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PLC系統(tǒng)模擬輸入輸出發(fā)展趨勢及設(shè)計挑戰(zhàn)

來源:江蘇新高科分析儀器有限公司   2016年09月06日 21:21  

 

 
PLC自20世紀(jì)70年代后期進入中國后,已然經(jīng)過了三十多年的長足發(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,但在市場需求驅(qū)動下,名片大小的產(chǎn)品已經(jīng)問世。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)品價格競爭力,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解決由此產(chǎn)生的自熱問題?如何進行低功耗設(shè)計?這些,也都是PLC系統(tǒng)設(shè)計時面對的實際問題。 

ADI過程控制系列之《工業(yè)現(xiàn)場環(huán)路供電儀器儀表的四大關(guān)鍵設(shè)計環(huán)節(jié)》一文,已就現(xiàn)場儀器儀表/變送器的設(shè)計需求和挑戰(zhàn)進行了深入分析,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。這里會將輸入和輸出模塊區(qū)分開來,就其不同的系統(tǒng)要求進行分別探討,并著重介紹ADI能夠支持這些要求的優(yōu)勢產(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)計人員早已通過在產(chǎn)品設(shè)計中選用0402封裝電阻電容以及LFCSP封裝IC,達到減少電路板尺寸的目的。與此同時,每個模塊的功耗也由曾經(jīng)的5W-10W,發(fā)展到了如今的3W-5W,未來勢必降至更低。在這方面,一些設(shè)計人員通過犧牲設(shè)計規(guī)格來滿足功耗預(yù)算,此法雖然能達到降低功耗的目的,但勢必也會導(dǎo)致產(chǎn)品競爭力下降,因此并不推薦。 

其次,通道密度要增加,由原來的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,會顯著提升模塊的環(huán)境溫度,在某些情況下,高達100攝氏度的系統(tǒng)環(huán)境溫度并不罕見,而這本身卻會對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)計人員在選擇元件時,要尺寸更小、靜態(tài)電流更低而且效率更高。 

第三,速度,即建立時間要提高,從而實現(xiàn)工廠自動化。目前,模擬輸出通道建立的時間已經(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(SIL)來提高診斷性以及穩(wěn)定性。 

ADI多年來深耕工業(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+四個外部驅(qū)動器”式半集成方案,再到后來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。

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