如何設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)總線無(wú)關(guān)的智能工廠傳感器

如果您即將開(kāi)始設(shè)計(jì)智能工廠傳感器，請(qǐng)閱讀這篇文章了解更多信息，從而盡可能快速高效地完成設(shè)計(jì)，使其能夠?yàn)楦嗫蛻魩?lái)裨益。這篇博文介紹了智能工廠傳感器（溫度和壓力）的設(shè)計(jì)理念，無(wú)論工廠流程中使用何種類型的現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)，這些傳感器都能與PLC進(jìn)行通信。

溫度傳感器有哪些選擇？

比較常見(jiàn)的溫度傳感器是2線、3線和4線電阻溫度檢測(cè)器(RTD)、熱電偶以及熱敏電阻，每種傳感器都有相對(duì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如果時(shí)間充裕，您可以在種類繁多的信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器IC中精挑細(xì)選，以構(gòu)建和調(diào)試定制模擬前端(AFE)。

有沒(méi)有更快完成設(shè)計(jì)的辦法？

如果時(shí)間很緊張，那么完全集成的AFE，例如AD7124或AD4130 Σ-Δ ADC（帶有集成PGA）可能是更好的選擇。假設(shè)您正在為需要熱電偶的應(yīng)用設(shè)計(jì)傳感器。在這種情況下，MAX31855是一款即用型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器IC，而且還能執(zhí)行線性化處理和冷端補(bǔ)償。如果您正在規(guī)劃基于RTD的傳感器，請(qǐng)考慮使用MAX31865 RTD數(shù)字轉(zhuǎn)換IC。如果您沒(méi)有時(shí)間研究不同類型的傳感器，只是想設(shè)計(jì)一個(gè)傳感器來(lái)快速準(zhǔn)確地提供數(shù)字溫度讀數(shù)，那么MAX31875或ADT7420數(shù)字溫度傳感器IC可以提供理想的“一站式”解決方案。這些器件將傳感器、AFE和線性化電路集成在一個(gè)封裝中，通過(guò)I2C連接到微控制器。圖1展示了多種不同選擇方案。

圖1 備選溫度傳感器信號(hào)鏈

壓力傳感器有哪些選擇？

應(yīng)變計(jì)和稱重傳感器常用于在壓力傳感器中產(chǎn)生電信號(hào)，AD7124和AD4130 AFE也可支持這些傳感器?；蛘?，如果您不希望微控制器執(zhí)行線性化工作，則可以使用ADA4558橋式信號(hào)調(diào)節(jié)器IC來(lái)處理線性化（圖2）。

圖2 備選壓力傳感器信號(hào)鏈

傳感器傳統(tǒng)上如何連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)？

通常，傳感器設(shè)計(jì)為使用單一現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。  然而，這種方法要求您在傳感器內(nèi)部包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口IC，因此成本會(huì)顯著增加，同時(shí)傳感器的適用群體也被限制為使用該協(xié)議的客戶。若要將傳感器用于另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，必須使用不同的接口IC重新設(shè)計(jì)傳感器，成本高昂且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。此外，診斷功能的數(shù)量和類型因網(wǎng)絡(luò)類型而異（有些根本沒(méi)有診斷功能），如果您的傳感器只支持某種協(xié)議，客戶在安裝后要想維護(hù)傳感器或排查故障可能很困難。因此，設(shè)計(jì)的傳感器最好能夠適應(yīng)任何工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，這樣既能降低成本，又能拓展市場(chǎng)。

如何使傳感器“與網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)”？

您可以借助IO-Link^?實(shí)現(xiàn)此目的，這是一種三線工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，旨在將傳感器和執(zhí)行器與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)相連。在IO-Link應(yīng)用中，收發(fā)器充當(dāng)物理層接口，連接運(yùn)行數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的微控制器，同時(shí)支持?jǐn)?shù)字輸入和輸出（高達(dá)24V）。IO-Link的優(yōu)勢(shì)在于可支持傳輸四種不同類型的信息，即過(guò)程數(shù)據(jù)、值狀態(tài)、設(shè)備數(shù)據(jù)和事件。這些信息可以指示傳感器故障，從而便于快速定位故障。MAX14828是一款低功耗IO-Link從站收發(fā)器，采用(4mm x 4mm) 24引腳TQFN封裝和(2.5mm x 2.5mm)晶圓級(jí)封裝(WLP)，可在-40℃至+125℃擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)使用。

IO-Link從站收發(fā)器如何與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信？

IO-Link從站收發(fā)器（通過(guò)電纜）與IO-Link主站進(jìn)行通信，而主站通過(guò)協(xié)議接口IC（如用于工業(yè)以太網(wǎng)的ADIN2299）連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。MAX14819A是一款低功耗、雙通道、IO-Link主站收發(fā)器，帶有傳感器/執(zhí)行器電源控制器，完全符合新發(fā)布的IO-Link和二進(jìn)制輸入標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試規(guī)范，即IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。