適用于工業(yè)控制應(yīng)用的隔離PLC數(shù)字輸入

圖中U1為MAX31911八通道電平轉(zhuǎn)換器/串行器，U3為MAX14850 6通道數(shù)據(jù)隔離器。

該設(shè)計(jì)中，工業(yè)數(shù)字輸入串行器(U1)將傳感器和開(kāi)關(guān)的24V數(shù)字輸出進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理以及串行化, 轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足微控制器要求的CMOS兼容信號(hào)。該器件提供PLC數(shù)字輸入模塊的前端接口電路，與傳統(tǒng)的分立電阻分壓方案相比，輸入限流可有效減小對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電源的消耗。圖4所示為兩種方法中單路輸入通道的電流-電壓關(guān)系?？蛇x擇的片上低通濾波器靈活地對(duì)傳感器輸出進(jìn)行去抖和濾波。片上8至1串行化省去了隔離所需的光耦。每8位數(shù)據(jù)通過(guò)SPI端口發(fā)送一次多位CRC校驗(yàn)，確保高噪聲工業(yè)環(huán)境下的可靠通信。為實(shí)現(xiàn)更大靈活性，片上集成的5V電壓穩(wěn)壓器可為外部光耦、數(shù)字隔離器或其它外部5V電路供電。

圖4：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與Corona (MAX31911)設(shè)計(jì)方案中單路輸入通道的電流-電壓關(guān)系比較。

U3(MAX14850)以Pmod兼容的尺寸規(guī)格實(shí)現(xiàn)了6通道數(shù)據(jù)隔離。Pmod規(guī)范允許3.3V和5V模塊，以及各種引腳分配。在Pmod側(cè)，供電電壓可為3.3V或5V;U1側(cè)的電壓為5V。支持的數(shù)據(jù)隔離為600VRMS。

大多數(shù)情況下，U1(MAX31911)由24V現(xiàn)場(chǎng)電源供電;如果無(wú)現(xiàn)場(chǎng)電源可供使用，U1可由控制器側(cè)供電。后一種情況中，Corona電路板上的H橋變壓器驅(qū)動(dòng)器(U2，MAX13256)和變壓器為MAX31911提供使用級(jí)的隔離電源。

軟件說(shuō)明

Corona設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)Nexys3和ZedBoard 平臺(tái)驗(yàn)證。目前提供這兩種平臺(tái)的項(xiàng)目文件、器件驅(qū)動(dòng)器以及示例代碼。由于板載Pmod兼容連接器非常簡(jiǎn)單，所以Corona設(shè)計(jì)很容易用于任何微控制器或FPGA開(kāi)發(fā)電路板。

總結(jié)

本文介紹Corona (MAXREFDES12#)子系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)如何為工業(yè)控制和自動(dòng)化應(yīng)用提供結(jié)構(gòu)緊湊而簡(jiǎn)單的隔離數(shù)字輸入接口。Corona設(shè)計(jì)提供八路數(shù)字輸入通道。通過(guò)單一的SPI接口簡(jiǎn)單級(jí)聯(lián)多片八通道數(shù)字輸入IC——無(wú)需額外片選線，很容易以8的倍數(shù)增加通道數(shù)量。只需單個(gè)SPI接口即可將傳感器數(shù)據(jù)傳輸至PLC，無(wú)需隔離附加通道，大幅減少了輸入模塊中所需的隔離器數(shù)量。該設(shè)計(jì)大幅降低了成本，占用的空間較小，單位PCB面積上的通道密度較高。該設(shè)計(jì)提供基于Nexys3或ZedBoard平臺(tái)的示例軟件。