備,例如閥門(mén)、電磁閥或電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
本設(shè)計(jì)方案中,我們討論電子配線架,簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)線組與控制器連接的過(guò)程。然后介紹一種將電子配線架靈活性提升到新高度的創(chuàng)新方案。
配線架
在此之前,將現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備連接到可編程邏輯控制器(PLC)的標(biāo)準(zhǔn)方式如(圖1)所示。通過(guò)多芯電纜將工廠車間的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到配線板(通常位于I/O控制室)的接線端子排。在配線板上,線纜交叉連接,將每臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到相應(yīng)控制器通道的I/O卡。
這種方法存在故障隱患。例如,交叉連線時(shí),難以跟蹤哪根線是進(jìn)線,哪根線是出線,如果連接不正確甚至根本沒(méi)有連接,就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。對(duì)于技術(shù)人員或工程師來(lái)說(shuō),調(diào)試和測(cè)試每個(gè)連線非常耗時(shí),造成過(guò)程調(diào)試延期,代價(jià)不菲。
理論上說(shuō),一旦完成調(diào)試,系統(tǒng)就應(yīng)正確運(yùn)行;但如果系統(tǒng)中發(fā)生未能預(yù)見(jiàn)的故障,就會(huì)產(chǎn)生附加問(wèn)題。偶爾增加新的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在所難免。例如,如果將某個(gè)溫度開(kāi)關(guān)改為溫度變送器,那么就需要將數(shù)字輸入改為模擬輸入。
更糟糕的是,如果系統(tǒng)增加新的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,但配線板沒(méi)有支持新設(shè)備要求的相應(yīng)類型的連接。這種情況下,就需要更換控制器,增加成本、造成項(xiàng)目延期。
電子配線架
傳統(tǒng)的接線板已經(jīng)逐漸被電子化接線板替代,后者是過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域信號(hào)連接的新方法(圖2)。
開(kāi)發(fā)該技術(shù)的目的是防止手動(dòng)接線造成的人為錯(cuò)誤,也是在配線板上將I/O設(shè)備交叉連接在一起。與接線編組一樣,技術(shù)人員將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的多芯電纜連接到配線柜(位于工廠車間)接線端子的右側(cè)。然而,在I/O控制室,不再需要手動(dòng)將每個(gè)接線端子連接到對(duì)應(yīng)的控制器I/O通道,而由系統(tǒng)本身通過(guò)電子方式實(shí)現(xiàn)。
電子配線的明顯優(yōu)勢(shì)是,無(wú)需更改物理接線,I/O設(shè)備可根據(jù)需要隨時(shí)連接到特定的控制器。如果在項(xiàng)目后期,I/O類型發(fā)生變化,或者需要增加設(shè)備,無(wú)需更改已有接線或配線柜。此外,能夠根據(jù)需要為配線柜增加額外的I/O容量,然后通過(guò)電子配線連接到控制器。
電子配線的核心是便攜式主機(jī)和可更換模塊或板卡。將相應(yīng)類型的板卡插入現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備需要連接的插槽。例如,數(shù)字(DI)卡插入到支持溫度開(kāi)關(guān)的插槽。然后將板卡連接到控制器的相應(yīng)通道。各個(gè)控制器通道的功能取決于每個(gè)插槽板卡類型(例如DI或DO)。
新型數(shù)字I/O
MAX14914的其它重要特性包括低RON (圖3) 和低傳輸延遲,在DI模式下小于2µs (圖4) 。雖然電子配線的靈活性顯而易見(jiàn),但也存在一定的固有問(wèn)題。傳統(tǒng)上,工業(yè)和過(guò)程控制工程師使用術(shù)語(yǔ)“數(shù)字IO”指代PLC發(fā)送和接收的數(shù)字信號(hào)。然而,這個(gè)術(shù)語(yǔ)本身不太恰當(dāng)。PLC上并沒(méi)有“數(shù)字IO”通道這樣的東西,有的只是“數(shù)字輸入”通道或“數(shù)字輸出”通道。所以,如果需要將某個(gè)控制器通道從DI改為DO,或者相反,就必須更換通道的物理板卡。此外,DI和DO通道的總數(shù)量取決于主機(jī)每種類型板卡的數(shù)量。這就限定了主機(jī)DI通道和DO通道的數(shù)量,限制了電子配線的靈活性。
更理想的情況是每個(gè)通道可根據(jù)需要配置作為DI或DO。現(xiàn)在,使用帶有數(shù)字輸入配置的MAX14914 高邊開(kāi)關(guān),可以實(shí)現(xiàn)以上目的。使用MAX14914,PLC可將每個(gè)板卡配置作為DI或DO。如果通道的功能發(fā)生變化,不需要插拔板卡和重新配置??刂仆ǖ揽烧嬲O(shè)計(jì)為“數(shù)字IO”,不限制每種通道的數(shù)量。唯一的限制是PLC本身能夠處理的通道數(shù)量。
總結(jié)
本設(shè)計(jì)方案中,我們回顧了過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的傳統(tǒng)信號(hào)連接方法,即連接編組。討論了如何通過(guò)電子編組方法解決與傳統(tǒng)方法相關(guān)的問(wèn)題。電子編組方法表面上實(shí)現(xiàn)了相當(dāng)大的改進(jìn),但并不是沒(méi)有局限性。MAX14914等具有數(shù)字輸入配置的高邊開(kāi)關(guān),將電子編組的靈活性提升到了一個(gè)新高度。通過(guò)電子方式將各個(gè)控制器通道配置為數(shù)字輸入或輸出,無(wú)需更改硬件且不限制可使用的板卡類型,大大提高了設(shè)計(jì)靈活性,降低項(xiàng)目調(diào)試過(guò)程中可能發(fā)生改變所引起的成本。
● PLC:可編程邏輯控制器
● I/O:輸入/輸出
● DI:數(shù)字輸入
● DO:數(shù)字輸出
● 接線編組:手動(dòng)將PLC通道連接到遠(yuǎn)程I/O的接線端子
● 電子編組:通過(guò)電子方式將PLC通道連接(多路復(fù)用)到遠(yuǎn)程I/O的接線端子
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