工業(yè)控制設計所需的組件

2021-05-11

工業(yè)控制設計所需的組件

一些制造業(yè)務(wù)已從自動(dòng)化和機器人技術(shù)中受益匪淺，而用于工業(yè)自動(dòng)化的系統則需要控制和數據采集系統。如果設施要以最高效率運行，則自動(dòng)化和控制系統的設計必須牢記可靠性和可見(jiàn)性。這些系統需要一系列組件，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。

如果您要設計用于工業(yè)控制系統的板卡，則有一些通用組件對您的產(chǎn)品必不可少。這些組件旨在執行所有必要的數據/信號采集任務(wù)，以及作為大型控制系統一部分所需的處理和生成任務(wù)。無(wú)論您是要為控制和監視系統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)控制設計的基本組件

工業(yè)控制設計所需的組件可以分為不同的類(lèi)別b功能。在較高級別上，這些系統需要在較大的控制系統內生成和收集信號，并且可能需要將數據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(wú)線(xiàn)通信，管理外圍設備的電源并承受高溫。無(wú)需進(jìn)一步延遲，這里是設計用于工業(yè)控制的電路板時(shí)需要考慮的一些功能方面。

功率調節

這是任何工業(yè)應用系統的基本要求。用于工業(yè)控制或監視系統的板可能需要高達24 V的電源，而一塊板可能需要多級才能正常運行。電源模塊也可能需要提供大電流，尤其是在用于運行機電或電熱元件的情況下。您可以找到一系列適合低功耗應用的開(kāi)關(guān)轉換器或LDO。

在我的公司開(kāi)始從自動(dòng)化設施打電話(huà)尋求電路板布局服務(wù)之前，我最后一次聽(tīng)到有人討論EEPROM是指Arduino。如果板子的倍數出現在較大的系統中，或者要作為產(chǎn)品線(xiàn)的一部分發(fā)布板子，則該板子需要一個(gè)唯一的標識符，可以通過(guò)電子方式對其進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。輸入EEPROM，以便將唯一的標識符加載到板上。

更高級的產(chǎn)品可能會(huì )使用將Flash存儲器與無(wú)線(xiàn)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識符的MAC地址，因此在這種情況下不需要EEPROM。用于工業(yè)監控的物聯(lián)網(wǎng)設備的實(shí)驗性網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò )正朝著(zhù)這一方向發(fā)展，因為這些集成的MCU / SoC減少了總零件數和成本。 

數據采集與信號生成

這兩個(gè)反函數是通過(guò)ADC（獲?。┖?span>DAC（生成）實(shí)現的。對于工業(yè)應用，ADC通常不需要非常高的采樣率，因為您并不經(jīng)常在非常高的頻率下工作。但是，對于測量和信號生成，您需要確保分辨率對于您的應用足夠高。您還應該檢查通道數量，因為可能需要與多個(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)現方式（請參見(jiàn)下文）。

處理能力

一旦收集了一些數據，就需要對它進(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備。收集的數據在工業(yè)控制中的典型用法是控制回路的一部分。此應用程序不一定需要巨大的時(shí)鐘速率；對于大多數應用而言，MHz范圍內的值應該足夠了。您可能需要選擇高容量的板載內存，具體取決于應用程序的大小和復雜性。

4-20 mA電流環(huán)路生成

如果您使用事實(shí)上的4-20 mA標準，那么您將需要一個(gè)驅動(dòng)程序來(lái)為過(guò)程控制系統生成電流回路。電動(dòng)機驅動(dòng)器，PLC輸出可編程驅動(dòng)器，高壓I / O和線(xiàn)性總線(xiàn)上的傳感器都利用這些控制回路。德州儀器（TI）的XTR305模擬驅動(dòng)器是4-20 mA環(huán)路驅動(dòng)器或+/- 10 V驅動(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)路應用的接收器模式，從而無(wú)需使用ADC通道進(jìn)行測量。

功放

您的系統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，或者在不使用笨重的變壓器的情況下提升模擬電壓信號。一些放大器專(zhuān)門(mén)針對工業(yè)應用而設計，并且比典型的運算放大器IC更堅固。

靜電防護

工業(yè)系統可能在高壓附近運行，關(guān)鍵系統可能需要ESD安全。在這里，根據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)電路保護組件。示例包括簡(jiǎn)單的保險絲，繼電器，TVS二極管和氣體放電管。

工業(yè)控制設計的其他組件

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很可能會(huì )在您的下一塊板上出現。下一個(gè)工業(yè)控制設計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(wú)線(xiàn)組件（WiFi，藍牙等）

單板計算機

無(wú)論您需要工業(yè)控制設計中的哪個(gè)組件，都可以使用Octopart中的高級搜索和過(guò)濾功能來(lái)查找所需的零件。