工业PLC系统设计考虑和解决方案

出处:网络整理 发布于:2020-02-24 12:48:56

  ADuC7124/ADuC7126均为完全集成的1 MSPS、12位数据采集系统,在单芯片内集成高性能多通道ADC、16位/32位MCU和Flash/EE存储器。ADC具有多达12路单端输入。另外还有4个ADC输入通道也可以和4个DAC的输出引脚复用。ADC可以在单端模式或差分输入模式下工作,ADC输入电压范围为0 V至VREF。低漂移带隙基准电压源、温度传感器和电压比较器完善了ADC的外设设置。通过编程可以将DAC输出范围设置为三种电压范围之一。DAC输出具有一个增强特性,能够在看门狗或软件复位时序中保持其输出电压。
这些器件通过一个片内振荡器和锁相环(PLL)产生41.78MHz的内部高频时钟信号。该时钟信号通过一个可编程时钟分频器进行中继,在其中产生MCU内核时钟工作频率。微控制器内核为ARM7TDMI?,它是一个16位/32位RISC机器,峰值性能最高可达41 MIPS。片内集成有32 KB SRAM和126 KB非易失性Flash/EE存储器。ARM7TDMI内核将所有存储器和寄存器视为一个线性阵列。
ADuC7124内置一个高级中断控制器。该矢量中断控制器(VIC)可以为每个中断分配一个优先级。它还支持嵌套中断,每个IRQ和FIQ最多允许8级嵌套。如果将IRQ和FIQ中断源合并,则可以支持总计16级嵌套中断。片内出厂固件支持通过UART串行接口端口或 I2C 端口进行在线下载,并且支持通过JTAG接口进行非介入仿真。这些特性都集成在支持此MicroConverter?系列的低成本QuickStart?开发系统中。该器件内置一个提供6路输出信号的16位PWM。为便于通信,该器件内置2个 I2C 通道,可以将这些通道独立配置为主模式或从模式。另外还提供了支持主从两种模式的SPI接口。此外还有2个UART通道,每个UART通道内置一个带接收和发送缓冲器的可配置16位FIFO。
这些器件的工作电压范围为2.7 V至3.6 V,额定温度范围为?40°C至+125°C工业温度范围。工作频率为41.78 MHz时,其典型功耗为120 mW。ADuC7124提供64引脚LFCSP和80引脚LFQFP两种封装。
ADuC7124/ADuC7126应用:
工业控制和自动化系统
智能传感器、精密仪器
基站系统、光纤网络
病人监护
图1.ADuC7124/ADuC7126功能方框图
ADI PLC(可编程逻辑控制器)解决方案
PLC系统由电源、CPU和多个模拟及数字I/O模块组成,可控制、执行和监控复杂的机器变量;PLC设计用于多输入和输出配置,具有扩展的温度范围、卓越的电噪声抑制性能、抗震性和抗冲击能力。
PLC系统包括电源、控制和通信模块以及多种模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出模块。
工业PLC系统设计考虑和主要挑战
为了获得合适的PLC系统设计,设计人员必须考虑许多不同的系统要求,包括精度、带宽和输入范围等。
    模拟输入类型和范围:TC(热电偶)和RTD最小_10 mV;执行器控制器最大±10 V,过程控制系统中电流为4 mA至20 mA。
    模拟输出类型和范围:一般包括_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。有时需要超量程性能。
    输入/输出模块的分辨率和精度;典型范围为12位至16位,工业温度范围内精度为0.1%。
   提供与不同工业网络的连接能力,如模拟、现场总线、CAN、以太网以及USB
    隔离:系统电源模块与低功耗电子元件之间;输入与输出之间;I/O与中央控制单元之间;隔离等级从1 kV至2.5 kV不等。
   模拟输入/输出和电源输入保护:故障条件电压或电流以及EMC考虑,包括电涌和快速脉冲瞬变及ESD。
   随着电路板尺寸的减小,功效比、热管理和散热将成为小型化器件一个日益重要的问题。另外,更多的通道或节点需要置于相同的空间中,因而要求采用高密度系统。为此,必须缩小尺寸。这意味着外壳更小,从而带来电源管理和散热难题,因此需要通过集成动态电源控制实现智能电源管理的解决方案。
以前,实现这类I/O系统需要大量高性能分立式元件,由此产生的是庞大且昂贵的系统。近来,集成技术的进步使得系统设计人员能够采用尺寸更小、功耗更低、成本更低的解决方案,而其性能与那些大型系统不相上下。持续的技术进步要求既能不断促进这些解决方案集成,同时还提高其性能和诊断能力。
ADI针对市场需求度身定制解决方案,为设计助一臂之力。这些解决方案采用业界领先技术,并提供众多设计选项:从采用分立器件的实施方案到全集成式解决方案,应有尽有。
PLC演示系统旨在用来演示完整的PLC信号链。它有四个隔离输入通道和四个隔离输出通道。,输入通道具有24位分辨率(使用仪表放大器 AD8220和Σ-Δ型ADC AD7793 ),每个通道都能配置为接受各种输入信号:从4-20mA电流环路到0-5V、0-10V、+/-5V、+/-10V的高压输入。它还支持RTD/TC输入。输出通道具有16位分辨率(使用AD5422),集成输出驱动器,并内置故障检测和保护功能。AD5422的可编程输出范围如下包括:4-20mA、0-5V、0-10V、+/-5V、+/-10V。通道隔离通过ADuM5401 或 ADuM1401实现。完整设计采用ADI公司的转换器、隔离技术、处理器和电源管理产品,方便客户评估整个信号链。

图2.PLC主信号链框图

图3.PLC工业控制演示系统外形图
图4.PLC整体解决方案框

关键词:PLC系统

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