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技術(shù)專題
工業(yè)控制設(shè)計(jì)所需的組件
工業(yè)控制設(shè)計(jì)所需的組件
一些制造業(yè)務(wù)已從自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)中受益匪淺，而用于工業(yè)自動(dòng)化的系統(tǒng)則需要控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。如果設(shè)施要以最高效率運(yùn)行，則自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須牢記可靠性和可見性。這些系統(tǒng)需要一系列組件，從面板安裝的控制器到混合了傳感器和IC的小型嵌入式板。
如果您要設(shè)計(jì)用于工業(yè)控制系統(tǒng)的板卡，則有一些通用組件對(duì)您的產(chǎn)品必不可少。這些組件旨在執(zhí)行所有必要的數(shù)據(jù)/信號(hào)采集任務(wù)，以及作為大型控制系統(tǒng)一部分所需的處理和生成任務(wù)。無論您是要為控制和監(jiān)視系統(tǒng)制作盒子還是制作小型面板，都可以在這里找到所需的組件。
工業(yè)控制設(shè)計(jì)的基本組件
工業(yè)控制設(shè)計(jì)所需的組件可以分為不同的類別b功能。在較高級(jí)別上，這些系統(tǒng)需要在較大的控制系統(tǒng)內(nèi)生成和收集信號(hào)，并且可能需要將數(shù)據(jù)作為控制算法的一部分進(jìn)行處理。工業(yè)控制板可能還需要無線通信，管理外圍設(shè)備的電源并承受高溫。無需進(jìn)一步延遲，這里是設(shè)計(jì)用于工業(yè)控制的電路板時(shí)需要考慮的一些功能方面。
功率調(diào)節(jié)
這是任何工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求。用于工業(yè)控制或監(jiān)視系統(tǒng)的板可能需要高達(dá)24 V的電源，而一塊板可能需要多級(jí)才能正常運(yùn)行。電源模塊也可能需要提供大電流，尤其是在用于運(yùn)行機(jī)電或電熱元件的情況下。您可以找到一系列適合低功耗應(yīng)用的開關(guān)轉(zhuǎn)換器或LDO。
在我的公司開始從自動(dòng)化設(shè)施打電話尋求電路板布局服務(wù)之前，我最后一次聽到有人討論EEPROM是指Arduino。如果板子的倍數(shù)出現(xiàn)在較大的系統(tǒng)中，或者要作為產(chǎn)品線的一部分發(fā)布板子，則該板子需要一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，可以通過電子方式對(duì)其進(jìn)行訪問。輸入EEPROM，以便將唯一的標(biāo)識(shí)符加載到板上。
更高級(jí)的產(chǎn)品可能會(huì)使用將Flash存儲(chǔ)器與無線功能和多個(gè)I / O集成在一起的MCU / SoC。這些組件將具有用作唯一標(biāo)識(shí)符的MAC地址，因此在這種情況下不需要EEPROM。用于工業(yè)監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)性網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)正朝著這一方向發(fā)展，因?yàn)檫@些集成的MCU / SoC減少了總零件數(shù)和成本。
數(shù)據(jù)采集與信號(hào)生成
這兩個(gè)反函數(shù)是通過ADC（獲取）和DAC（生成）實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，ADC通常不需要非常高的采樣率，因?yàn)槟⒉唤?jīng)常在非常高的頻率下工作。但是，對(duì)于測(cè)量和信號(hào)生成，您需要確保分辨率對(duì)于您的應(yīng)用足夠高。您還應(yīng)該檢查通道數(shù)量，因?yàn)榭赡苄枰c多個(gè)組件進(jìn)行接口連接。
如果需要在中低頻率下產(chǎn)生干凈的正弦波或方波，則最好使用振蕩器IC或定制振蕩器，具體取決于所需的頻率范圍。凌力爾特（Linear Technologies）的LTC1799采用小型封裝，輸出范圍為1 kHz至33 MHz，具有2.5％的頻率容差。該振蕩器和許多其他振蕩器均采用小包裝，并具有簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方式（請(qǐng)參見下文）。
處理能力
一旦收集了一些數(shù)據(jù)，就需要對(duì)它進(jìn)行一些處理。一個(gè)MCU，FPGA或其他PLD為您提供了在單個(gè)元件所需的處理能力以及其他有用的外圍設(shè)備。收集的數(shù)據(jù)在工業(yè)控制中的典型用法是控制回路的一部分。此應(yīng)用程序不一定需要巨大的時(shí)鐘速率；對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，MHz范圍內(nèi)的值應(yīng)該足夠了。您可能需要選擇高容量的板載內(nèi)存，具體取決于應(yīng)用程序的大小和復(fù)雜性。
4-20 mA電流環(huán)路生成
如果您使用事實(shí)上的4-20 mA標(biāo)準(zhǔn)，那么您將需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序來為過程控制系統(tǒng)生成電流回路。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，PLC輸出可編程驅(qū)動(dòng)器，高壓I / O和線性總線上的傳感器都利用這些控制回路。德州儀器（TI）的XTR305模擬驅(qū)動(dòng)器是4-20 mA環(huán)路驅(qū)動(dòng)器或+/- 10 V驅(qū)動(dòng)器的精確條件，可以從DAC取得電源。該組件還具有用于控制環(huán)路應(yīng)用的接收器模式，從而無需使用ADC通道進(jìn)行測(cè)量。
功放
您的系統(tǒng)中可能需要一定范圍的放大器，具體取決于您需要讀取的電壓范圍和所需的帶寬。通用運(yùn)算放大器或儀表放大器可用于在使用DAC進(jìn)行采樣之前放大低電平信號(hào)，或者在不使用笨重的變壓器的情況下提升模擬電壓信號(hào)。一些放大器專門針對(duì)工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，并且比典型的運(yùn)算放大器IC更堅(jiān)固。
靜電防護(hù)
工業(yè)系統(tǒng)可能在高壓附近運(yùn)行，關(guān)鍵系統(tǒng)可能需要ESD安全。在這里，根據(jù)電路板可能暴露的峰值電壓和上升時(shí)間，可以使用多個(gè)電路保護(hù)組件。示例包括簡(jiǎn)單的保險(xiǎn)絲，繼電器，TVS二極管和氣體放電管。
工業(yè)控制設(shè)計(jì)的其他組件
顯然，工業(yè)控制板所需的組件列表非常多，但是上面列出的選項(xiàng)很可能會(huì)在您的下一塊板上出現(xiàn)。下一個(gè)工業(yè)控制設(shè)計(jì)可能需要的其他一些組件包括：
可編程邏輯控制器
接口IC
無線組件（WiFi，藍(lán)牙等）
單板計(jì)算機(jī)
無論您需要工業(yè)控制設(shè)計(jì)中的哪個(gè)組件，都可以使用Octopart中的高級(jí)搜索和過濾功能來查找所需的零件。