Sistèm kontwòl endistriyèl yo kontinye konte sou siyal analòg estanda pou transmèt done ant pwosesis ak ekipman kontwòl. Siyal bouk aktyèl ki estab 4 a 20mA ka fasilman travèse dè milye de pye, pandan y ap siyal ±5 ak ±10V yo tou komen nan sistèm endistriyèl yo.
Nòt aplikasyon sa a montre solisyon sistèm akizisyon done entegre (DAS) Maxim la. Solisyon DAS Maxim yo sove espas tablo, konsomasyon pouvwa, ak tan konsepsyon pandan y ap konvèti siyal estanda endistriyèl analòg ak eleman ekstèn minim.
Entwodiksyon
Malgre plizyè vèsyon dijital fieldbus, sistèm kontwòl endistriyèl yo kontinye konte sou siyal analòg estanda pou transmèt done ant pwosesis ak ekipman kontwòl. Pa egzanp, transmetè pwosesis nan izin chimik yo konvèti siyal tanperati ak presyon ki ba-nan siyal bouk aktyèl ki estab 4 a 20mA ki ka fasil vwayaje plizyè milye pye.
Speed and position sensors for machine tools and automated guided vehicles in factory automation environments generate unipolar and bipolar voltage signals, typically ranging from 0V to 5V, 0V to 10V, ±5V, or ±10V. Additionally, signals from commonly used PT100 temperature sensing elements often require no conversion and can be directly utilized within standard ranges, such as 10V or 20mA. As RTDs (Resistance Temperature Detectors) made from platinum (Pt), PT100s exhibit a resistance of 0Ω at 100°C. Their resistance exhibits a linear relationship with temperature and provides a relatively high output signal level (>1mV lè kondwi pa yon sous kouran 100mA).
Fonksyon kontwòl nan anviwònman pwosesis la aplike pa PLCs (Kontwòl lojik pwogramasyon), PCSs (sistèm kontwòl pwosesis), oswa (pi resamman) IPCs (òdinatè pèsonèl endistriyèl). Piske aparèy sa yo se sistèm dijital kap kouri lojisyèl pwosesis-espesifik, tout siyal analòg yo dwe konvèti an dijital anvan òdinatè a ka li yo.
Konvèsyon A/D nan sistèm kontwòl fèt pa ankadreman oswa bwat yo rele "periferik analòg." Sa yo konekte nan CPU a atravè otobis backplane sistèm lan oswa otobis jaden lè yo enstale adistans (egzanp, sou machin). Pi lwen pase sikwi dijital (pou kominikasyon CPU), periferik sa yo enkòpore divès kalite konpozan siyal analòg ak melanje-. Bezwen pou plis chanèl pou chak tablo oswa pi piti pakè (pou machin aliye) mennen nan espas ak kontrent pouvwa, prezante defi nan konsepsyon prensipal pou periferik analòg. Sikwi sa a montre teknik kondisyone siyal ak dekri yon metòd pou nimerik jiska uit chanèl lè l sèvi avèk yon sèl chip.
Sistèm akizisyon done
Sistèm avanse done akizisyon (Figi 1) genyen yon multiplexeur (multiplexeur) pou chanje ant chanèl D', yon siyal kondisyone chan de kous ki bay benefis ak desantre ajisteman pou diferan D' gammes, ak yon analog{1} pou -dijital convertisseur (ADC) ak yon referans vòltaj (VREF).
Figi 1. Dyagram sa a montre eleman debaz sistèm akizisyon done yo.
Entegre DAS Solutions
Lè Maxim entegre modil debaz yo montre nan Figi 1, Maxim te devlope yon seri de sistèm akizisyon done yon sèl -chip ki ekonomize espas tablo, konsomasyon pouvwa, ak tan konsepsyon. Chips sa yo mande pou eleman ekstèn minim (okenn nan kèk ka) epi yo ka konvèti pifò siyal estanda yo itilize kounye a. Chak aparèy enkòpore yon ADC 12-bit, multiplexeur, ak koreksyon benefis / konpanse, prezante yon koòdone dijital seri oswa paralèl pou koneksyon fasil ak pifò mikropwosè yo.
Dyagram blòk sa a (Figi 2) montre yon konfigirasyon tipik pou seri sa a. Diferans prensipal yo se nan seksyon dijital ki konekte ak mikropwosè a. Chak chip bay 16 oswa 5 sèl -chanèl antre analòg ki konekte ak ADC entèn la atravè multiplexeur ki pwoteje fay-. Nenpòt chanèl ka kenbe tèt ak vòltaj opinyon jiska<>.<>V, ak yon fay sou nenpòt chanèl pa afekte konvèsyon sou nenpòt lòt chanèl.
Figi 2. Fonksyon yo montre nan Figi 1 yo entegre nan chip sa a.
Chak chanèl ka pwograme poukont yo pou yon seri opinyon estanda (0 a 5V, 0 a 10V, ± 5V, oswa ± 10V) pandan y ap mache ak yon sèl rezèv 5V. Gen lòt aparèy ki gen estrikti benefis ki sanble, men yo aksepte diferan ranje antre: inipolè oswa bipolè 2V oswa 4V, oswa inipolè oswa bipolè VREF oswa -VREF. Kapasite varyasyon 100x genyen ak 10% konpanse opinyon (soti nan -10V rive +2V) elaji seri dinamik la pa 14 bit, sa ki lakòz sistèm ak<>-ti jan ranje dinamik.
ADC entèn la se yon kalite apwoksimasyon siksesif 12-bit ki baze sou yon DAC kapasitif, kote kapasite MSB la tou fonksyone kòm kondansateur kenbe nan echantiyon / kenbe kous la. Chak aparèy ka opere lè l sèvi avèk swa osilator entèn la oswa yon revèy ekstèn.
Aparèy MAX196 a MAX199 yo itilize / WR pulsasyon yo kòmanse ak sispann akizisyon, bay tan akizisyon relativman long nan "mòd akizisyon ekstèn" san yo pa ralanti vitès konvèsyon. Kout reta ouvèti aparèy la ak ti ouvèti ki ba (<50ps in external clock/acquire mode) enable precise control of acquisition timing. This capability is critical for phase-sensitive applications such as power line control and AC motor control. Additionally, the chip's wideband input architecture provides up to 5MHz small-signal bandwidth, allowing undersampling techniques beyond the Nyquist frequency.
Entèfas dijital
Aplikasyon ki mande gwo -mesi vitès yo pi byen sèvi ak koòdone done paralèl (MAX196 rive MAX199). Aparèy sa yo reyalize 2Ksps debi nan pousantaj revèy 100MHz, ase pou pifò bouk kontwòl gwo -vitès. Pou aplikasyon ki pi ba-vitès, vèsyon koòdone konpatib I²C- ki disponib yo ekonomize espas tablo a epi senplifye kominikasyon ant DAS ak mikrokontwolè. Aparèy sa yo prezante tan konvèsyon rapid (10μs), men koòdone seri a limite debi yo a 8kbps.
Pou egzanp, MAX197 a aksepte 0V a 10V, 0V a 5V, ± 5V, ak ± 10V antre. Enpedans sous la kondwi entrain sa yo se yon enkyetid prensipal pou itilizatè yo. Pandan pran echantiyon, ADC a trase yon batman aktyèl pou chaje kondansateur T/H li yo (kondansateur MSB pou DAC kapasitif). Se poutèt sa, yon anplifikatè operasyon rapid -reglaj ak ase pousantaj slew oblije asire bon jan vòltaj rezoud pandan akizisyon. MXL1013/MXL1014 anplifikatè operasyonèl yo fè byen nan reyalize pousantaj echantiyon rapid. Pou pi dousman anplifikatè operasyonèl, tan akizisyon an dwe pwolonje.
Antre diferans yo itilize nan anpil sistèm automatisation yo relativman ensansib a entèferans mòd komen-. Nan pifò ka yo, yon senp sikwi anplifikatè diferans (Figi 3) ak enpedans opinyon ki depase 1MΩ sifi. (Pou pi gwo enpedans antre, sèvi ak yon estanda 3-op-amp instrumentation anplifikatè.) Pwodiksyon ki montre nan Figi 3 la se
Vout=R2(V+ - V-) / R1.
Pou gwo rejè -mòd komen, mete R1=R3 ak R2=R4. Pwofi nan konbinezon yo montre a se 0.876, pwolonje seri a opinyon ± 10V pa apeprè 114% pou mezire siyal pi lwen pase seri a. Ajisteman sa a diminye rezolisyon gwoup ± 10V a apeprè 11.8 bit.
Figi 3. Yon senp anplifikatè diferans ki bay gwo enpedans antre ak yon sèl -pwodiksyon.
20mA aktyèl bouk
Bouk aktyèl yo transmèt ti siyal sou distans ki long nan anviwònman ki fè bwi. Kouran an anjeneral pwodwi pa yon transmetè pwosesis, ki konvèti varyab tankou tanperati oswa presyon nan yon aktyèl dirèk nan 0mA a 20mA oswa 4mA a 20mA. Lè sa a, aktyèl la ap koule nan yon rezistans shunt, kreye yon gout vòltaj pwopòsyonèl ki fasil nimerik. Depi vòltaj konfòme ki disponib pou kondwi bouk la-ki gen ladan rezistans fil-raman depase 15V a 18V, valè rezistans lan limite a kèk santèn ohms (Figi 4).
Figi 4. Konbine anplifikatè yo montre nan Figi 3 la ak siyal bouk aktyèl la ki sòti nan rezistans shunt 220Ω la pwodui yon sèl -pwodiksyon pratik.Sikwi sa a prezante menm anplifikatè diferans ak sikwi kondisyone ± 10V, ansanm ak yon rezistans shunt 220Ω. Rezistans sa a montre yon gout vòltaj nan 4.20V nan 4mA ak 5.25V nan 5mA. Se benefis anplifikatè diferans lan ajiste nan opinyon ADC a nan yon maksimòm de 4.62V. Se poutèt sa, yon DAS pwograme pou yon opinyon 0.5V ka nimerik siyal sa a ak yon rezolisyon maksimòm 11.8 Bits.
Paske MAX198/MAX199 ak MAX128 gen pi piti ranje opinyon nan seri sa a, yo opere ak yon ti rezistans shunt san yo pa bezwen ajisteman genyen. Sa fè yo pi apwopriye pou mezi 10mA nan sistèm ki pa bezwen lòt mezi wo nivo -(jiska ±20V). Pou adapte sikwi a montre nan Figi 4 pou itilize ak MAX199 la, konfigirasyon MAX199 la pou yon seri antre 0 a 2V epi chanje rezistans 536kΩ a 470kΩ. Sèvi ak yon rezistans shunt 86Ω.
Adaptasyon Capteur
Thermocouples, mezi deformasyon, ak lòt detèktè komen bay siyal ki pa lineyè ki ba-ki sansib pou EMI. Se poutèt sa, anvan ou voye enfòmasyon sa a nan sistèm kontwòl la, yon transmetè 4-20mA premye lineize ak kondisyon siyal la. Pou aplikasyon pou mezi tanperati mwens kritik, detektè tanperati rezistans (RTD) ka mezire tanperati jiska 850 degre sou distans ki long san yo pa bezwen kondisyone siyal chè.
RTD ki pi popilè a se Capteur tanperati platinum estanda a ke yo rekonèt kòm PT100, ki gen yon rezistans nan 0Ω nan 100 degre ak yon koyefisyan tanperati lineyè nan 0.38Ω / degre. Li montre tou yon koyefisyan tanperati ki pi piti ki pa lineyè, ki fè karakteristik Ω / degre li yo prèske lineyè sou yon seri etwat. Kontrèman ak tèrmokapteur, kote pwodiksyon vòltaj la reprezante diferans tanperati ant de pwen, rezistans RTD a dirèkteman reprezante tanperati absoli Capteur a.
Mezi yo reyalize lè w kondwi yon kouran 1mA a 2mA atravè Capteur a epi mezire gout vòltaj la atravè tèminal li yo. Kouran ki pi wo yo entwodui erè mezi akòz pwòp tèt -chofaj ki te koze pa ogmante dissipation pouvwa nan Capteur a. Yon referans entèn 4.096V senplifye jenerasyon aktyèl la eksitasyon Capteur (Figi 5).
Figi 5. Sikwi sa a founi kouran nan Capteur RTD a ak nimerik pwodiksyon an ki kapab lakòz.
Pou anpeche rezistans fil afekte presizyon mezi, kat fil endepandan konekte RTD a ak anplifikatè diferans lan. Depi fil deteksyon yo konekte ak gwo -enpedans anplifikatè a, aktyèl yo ba anpil, sa ki lakòz yon gout vòltaj neglijab. Vòltaj referans 4096mV ak rezistans fidbak 3.3kΩ mete aktyèl eksitasyon an apeprè 4096mV/3.3kΩ=1.24mA. Kontinwe, kondwi tou de ADC ak sous aktyèl la ak menm vòltaj referans pèmèt yon mezi rapò kote derive vòltaj referans pa afekte rezilta konvèsyon an.
Konfigure MAX197 la pou yon seri antre 0V a 5V epi mete benefis anplifikatè diferans lan a 10 pou mezire valè rezistans jiska 400Ω, ki reprezante apeprè 800 degre. Mikwoprosesè a ka linearize siyal detèktè a lè l sèvi avèk yon tab rechèch. Pou kalibre sistèm nan, ranplase RTD a ak de rezistans presizyon (100Ω ki reprezante zewo, 300Ω oswa pi wo ki reprezante echèl konplè) epi estoke rezilta konvèsyon yo.
Olye ke yo dedye sikui espesifik nan seri opinyon patikilye, kous la montre nan Figi 6 adapte opinyon ADC a pou akomode nenpòt seri siyal ki dekri pi bonè. Chwazi pin D 'ak ranje D' ADC (Tablo 1) pèmèt chwazi konfigirasyon ki apwopriye a.
Figi 6. Sa a sikwi opinyon inivèsèl adapte ADC a ranje siyal la sou chak kanal opinyon.