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PLC系統(tǒng)模擬輸入輸出發(fā)展趨勢(shì)及設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
PLC自20世紀(jì)70年代后期進(jìn)入中國(guó)后，已然經(jīng)過(guò)了三十多年的長(zhǎng)足發(fā)展。不知正在閱讀文章的各位，是否還記得您參與設(shè)計(jì)的*款PLC電路？現(xiàn)如今，PLC及DCS仍然在工控領(lǐng)域發(fā)揮著重大作用，并且正在朝著模塊更小、速度更快、通道密度更高的方向發(fā)展。
以PLC機(jī)架插槽的典型I/O卡為例，目前常見的8通道模塊尺寸一般為90mm×70mm×23.5mm，但在市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，名片大小的產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世。通道密度或數(shù)量的增加不僅能提升模塊功能，而且可以增加產(chǎn)品價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，自然大受歡迎。但是，如何降低模塊尺寸？如何在滿足上述需求的同時(shí)解決由此產(chǎn)生的自熱問(wèn)題？如何進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)？這些，也都是PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)面對(duì)的實(shí)際問(wèn)題。
ADI過(guò)程控制系列之《工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)路供電儀器儀表的四大關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)》一文，已就現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表/變送器的設(shè)計(jì)需求和挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入分析，作為該篇文章的姊妹篇，本文將著重關(guān)注PLC/DCS系統(tǒng)中的模擬輸入輸出部分的發(fā)展趨勢(shì)。這里會(huì)將輸入和輸出模塊區(qū)分開來(lái)，就其不同的系統(tǒng)要求進(jìn)行分別探討，并著重介紹ADI能夠支持這些要求的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品和解決方案。
多通道全集成模擬輸出解決方案
模擬輸出講究的是集成、能效和性能。首先，模塊尺寸要小。目前，設(shè)計(jì)人員早已通過(guò)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中選用0402封裝電阻電容以及LFCSP封裝IC，達(dá)到減少電路板尺寸的目的。與此同時(shí)，每個(gè)模塊的功耗也由曾經(jīng)的5W-10W，發(fā)展到了如今的3W-5W，未來(lái)勢(shì)必降至更低。在這方面，一些設(shè)計(jì)人員通過(guò)犧牲設(shè)計(jì)規(guī)格來(lái)滿足功耗預(yù)算，此法雖然能達(dá)到降低功耗的目的，但勢(shì)必也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力下降，因此并不推薦。
其次，通道密度要增加，由原來(lái)的4通道、8通道增加至現(xiàn)在的12甚至16通道。*，空間不變而通道密度增加，會(huì)顯著提升模塊的環(huán)境溫度，在某些情況下，高達(dá)100攝氏度的系統(tǒng)環(huán)境溫度并不罕見，而這本身卻會(huì)對(duì)zui高IC結(jié)溫造成挑戰(zhàn)。而且，通道密度的增加還意味著元件數(shù)量以及功耗的增加，這也從另一方面要求設(shè)計(jì)人員在選擇元件時(shí)，要尺寸更小、靜態(tài)電流更低而且效率更高。
第三，速度，即建立時(shí)間要提高，從而實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。目前，模擬輸出通道建立的時(shí)間已經(jīng)降低至20μs，但依然在向更率發(fā)展。
第四，工藝安全要求也要提高，系統(tǒng)要引入安全完整性等級(jí)(SIL)來(lái)提高診斷性以及穩(wěn)定性。
ADI多年來(lái)深耕工業(yè)控制領(lǐng)域，其提供的模擬輸出解決方案從zui初的“四通道DAC+外部增益放大器”式全分立方案，發(fā)展到“四通道DAC＋四個(gè)外部驅(qū)動(dòng)器”式半集成方案，再到后來(lái)的單通道全集成式解決方案，以及的多通道全集成式解決方案，其中涉及AD566x、AD5750、AD5422等多款工程師耳熟能詳?shù)男酒a(chǎn)品。