Referenssisuunnitelma analogisesta I/O-järjestelmästä

ADI:n sovelluksessa keskitytään esittelemään Modbus-masterin ohjaaman PLC/DCS-järjestelmän kehittämistä ja siinä annetaan esimerkki miten avainkomponenttien uusimpia ominaisuuksia käytetään. Yhden solmun järjestelmästä käytetään usein nimitystä PLC, kun taas laajemmista järjestelmistä käytetään nimitystä DCS. Kukin solmu voi ohjata enintään 16 analogista kenttälaitetta, anturia tai aktuaattoria. Nämä voivat olla joko HART-yhteensopivia (highway addressable remote transducer) tai puhtaasti analogisia. Järjestelmiin voi sisältyä jopa 16 yksittäistä solmua. Järjestelmää voidaan myös käyttää tarkoissa yleiskäyttöisissä ja analogisissa datan keräämissovelluksissa, esimerkkinä instrumentointi, analogisen datan tallennus tai testaus ja mittaus.

Analoginen tulokortti
CN-0414 on tarkoitettu neljän täysin differentiaalisen tai kahdeksan epäsymmetrisen jännitteen sekä neljän virtasignaalin mittaamiseen. Piirin ytimessä on AD4111, joka on vähävirtainen ja kohinaltaan alhainen 24-bittinen Σ-Δ-analogi-digitaalimuunnin (ADC) integroiduilla analogisilla ±10 V ja 20 mA etuasteilla. Jännitetuloalue on ±10 V. AD4111 sisältää ainutlaatuisen ominaisuuden, jonka avulla se voi tunnistaa avoimen johtimen ±10 V tulojännitteillä, vaikka laite toimisi yhdellä jännitteellä 5 tai 3,3 voltin virtalähteellä; aikaisemmat ratkaisut vaativat tyypillisesti yli ±10 V:n virtalähteen.

Virtatuloalue on 0 mA – 24 mA. Piirin tuloimpedanssi on 250 Ω (AD4111-piirin sisäinen impedanssi on 60 Ω) ja kaikki tulot käyttävät referenssinään erotusmaata. Virtatulojen impedanssin on oltava 250 Ω, jotta HART-yhteensopiva modeemi AD5700-1 toimisi yhdessä AD4111-piirin kanssa.

Piirin analoginen etuaste, AD4111 ja AD5700-1 on erotettu prosessointipuolesta ADuM5411- ja ADuM3151-piirien avulla. Nämä tarjoavat huomattavan tilasäästön erillisiin muuntajapohjaisiin ratkaisuihin verrattuna. CN-0414-kortti käyttää 9,5 V_DC – 36 V_DC:n virtalähdettä. Nämä ovat tyypillisiä teollisuusautomaatiojärjestelmissä ja niiden ansiosta asiakkaiden on helppo lisätä kortti järjestelmään jälkikäteen.

Analoginen lähtökortti
CN-0418 on nelikanavainen jännite- ja virtalähtökortti, joka perustuu AD5755-1-digitaali-analogiamuuntimeen (DAC) dynaamisella virranohjauksella. Tämä piiri tarjoaa 4 mA – 20 mA:n virtalähdöt samoin kuin unipolaariset tai bipolaariset jännitelähdöt (±10 V). Kortti sisältää myös AD5700-1 HART-modeemin, joka tarjoaa täydellisen analogilähtöä käyttävän ratkaisun HART-liitännällä. Piiri sisältää myös ulkoisten transienttien suojauspiirin. Tämä on tärkeää sovelluksissa, jotka sijaitsevat haastavissa teollisuusympäristöissä.

Virta- ja jännitelähdöt sijaitsevat eri pinneissä, mutta vain yksi niistä on aktiivisena kerrallaan. Tämän ansiosta molemmat lähtöpinnit voidaan yhdistää ja kytkeä samaan terminaaliin. Analogialähdöissä on oikosulkusuojaus ja avoimen piirin suojaus. AD5755-1 sisältää integroidun dynaamisen tehonsäätimen, jossa käytetään dc-dc-jännitteennostopiiriä. Tämä vähentää virrankulutusta virtalähtötilassa. Piirissä on neljä CHART-pinniä, jotka vastaavat kutakin neljää lähtökanavaa. HART-signaali voidaan yhdistää näihin pinneihin ja se näkyy vastaavassa lähdössä jos kyseinen lähtö on käytössä.

RS-485-lähetin-vastaanotin-kortti
CN-0416 on erotettu ja ei-erotettu RS-485-lähetin-vastaanotin-kortti, joka tekee useiden järjestelmien tai solmujen välisestä tiedonsiirrosta helppoa, erityisesti pitkän matkan päähän. Piirissä käytetään RS-485-lähetin-vastaanotinta ADM2682E erotettuun viestintään ja LTC2865-piiriä ei-erotettuun RS-485-viestintään. Molemmat voidaan konfiguroida toimimaan joko dupleksi- tai puolidupleksitilassa ja käyttämään avoimia tai terminoituja siirtojohtoja. Piiri sisältää valmiiksi RJ-45-liittimet tavallisten CAT5 Ethernet-kaapeleiden käyttöä varten. Tämä nopeuttaa solmujen fyysistä johdotusta. Terminointivastus on oletusarvoisesti asetettu CAT5-kaapelin ominaisimpedanssiin 100 Ω, mutta se voidaan konfiguroida tukemaan tavallisen RS-485-kaapelin impedanssia 120 Ω.

ADM2682E pystyy jopa 16 Mbps:n tiedonsiirtonopeuteen ja se tarjoaa aidot vikaturvalliset tulot säädettävällä differentiaalisella kynnysjännitteellä. Se tarjoaa 5 kV:n signaalierotuksen käytettäessä iCoupler-datakanavaa ja 5 kV:n tehoerotuksen käytettäessä integroitua isoPower-dc-dc-muunninta. LTC2865 pystyy jopa 20 Mbps:n tiedonsiirtonopeuteen ja se tarjoaa täysin vikaturvalliset tulot. Sisäinen ikkunakomparaattori tunnistaa vikaturvatilanteen ilman että differentiaalisia tulojännitekynnyksiä täytyisi säätää.