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歐姆龍

　自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代傳統繼電器控制裝置以來，PLC快速發展在世界各地得到了廣泛應用。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數的不斷擴大，近年來PLC在工業發達國家的增長速度放緩，但在中國等發展中國家的增長十分迅速，2017年PLC市場在全球取得16.6%的增長。
　　與此同時，PLC的功能也不斷完善，隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，如今PLC不僅控制功能增強，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程I/O和通信網絡、數據處理以及圖像顯示的發展，使PLC向用于連續生產過程控制的方向發展，成為實現工業生產自動化的一大支柱。如何靈活配置PLC真正實現工業互聯智能化的背后支撐，本文以高性能模擬技術提供商ADI公司的PLC解決方案舉例，說明如何借助ADI公司的放大器、數據轉換、信號處理和電源技術以及專業經驗，實現高分辨率、低噪聲的工業PLC系統。
工業PLC系統設計考慮和主要挑戰
　　通常而言，PLC系統由電源、CPU和多個模擬及數字I/O模塊組成，可控制、執行和監控復雜的機器變量。PLC設計用于多輸入和輸出配置，具有擴展的溫度范圍、卓越的電噪聲抑制性能、抗震性和抗沖擊能力。PLC系統包括電源、控制和通信模塊以及多種模擬輸入、模擬輸出、數字輸入和數字輸出模塊。為了獲得合適的PLC系統設計，設計人員必須考慮許多不同的系統要求，包括精度、帶寬和輸入范圍等。此外，還需要考慮以下系統因素：
　　1、對于TC (熱電偶)和RTD，模擬輸入類型和范圍可低至±10 mV;對于執行器控制器可高至±10 V—或者過程控制系統中的4 mA至20 mA電流。
　　2、模擬輸出類型和范圍通常包括±5 V、±10 V、0 V至5 V、0 V至10 V、4 mA至20 mA和0 mA至20 mA，有時需要超量程能力。
　　3、輸入/輸出模塊分辨率和精度的典型范圍為12位至16位，工業溫度范圍內的精度為0.1%。
　　4、與不同現場總線連接。
　　5、隔離;系統電源模塊和低功耗電子器件之間;輸入和輸出之間;I/O和中央控制單元之間;隔離等級范圍為1 kV至2.5 kV。
　　6、模擬輸入/輸出和電源輸入保護：故障條件電壓或電流和EMC考慮因素，包括電涌、快速脈沖瞬變和ESD。
　　7、隨著電路板尺寸的減小，功效比、熱管理和散熱將成為小型化器件一個日益重要的問題。
　　另外，更多的通道或節點需要置于相同的空間中，因而要求采用高密度系統，必須減小器件尺寸。這意味著外殼更小，從而帶來電源管理和散熱難題，因此需要通過集成動態電源控制實現智能電源管理的解決方案。
　　PLC應用系統典型的信號鏈設計
高集成度高靈活性的PLC系統應該這樣設計
　　以前實現這類I/O系統需要大量高性能分離式元件，由此產生的是龐大且昂貴的系統。近來，集成技術的進步使得系統設計人員能夠采用尺寸更小、功耗更低、成本更低的解決方案，
　　其性能與那些大型系統不相上下。持續的技術進步要求既能不斷促進這些解決方案集成，同時還提高其性能和診斷能力。ADI公司提供面向市場定制的解決方案，以便簡化設計過程。這些解決方案采用業界領先技術，并提供眾多設計選項，從采用分立器件的實施方案到全集成式解決方案應有盡有。
　　此外，目前很多傳統工業自動化或者過程控制系統，其物理層的實現擁有大量的I/O的接口，包括了模擬和數字的輸入輸出。I/O單元實際上是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件，它是直接連接現場儀表和整個控制單元當中的紐帶。而一旦客戶新增需求或者設備替換生產數字或者系統發生變化，大量的I/O接口就需要整體調整或遷移，整個工作繁瑣且耗時耗力。針對整個模塊量輸入模塊，ADI新推出的AD411X(AD4111，AD4112)系列產品，集成了多重保護功能，同時提供相應的電源解決方案。在應用過程中，基本上是24V輸入、5V輸出的電源架構。AD411X產品每個通道都可以任意地定義為數字量的輸入輸出，或者模擬量的輸入輸出，所以把它叫做軟件定義I/O。

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