Komponenty niezbędne do projektowania sterowania przemysłowego

Niektóre operacje produkcyjne odnotowały znaczące korzyści płynące z automatyzacji i robotyki, a systemy do automatyzacji przemysłowej wymagają systemów sterowania i akwizycji danych. Aby obiekt mógł funkcjonować z maksymalną efektywnością, systemy automatyzacji i sterowania muszą być zaprojektowane z myślą o niezawodności i widoczności. Te systemy wymagają różnorodnych komponentów, począwszy od kontrolerów montowanych na panelach po małe płytki wbudowane z mieszanką czujników i układów scalonych.

Jeśli projektujesz płytki dla systemów sterowania przemysłowego, istnieją pewne wspólne komponenty, które okażą się niezbędne dla Twojego produktu. Te komponenty są przeznaczone do wykonywania wszystkich niezbędnych zadań związanych z akwizycją danych/sygnałów, jak również zadań przetwarzania i generowania, które są potrzebne jako część większego systemu sterowania. Niezależnie od tego, czy wykonujesz budowę skrzynkową, czy małą płytę do systemu kontroli i monitorowania, oto miejsca, w których znajdziesz potrzebne komponenty.

Podstawowe komponenty do projektowania sterowania przemysłowego

Komponenty potrzebne do projektowania sterowania przemysłowego można podzielić na różne kategorie ze względu na funkcjonalność. Na wysokim poziomie te systemy muszą generować i zbierać sygnały w ramach większego systemu sterowania, i mogą potrzebować przetwarzać dane jako część algorytmu sterowania. Twoja płyta do sterowania przemysłowego może również potrzebować komunikować się bezprzewodowo, zarządzać zasilaniem peryferiów i wytrzymać wysokie temperatury. Bez dalszego opóźnienia, oto kilka funkcjonalnych aspektów, które musisz rozważyć, projektując płytki do sterowania przemysłowego.

Regulacja mocy

To podstawowy wymóg dla każdego systemu do zastosowań przemysłowych. Płyta do systemu sterowania lub monitorowania przemysłowego może wymagać zasilania do 24 V, a pojedyncza płyta może wymagać wielu poziomów, aby funkcjonować prawidłowo. Moduły zasilające mogą również potrzebować dostarczać wysoki prąd, szczególnie jeśli są używane do zasilania elementu elektromechanicznego lub elektrotermalnego. Można znaleźć szereg przetwornic przełączających lub LDO, które są idealne do aplikacji o niskim poborze mocy. Większy moduł, jak Mean Well IRM-03-12S AC/DC regulator, jest zaprojektowany dla systemów przemysłowych o wyższej mocy.

Regulator mocy AC/DC Mean Well IRM-03-12S i schemat blokowy. Źródło: Karta katalogowa IRM-03-12A.

Identyfikacja płytki

Zanim moja firma zaczęła otrzymywać telefony od obiektów automatyzacji szukających usług projektowania układów płytek, ostatnim razem, kiedy ktoś wspomniał o EEPROMach, było to w kontekście Arduino. Jeśli wiele Twoich płyt pojawi się w większym systemie, lub jeśli wypuszczasz płytę jako część linii produktów, płyta potrzebuje unikalnego identyfikatora, który może być dostępny elektrycznie. Wprowadź EEPROMy, które pozwalają na załadowanie unikalnego identyfikatora na płytę.

Bardziej zaawansowane produkty mogą używać MCU/SoC, które integruje pamięć Flash z możliwościami bezprzewodowymi i wieloma wejściami/wyjściami. Te komponenty będą miały adres MAC, który służy jako unikalny identyfikator, więc w tym przypadku nie będzie potrzebna pamięć EEPROM. Eksperymentalne sieci mesh urządzeń IoT do monitorowania przemysłowego idą tą drogą, ponieważ te zintegrowane MCU/SoC redukują całkowitą liczbę części i koszty.

Nabycie danych i generowanie sygnału

Te dwie odwrotne funkcje są implementowane z użyciem ADC (nabycie) i DAC (generowanie). W aplikacjach przemysłowych ADC zwykle nie muszą mieć bardzo wysokiej szybkości próbkowania, ponieważ nie często pracuje się z bardzo wysokimi częstotliwościami. Jednakże, dla pomiarów i generowania sygnałów, musisz upewnić się, że rozdzielczość jest wystarczająco wysoka dla twojej aplikacji. Powinieneś również sprawdzić liczbę kanałów, ponieważ możesz potrzebować interfejsu z wieloma komponentami.

Jeśli potrzebujesz wygenerować czystą sinusoidę lub falę kwadratową przy niskich do umiarkowanych częstotliwościach, lepiej może być z oscylatorem IC lub oscylatorem zbudowanym na zamówienie, w zależności od potrzebnego zakresu częstotliwości. LTC1799 od Linear Technologies jest dostępny w małej obudowie i oferuje wyjście od 1 kHz do 33 MHz z tolerancją częstotliwości 2,5%. Ten oscylator i wiele innych jest dostępny w małej obudowie i ma prostą implementację (patrz poniżej).

Oscylator LTC1799 1 kHz do 33 MHz. Źródło: Karta katalogowa LTC1799.

Moc obliczeniowa

Po zebraniu danych musisz coś z nimi zrobić. MCU, FPGA lub inne PLD zapewniają potrzebną moc obliczeniową oraz inne użyteczne peryferia w jednym komponencie. Typowe użycie zebranych danych w sterowaniu przemysłowym to część pętli kontrolnej. Ta aplikacja niekoniecznie wymaga ogromnych szybkości zegara; coś w zakresie MHz powinno być wystarczające dla większości aplikacji. Możesz potrzebować wybrać wysoką pamięć na pokładzie, w zależności od rozmiaru i złożoności twojej aplikacji.

Generowanie pętli prądowej 4-20 mA

Jeśli pracujesz ze standardem de facto 4-20 mA, będziesz potrzebować sterownika do generowania pętli prądowej dla twojego systemu kontroli procesu. Napędy silników, programowalne sterowniki wyjściowe PLC, wysokonapięciowe wejścia/wyjścia i czujniki na liniowym magistrali wszystkie wykorzystują te pętle kontrolne. Analogowy sterownik XTR305 od Texas Instruments jest precyzyjnym warunkiem dla sterownika pętli 4-20 mA lub sterownika +/- 10 V, który może być zasilany z DAC. Ten komponent ma również tryb odbiornika dla aplikacji pętli kontrolnej, co eliminuje potrzebę użycia kanału ADC do pomiaru.

Schemat blokowy XTR305. Z karty katalogowej XTR305.

Wzmacniacze

W zależności od zakresów napięć, które musisz odczytać, oraz wymaganej szerokości pasma, możesz potrzebować różnych wzmacniaczy w swoim systemie. Wzmacniacze operacyjne ogólnego przeznaczenia lub wzmacniacze instrumentalne są przydatne do wzmacniania sygnałów o niskim poziomie przed próbkowaniem z DAC lub do zwiększania sygnału napięcia analogowego bez użycia masywnego transformatora. Niektóre wzmacniacze są specjalnie zaprojektowane z myślą o zastosowaniach przemysłowych i będą bardziej wytrzymałe niż typowe układy scalone wzmacniaczy operacyjnych.

Ochrona ESD

Systemy przemysłowe mogą pracować w pobliżu wysokich napięć, a krytyczne systemy mogą wymagać zabezpieczenia ESD. Wiele komponentów ochrony obwodów jest tutaj przydatnych, w zależności od maksymalnego napięcia i czasu narastania, na które może być narażona płyta. Przykłady obejmują proste bezpieczniki, przekaźniki, diody TVS i rurki gazowe.

Inne komponenty do projektowania sterowania przemysłowego

Oczywiście, lista komponentów potrzebnych do płyt sterowania przemysłowego jest ogromna, ale wymienione powyżej opcje z dużym prawdopodobieństwem pojawią się na Twojej następnej płycie. Inne komponenty, których możesz potrzebować do swojego następnego projektu sterowania przemysłowego, to:

• Programowalne sterowniki logiczne

• Układy scalone interfejsów

• Składniki bezprzewodowe (WiFi, Bluetooth itp.)

• Jednopłytkowe komputery

Niezależnie od tego, jakich komponentów potrzebujesz do projektowania sterowania przemysłowego, możesz użyć zaawansowanych funkcji wyszukiwania i filtracji w Octopart, aby znaleźć potrzebne części. Korzystając z wyszukiwarki elektroniki Octopart, uzyskasz dostęp do danych dystrybutorów i specyfikacji części, wszystko to w przyjaznym dla użytkownika interfejsie. Zobacz naszą stronę z układami scalonymi liniowymi, aby znaleźć potrzebne komponenty.

Zapoznaj się z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.