工业控制设计所需的组件

2021-05-11

工业控制设计所需的组件

一些制造业務(wù)已从自动化和机器人技术中受益匪浅，而用(yòng)于工业自动化的系统则需要控制和数据采集系统。如果设施要以最高效率运行，则自动化和控制系统的设计必须牢记可(kě)靠性和可(kě)见性。这些系统需要一系列组件，从面板安装的控制器到混合了传感器和IC的小(xiǎo)型嵌入式板。

如果您要设计用(yòng)于工业控制系统的板卡，则有(yǒu)一些通用(yòng)组件对您的产品必不可(kě)少。这些组件旨在执行所有(yǒu)必要的数据/信号采集任務(wù)，以及作為(wèi)大型控制系统一部分(fēn)所需的处理(lǐ)和生成任務(wù)。无论您是要為(wèi)控制和监视系统制作盒子还是制作小(xiǎo)型面板，都可(kě)以在这里找到所需的组件。

工业控制设计的基本组件

工业控制设计所需的组件可(kě)以分(fēn)為(wèi)不同的类别b功能(néng)。在较高级别上，这些系统需要在较大的控制系统内生成和收集信号，并且可(kě)能(néng)需要将数据作為(wèi)控制算法的一部分(fēn)进行处理(lǐ)。工业控制板可(kě)能(néng)还需要无線(xiàn)通信，管理(lǐ)外围设备的電(diàn)源并承受高温。无需进一步延迟，这里是设计用(yòng)于工业控制的電(diàn)路板时需要考虑的一些功能(néng)方面。

功率调节

这是任何工业应用(yòng)系统的基本要求。用(yòng)于工业控制或监视系统的板可(kě)能(néng)需要高达24 V的電(diàn)源，而一块板可(kě)能(néng)需要多(duō)级才能(néng)正常运行。電(diàn)源模块也可(kě)能(néng)需要提供大電(diàn)流，尤其是在用(yòng)于运行机電(diàn)或電(diàn)热元件的情况下。您可(kě)以找到一系列适合低功耗应用(yòng)的开关转换器或LDO。

在我的公司开始从自动化设施打電(diàn)话寻求電(diàn)路板布局服務(wù)之前，我最后一次听到有(yǒu)人讨论EEPROM是指Arduino。如果板子的倍数出现在较大的系统中，或者要作為(wèi)产品線(xiàn)的一部分(fēn)发布板子，则该板子需要一个唯一的标识符，可(kě)以通过電(diàn)子方式对其进行访问。输入EEPROM，以便将唯一的标识符加载到板上。

更高级的产品可(kě)能(néng)会使用(yòng)将Flash存储器与无線(xiàn)功能(néng)和多(duō)个I / O集成在一起的MCU / SoC。这些组件将具有(yǒu)用(yòng)作唯一标识符的MAC地址，因此在这种情况下不需要EEPROM。用(yòng)于工业监控的物(wù)联网设备的实验性网格网络正朝着这一方向发展，因為(wèi)这些集成的MCU / SoC减少了总零件数和成本。 

数据采集与信号生成

这两个反函数是通过ADC（获取）和DAC（生成）实现的。对于工业应用(yòng)，ADC通常不需要非常高的采样率，因為(wèi)您并不经常在非常高的频率下工作。但是，对于测量和信号生成，您需要确保分(fēn)辨率对于您的应用(yòng)足够高。您还应该检查通道数量，因為(wèi)可(kě)能(néng)需要与多(duō)个组件进行接口连接。

如果需要在中低频率下产生干净的正弦波或方波，则最好使用(yòng)振荡器IC或定制振荡器，具體(tǐ)取决于所需的频率范围。凌力尔特（Linear Technologies）的LTC1799采用(yòng)小(xiǎo)型封装，输出范围為(wèi)1 kHz至33 MHz，具有(yǒu)2.5％的频率容差。该振荡器和许多(duō)其他(tā)振荡器均采用(yòng)小(xiǎo)包装，并具有(yǒu)简单的实现方式（请参见下文(wén)）。

处理(lǐ)能(néng)力

一旦收集了一些数据，就需要对它进行一些处理(lǐ)。一个MCU，FPGA或其他(tā)PLD為(wèi)您提供了在单个元件所需的处理(lǐ)能(néng)力以及其他(tā)有(yǒu)用(yòng)的外围设备。收集的数据在工业控制中的典型用(yòng)法是控制回路的一部分(fēn)。此应用(yòng)程序不一定需要巨大的时钟速率；对于大多(duō)数应用(yòng)而言，MHz范围内的值应该足够了。您可(kě)能(néng)需要选择高容量的板载内存，具體(tǐ)取决于应用(yòng)程序的大小(xiǎo)和复杂性。

4-20 mA電(diàn)流环路生成

如果您使用(yòng)事实上的4-20 mA标准，那么您将需要一个驱动程序来為(wèi)过程控制系统生成電(diàn)流回路。電(diàn)动机驱动器，PLC输出可(kě)编程驱动器，高压I / O和線(xiàn)性总線(xiàn)上的传感器都利用(yòng)这些控制回路。德州仪器（TI）的XTR305模拟驱动器是4-20 mA环路驱动器或+/- 10 V驱动器的精确条件，可(kě)以从DAC取得電(diàn)源。该组件还具有(yǒu)用(yòng)于控制环路应用(yòng)的接收器模式，从而无需使用(yòng)ADC通道进行测量。

功放

您的系统中可(kě)能(néng)需要一定范围的放大器，具體(tǐ)取决于您需要读取的電(diàn)压范围和所需的带宽。通用(yòng)运算放大器或仪表放大器可(kě)用(yòng)于在使用(yòng)DAC进行采样之前放大低電(diàn)平信号，或者在不使用(yòng)笨重的变压器的情况下提升模拟電(diàn)压信号。一些放大器专门针对工业应用(yòng)而设计，并且比典型的运算放大器IC更坚固。

静電(diàn)防护

工业系统可(kě)能(néng)在高压附近运行，关键系统可(kě)能(néng)需要ESD安全。在这里，根据電(diàn)路板可(kě)能(néng)暴露的峰值電(diàn)压和上升时间，可(kě)以使用(yòng)多(duō)个電(diàn)路保护组件。示例包括简单的保险丝，继電(diàn)器，TVS二极管和气體(tǐ)放電(diàn)管。

工业控制设计的其他(tā)组件

显然，工业控制板所需的组件列表非常多(duō)，但是上面列出的选项很(hěn)可(kě)能(néng)会在您的下一块板上出现。下一个工业控制设计可(kě)能(néng)需要的其他(tā)一些组件包括：

可(kě)编程逻辑控制器

接口IC

无線(xiàn)组件（WiFi，蓝牙等）

单板计算机

无论您需要工业控制设计中的哪个组件，都可(kě)以使用(yòng)Octopart中的高级搜索和过滤功能(néng)来查找所需的零件。