Les composants dont vous avez besoin pour la conception de contrôle industriel

Créé: Mai 7, 2021
Mise à jour: Juillet 1, 2024

Certaines opérations de fabrication ont vu des avantages majeurs de l'automatisation et de la robotique, et les systèmes pour l'automatisation industrielle nécessitent des systèmes de contrôle et d'acquisition de données. Si un établissement doit fonctionner à son efficacité maximale, les systèmes d'automatisation et de contrôle doivent être conçus avec fiabilité et visibilité à l'esprit. Ces systèmes nécessitent une gamme de composants allant des contrôleurs montés sur panneau aux petites cartes embarquées avec un mélange de capteurs et de CI.

Si vous concevez des cartes pour des systèmes de contrôle industriels, il y a certains composants communs que vous trouverez essentiels pour votre produit. Ces composants sont destinés à effectuer toutes les tâches essentielles d'acquisition de données/signaux, ainsi que les tâches de traitement et de génération nécessaires dans le cadre d'un système de contrôle plus large. Que vous réalisiez un montage en boîtier ou une petite carte pour un système de contrôle et de surveillance, voici où vous pouvez trouver les composants dont vous aurez besoin.

Composants essentiels pour la conception de contrôle industriel

Les composants dont vous avez besoin pour la conception de contrôle industriel peuvent être divisés en différentes catégories par fonctionnalité. À un niveau élevé, ces systèmes doivent générer et recueillir des signaux au sein d'un système de contrôle plus large, et ils peuvent avoir besoin de traiter des données dans le cadre d'un algorithme de contrôle. Votre carte de contrôle industriel pourrait également avoir besoin de communiquer sans fil, de gérer l'alimentation des périphériques et de résister à des températures élevées. Sans plus tarder, voici quelques aspects fonctionnels que vous devrez considérer lors de la conception de cartes pour le contrôle industriel.

Régulation de puissance

Ceci est une exigence de base pour tout système pour applications industrielles. Une carte pour un système de contrôle ou de surveillance industriel peut nécessiter une alimentation jusqu'à 24 V, et une seule carte peut nécessiter plusieurs niveaux pour fonctionner correctement. Les modules d'alimentation peuvent également devoir fournir un courant élevé, en particulier s'ils sont utilisés pour faire fonctionner un élément électromécanique ou électrothermique. Vous pouvez trouver une gamme de convertisseurs à découpage ou de LDO qui sont idéaux pour les applications à faible puissance. Un module plus grand comme le régulateur AC/DC Mean Well IRM-03-12S est conçu pour les systèmes industriels de plus grande puissance.

Régulateur de puissance AC/DC Mean Well IRM-03-12S et schéma de bloc. Source : fiche technique IRM-03-12A.

Identification de la carte

Avant que mon entreprise ne commence à recevoir des appels de centres d'automatisation à la recherche de services de conception de layout de carte, la dernière fois que j'ai entendu quelqu'un discuter d'EEPROMs, c'était en référence à Arduino. Si plusieurs de vos cartes vont apparaître dans un système plus large, ou si vous lancez une carte dans le cadre d'une ligne de produits, la carte a besoin d'un identifiant unique qui peut être accédé électriquement. Entrez les EEPROMs, qui permettent de charger un identifiant unique sur la carte.

Les produits plus avancés peuvent utiliser un MCU/SoC qui intègre de la mémoire Flash avec des capacités sans fil et de multiples E/S. Ces composants auront une adresse MAC qui sert d'identifiant unique, donc un EEPROM ne sera pas nécessaire dans ce cas. Les réseaux maillés expérimentaux d'appareils IoT pour la surveillance industrielle empruntent cette voie car ces MCU/SoC intégrés réduisent le nombre total de pièces et le coût.

Acquisition de données et génération de signaux

Ces deux fonctions inverses sont mises en œuvre avec un ADC (acquisition) et un DAC (génération). Pour les applications industrielles, les ADC n'ont généralement pas besoin d'avoir un taux d'échantillonnage très élevé car vous ne travaillez pas souvent avec des fréquences très élevées. Cependant, pour la mesure et la génération de signaux, vous devez vous assurer que la résolution est suffisamment élevée pour votre application. Vous devriez également vérifier le nombre de canaux car vous pourriez avoir besoin d'interfacer avec plusieurs composants.

Si vous avez besoin de générer une onde sinusoïdale ou carrée propre à des fréquences basses à modérées, vous seriez peut-être mieux avec un oscillateur IC ou un oscillateur construit sur mesure, selon la plage de fréquences dont vous avez besoin. Le LTC1799 de Linear Technologies est proposé dans un petit boîtier et produit des sorties de 1 kHz à 33 MHz avec une tolérance de fréquence de 2,5%. Cet oscillateur et bien d'autres sont proposés dans un petit boîtier et ont une mise en œuvre simple (voir ci-dessous).

Oscillateur LTC1799 de 1 kHz à 33 MHz. Source : Fiche technique du LTC1799.

Puissance de traitement

Une fois que vous avez collecté des données, vous devez faire quelque chose avec. Un MCU, FPGA, ou autre PLD vous donne la puissance de traitement dont vous avez besoin ainsi que d'autres périphériques utiles dans un seul composant. L'utilisation typique des données collectées dans le contrôle industriel fait partie d'une boucle de contrôle. Cette application ne nécessite pas nécessairement des taux d'horloge énormes ; quelque chose dans la gamme des MHz devrait être largement suffisant pour la plupart des applications. Vous pourriez avoir besoin d'opter pour une mémoire embarquée élevée, en fonction de la taille et de la complexité de votre application.

Génération de boucle de courant 4-20 mA

Si vous travaillez avec le standard de facto 4-20 mA, alors vous aurez besoin d'un pilote pour générer une boucle de courant pour votre système de contrôle de processus. Les entraînements de moteur, les pilotes programmables de sortie PLC, les E/S haute tension et les capteurs sur un bus linéaire utilisent tous ces boucles de contrôle. Le pilote analogique XTR305 de Texas Instruments est une condition de précision pour un pilote de boucle 4-20 mA ou un pilote +/- 10 V, qui pourrait être alimenté par un DAC. Ce composant dispose également d'un mode récepteur pour les applications de boucle de contrôle, ce qui élimine le besoin d'utiliser un canal ADC pour la mesure.

Diagramme de bloc du XTR305. Tiré de la fiche technique du XTR305.

Amplificateurs

Vous pourriez avoir besoin d'une gamme d'amplificateurs dans votre système, selon les plages de tension que vous devez lire et la bande passante requise. Les amplificateurs opérationnels à usage général ou les amplificateurs d'instrumentation sont utiles pour amplifier un signal de faible niveau avant l'échantillonnage avec un DAC, ou pour augmenter un signal de tension analogique sans un transformateur encombrant. Certains amplificateurs sont spécifiquement conçus pour cibler les applications industrielles et seront plus robustes qu'un circuit intégré op-amp typique.

Protection ESD

Les systèmes industriels peuvent fonctionner à proximité de hautes tensions, et les systèmes critiques peuvent nécessiter une sécurité ESD. Plusieurs composants de protection de circuit sont utiles ici, selon la tension de crête et le temps de montée auxquels la carte pourrait être exposée. Les exemples incluent des fusibles simples, des relais, des diodes TVS et des tubes à décharge de gaz.

Autres composants pour la conception de contrôle industriel

Évidemment, la liste des composants nécessaires pour les cartes de contrôle industriel est énorme, mais les options énumérées ci-dessus sont très susceptibles de figurer dans votre prochaine carte. D'autres composants dont vous pourriez avoir besoin pour votre prochaine conception de contrôle industriel incluent :

Peu importe les composants dont vous avez besoin pour la conception de contrôle industriel, vous pouvez utiliser les fonctionnalités de recherche avancée et de filtrage sur Octopart pour trouver les pièces dont vous avez besoin. Lorsque vous utilisez le moteur de recherche électronique d'Octopart, vous aurez accès aux données des distributeurs et aux spécifications des pièces, le tout accessible gratuitement dans une interface conviviale. Jetez un œil à notre page sur les circuits intégrés linéaires pour trouver les composants dont vous avez besoin.

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