Ag Tógáil Ard{0}}Cainéal-Modúil I/O Digiteach Dlús don Chéad Ghlúin Eile-Rialaitheoirí Uathoibrithe Tionscail na Giniúint Eile
[Réamhrá] De réir mar a scuabann tonn Tionscal 4.0 ar fud an tírdhreacha, tá braiteoirí cliste ag éirí níos forleithne i dtimpeallachtaí monarchan. Tá athrú suntasach á thiomáint ag glacadh forleathan na mbraiteoirí: an gá atá le méideanna móra I/O-idir dhigiteach agus analógach{-a phróiseáil laistigh de rialtóirí oidhreachta. Dá bhrí sin, tá sé ríthábhachtach modúil I/O ard-dlúis a fhorbairt a chothaíonn méid inláimhsithe agus próifílí teirmeacha. San Airteagal seo, díríonn ADI ar I/O digiteach.
Go tipiciúil, is éard atá i I/O digiteach i PLCanna comhpháirteanna scoite cosúil le friotóirí/toilleoirí nó tiománaithe FET ar leithligh. Chun méid an rialtóra a íoslaghdú agus 2 go 4 huaire níos mó bealaí á láimhseáil, tá an tionscal ag aistriú ó réitigh scoite go réitigh chomhtháite.
Ina theannta sin, tá go leor míbhuntáistí ag baint leis an gcur chuige scoite, go háirithe nuair a láimhseálann gach modúl ocht gcainéal nó níos mó. Go deimhin, is leor an gá atá le sonraíochtaí iontaofa córais chun neamhphraiticiúil an chur chuige scoite a léiriú, gan ach diomailt ard teirmeach/chumhachta a lua, líon mór na gcomhpháirteanna scoite (ag cur san áireamh méid agus Meán-Am Idir Teipeanna (MTBF)).
Léiríonn Fíor 1 na dúshláin theicniúla atá le sárú agus modúil ionchuir dhigitigh ard-dlúis (DI) agus aschuir dhigitigh (DO) á dtógáil. Is gá breithniú cúramach a dhéanamh ar mhéid agus ar bhainistiú teirmeach ó na córais DI agus DO.
Fíor 1. Breithnithe do Mhodúil Ionchuir agus Aschuir Dhigiteacha
Maidir le hionchuir dhigiteacha, tabhair faoi deara go dtacaíonn sé le cineálacha éagsúla ionchuir, lena n-áirítear ionchuir Aicme 1/2/3, agus i gcásanna áirithe, ionchuir 24V agus 48V. I ngach cás, tá tréithe oibriúcháin iontaofa ríthábhachtach, agus fiú tá braite ciorcaid oscailte ríthábhachtach.
Maidir le haschuir dhigiteacha, úsáideann an córas cumraíochtaí FET éagsúla chun ualaí a thiomáint. Go hiondúil tá beachtas an tsrutha tiomána ina phríomhcheist. Ní mór diagnóisic a chur san áireamh freisin i gcás go leor feidhmchlár.
Anseo thíos, déanaimid iniúchadh ar conas is féidir le réitigh chomhtháite cabhrú le dul i ngleic le cuid de na dúshláin seo.
Modúil Ionchur Digiteach Ard-Dlúis a dhearadh
Úsáideann dearaí scoite traidisiúnta líonraí roinnteoirí friotóirí chun comharthaí 24V/48V a thiontú ina gcomharthaí is féidir le micrea-rialaitheoirí a úsáid. Is féidir scagairí scoite RC a úsáid sa cheann tosaigh freisin. Uaireanta úsáidtear optocouplers seachtracha nuair is gá aonrú.
Léiríonn Fíor 2 cur chuige scoite tipiciúil chun ciorcaid ionchuir dhigitigh a thógáil.
Fíor 2. Dearadh Ionchur Digiteach Traidisiúnta ag Úsáid Loighic ScoiteTá an cineál dearadh seo oiriúnach do líon áirithe ionchuir dhigiteacha, go sonrach 4 go 8 in aghaidh an bhoird. Taobh amuigh den uimhir seo, éiríonn an dearadh praiticiúil go tapa. Tugann an cur chuige scoite seo isteach saincheisteanna éagsúla, lena n-áirítear:
● Tomhaltas ardchumhachta agus spotaí te gaolmhar ar an mbord.
● Tá optachúplóir ar leith ag teastáil ó gach cainéal.
● Bíonn rátaí ísle FIT mar thoradh ar chomhpháirteanna iomarcacha agus d'fhéadfadh go mbeadh gá le gléasanna níos mó.
Níos tábhachtaí fós, tugann an cur chuige deartha scoite le tuiscint go méadaíonn sruth ionchuir go líneach le voltas ionchuir. Smaoinigh ar fhriotóir ionchuir 2.2KΩ agus 24V VIN. Nuair is é 1 an t-ionchur (m.sh., ag 24V), is é 11mA an sruth ionchuir, arb ionann é agus diomailt cumhachta 264mW. ídíonn modúl 8-chainéil níos mó ná 2W, agus níos mó ná 8W modúl 32-chainéil. Féach Fíor 3 thíos:
Fíor 3. Tomhaltas Cumhachta Measta an Mhodúil Ionchuir Dhigiteach arna Thógáil le Loighic Scoite
Ó thaobh teirmeach amháin de, ní féidir leis an dearadh scoite seo tacú le ilbhealaí ar aon chlár amháin.
Ceann de na príomhbhuntáistí a bhaineann le dearadh ionchuir digiteach comhtháite ná tomhaltas cumhachta a laghdú go suntasach, rud a íoslaghdaíonn riachtanais teirmeach. Ceadaíonn an chuid is mó d'fheistí ionchuir digiteacha comhtháite sruth ionchuir inchumraithe a theorannú go tomhaltas cumhachta i bhfad níos ísle.
Nuair a leagtar an teorainn reatha go 2.6mA, titeann tomhaltas cumhachta go mór go dtí thart ar 60mW in aghaidh an chainéil. Is féidir an tomhaltas cumhachta rátáilte do mhodúl ionchuir digiteach 8-chainéil a shocrú anois faoi bhun 0.5 vata, mar a thaispeántar i bhFíor 4 thíos:
Fíor 4. Coigilteas Cumhachta Measta do Mhodúil Ionchuir Dhigiteacha ag Úsáid Sceallóga Comhtháite DI
Cúis eile le húsáid dearaí scoite loighic ná go gcaithfidh modúil DI tacú le cineálacha éagsúla ionchuir uaireanta. Sonraítear Cineálacha 1, 2, agus 3 i gcaighdeán foilsithe IEC le haghaidh ionchuir dhigiteacha 24V. Go hiondúil úsáidtear cineálacha 1 agus 3 le chéile toisc go bhfuil a dteorainneacha reatha agus tairsigh an-chosúil. Tá teorainn reatha níos airde de 6mA ag Cineál 2. Le cur chuige scoite, d’fhéadfadh go mbeadh gá le hathdhearadh ós rud é go mbeadh gá le formhór na gcomhpháirteanna scoite a nuashonrú.
Tacaíonn táirgí ionchuir digiteacha comhtháite go ginearálta leis na trí chineál. Go bunúsach, tacaítear le Cineál 1 agus Cineál 3 go hiondúil le gléasanna ionchuir digiteacha comhtháite. Chun an t-íosriachtanas reatha 6mA a chomhlíonadh le haghaidh ionchuir Chineál 2, áfach, ní mór dhá chainéal a nascadh go comhthreomhar le haghaidh ionchur réimse amháin. Ní gá ach an friotóir teorannaithe reatha a choigeartú. Éilíonn sé seo mionathrú PCB.
Mar shampla, tá teorainn reatha 3.5mA/cainéal ag feistí ADI DI reatha. Dá bhrí sin, mar a thaispeántar san fhigiúr, nuair a úsáidtear dhá chainéal go comhthreomhar agus ní mór don chóras freastal ar ionchuir Cineál 2, ní mór na friotóirí REFDI agus RIN a choigeartú. I gcás roinnt comhpháirteanna níos nuaí, is féidir an luach reatha a roghnú freisin trí bhioráin nó bogearraí.
Fíor 5. Dhá chainéal a úsáid go comhthreomhar chun tacú le dhá chineál ionchur digiteach
Chun tacú le comharthaí ionchuir digiteacha 48V (ní gnáthriachtanas é), tá gá le próiseas den chineál céanna, rud a fhágann gur gá friotóir seachtrach a chur leis chun an tairseach voltais ag deireadh na páirce a choigeartú. Socraigh luach an fhriotóra sheachtraigh seo ionas go gcomhlíonann "teorainn reatha * R + tairseach" an bhioráin sonraíocht na tairsí voltais ag deireadh na páirce (féach bileog sonraí an fheiste).
Ar deireadh, ós rud é go nascann an modúl ionchuir digiteach le braiteoirí, ní mór don dearadh tréithe oibríochtúla iontaofa a chomhlíonadh. Nuair a bhíonn réiteach scoite á úsáid agat, ní mór na gnéithe cosanta seo a dhearadh go cúramach. Agus gléas ionchuir digiteach comhtháite á roghnú agat, cinntigh go gcinnteofar na nithe seo a leanas de réir caighdeáin tionscail:
● Raon leathan voltais ionchuir (m.sh., suas le 40V).
● Cumas cumhacht réimse a úsáid (7V go 65V).
● Caoinfhulaingt ard ESD (±15kV bearna aeir ESD) agus cumas borrtha (1kV de ghnáth).
Tá sé tairbheach freisin diagnóisic róvoltais agus ró-teocht a sholáthar chun cur ar chumas an MCU bearta cuí a dhéanamh.
Modúil Aschuir Dhigiteacha Ard-Dlúis a dhearadh
I ndearadh tipiciúil scoite aschuir dhigitigh tá FET le ciorcad tiomána, tiomáinte ag micrea-rialtóir. Is féidir modhanna éagsúla a úsáid chun an FET a chumrú chun an microcontroller a thiomáint.
Sainmhínítear lasc taoibh uachtair-mar lasc arna rialú ag comhartha cumasaithe seachtrach a nascann nó a dhínascann an soláthar cumhachta ó ualach ar leith. I gcomparáid le lasc taoibh níos ísle, soláthraíonn lasc taobh uachtarach sruth don ualach, agus nascann lasc taobh níos ísle nasc talaimh an ualaigh nó dícheanglaíonn sé, ag tarraingt sruth ón ualach. Cé go n-úsáideann an dá cheann FET amháin, is í an tsaincheist a bhaineann le lasca taobh níos ísle ná go bhféadfadh an t-ualach a bheith gearr go talamh. Cosnaíonn lasca taoibh arda an t-ualach trí ghearrthóga talún a chosc. Mar sin féin, níl sé chomh costasach lasca taobh íseal a chur i bhfeidhm. Uaireanta, déantar an tiománaí aschuir a chumrú mar lasc bhrú-tarraingt, a éilíonn dhá MOSFET. Féach Fíor 6 thíos:
Fíor 6. Cumraíochtaí éagsúla a úsáidtear don tiománaí aschuir dhigiteach
Is féidir le feistí DO chomhtháite ilbhealaí DO a chomhcheangal in aon chomhpháirt amháin. Ós rud é go n-úsáideann lasca tarraingthe ard, taobh íseal, agus brú- cumraíochtaí éagsúla FET, is féidir gléasanna ar leith a úsáid chun gach cineál tiománaí aschuir a chur i bhfeidhm.
Tógtha-i nDímagnetú le haghaidh Ualaí Ionduchtacha
Príomhbhuntáiste a bhaineann le gléasanna aschuir dhigitigh chomhtháite is ea a gcumas dí-mhignetaithe ionsuite le haghaidh ualaí ionduchtaithe.
Is éard is ualach ionduchtach ann aon fheiste ina bhfuil corna a dhéanann, nuair a fhuinneamhtar é, obair mheicniúil ar nós comhlaí solanóideacha, mótair agus gníomhaitheoirí. Is féidir leis an réimse maighnéadach a ghintear le sruth teagmhálacha lasc a bhogadh i athsheachadáin nó teagmhálaithe chun comhlaí solenoid a oibriú, nó seafta mótair a rothlú. I bhformhór na gcásanna, úsáideann innealtóirí lasca taoibh arda chun ualaí ionduchtaithe a rialú. Is é an dúshlán atá ann ná an ionduchtóir a urscaoileadh nuair a mhúchtar an lasc agus nuair a scoireann an sruth ag sreabhadh isteach san ualach. I measc na n-iarmhairtí diúltacha ó urscaoileadh míchuí tá: d’fhéadfadh teagmhálacha sealaíochta stua, is féidir le spící móra voltais diúltacha damáiste a dhéanamh do ICanna íogaire, agus gintear torann ardmhinicíochta nó EMI, rud a chuireann isteach ar fheidhmíocht an chórais ar deireadh.
I réitigh scoite, is é an cur chuige is coitianta chun ualaí ionduchtaithe a urscaoileadh ná dé-óid saorroth a úsáid. Sa chiorcad seo, nuair a dhúntar an lasc, tá an dé-óid droim ar ais-claonadh agus ní sheolann sí. Nuair a osclaíonn an lasc, claonann an voltas soláthair diúltach trasna an ionduchtóra ar aghaidh-an dé-óid, ag scaipeadh an fhuinnimh stóráilte trí shruth a sheoladh tríd go dtí go mbaintear amach staid sheasta le sruth nialasach.
I gcás go leor feidhmeanna, go háirithe na cinn thionsclaíocha ina bhfuil ilbhealaí aschuir ag gach cárta I/O, is minic a bhíonn an dé-óid seo mór, rud a mhéadaíonn go mór an costas agus an lorg dearaidh.
Cuireann feistí aschuir dhigiteacha nua-aimseartha an fheidhmiúlacht seo i bhfeidhm go hinmheánach ag baint úsáide as ciorcad clampála gníomhach. Mar shampla, úsáideann ADI gné SafeDemag™ paitinnithe a chuireann ar chumas gléasanna aschuir dhigiteacha ualaí a mhúchadh go sábháilte gan a bheith srianta ag ionduchtóirí. Le haghaidh tuilleadh sonraí, cliceáil anseo chun rochtain a fháil ar an nóta iarratais ar an suíomh Gréasáin.
Agus feistí aschuir dhigiteacha á roghnú, ní mór roinnt fachtóirí ríthábhachtacha a chur san áireamh. Déan athbhreithniú cúramach ar na sonraíochtaí seo a leanas sa bhileog sonraí:
● Seiceáil an rátáil uasta reatha leanúnach agus cinntigh gur féidir aschuir iolracha a chomhthreomhar nuair is gá chun tiománaithe reatha níos airde a bhaint amach.
● Deimhnigh gur féidir leis an ngléas aschuir iliomad cainéal reatha ard-a thiomáint (os cionn an raon teochta). Téigh i gcomhairle leis an mbileog sonraí lena chinntiú go bhfuil luachanna an fhriotaíochta, an tsrutha soláthair agus na luachanna friotaíochta teirmeach chomh híseal agus is féidir.
● Tá sonraíochtaí cruinneas tiomána reatha aschuir ríthábhachtach freisin.
Tá faisnéis dhiagnóiseach ríthábhachtach chun dálaí oibriúcháin áirithe lasmuigh den raon a ghnóthú. Ar dtús, tá faisnéis dhiagnóiseach do gach cainéal aschuir inmhianaithe. Áirítear leis seo teocht, forshrutha, ciorcad oscailte agus braite gearrchiorcaid. Ó thaobh leibhéal an tslis-, áirítear le diagnóisic thábhachtacha múchadh teirmeach, fovoltas VDD, agus diagnóisic SPI. Cuardaigh roinnt nó gach ceann de na diagnóisic seo i bhfeistí aschuir dhigitigh chomhtháite.
Feistí Ionchuir/Aschuir Dhigiteacha In-ríomhchláraithe
Trí DI agus DO a chomhtháthú ar an IC is féidir táirgí inchumraithe a chruthú. Is sampla é seo de tháirge 4-chainéil is féidir a chumrú mar ionchuir nó mar aschuir.
Fíor 7.4 Táirgí Inchumraithe DI/DO do Réitigh Forfheidhmithe Cainéal
Tá croí DIO i gceist leis, a chuireann ar a chumas cainéil aonair a chumrú mar DI (Cineál 1/3 nó Cineál 2) nó aschur digiteach i mód ardtarraingthe ar an taobh nó ar an mbrú. Is féidir an teorainn reatha ar DO a shocrú ó 130mA go 1.2A. Tógtha-i bhfeidhm dí-mhignetaithe. Ní theastaíonn ach cumraíocht bioráin chun aistriú idir ionchur digiteach Cineál 1/3 agus Cineál 2, rud a chuirfeadh deireadh leis an ngá atá le friotóirí seachtracha.
Ní hamháin go bhfuil na feistí seo éasca a chumrú ach freisin garbh go leor do thimpeallachtaí tionsclaíocha. Is ionann seo agus cosaint ard ESD, cosaint voltais soláthair cumhachta suas go 60V, agus cosaint ó bhorradh talaimh.
Is sampla é seo den chaoi ar féidir le cur chuige comhtháite féidearthachtaí níos mó a oscailt (modúil DI/DO inchumraithe).
Conclúid
Nuair a bhíonn modúil ionchuir nó aschuir dhigitigh ard-dlúis á ndearadh, ní bheidh réitigh scoite praiticiúil nuair a sháraíonn dlús cainéal tairseach áirithe. Ní mór roghanna feistí comhtháite a mheas go cúramach le haghaidh bainistíochta teirmeach, iontaofacht, agus breithnithe méid.
Nuair a bhíonn gléasanna DI nó DO chomhtháite á roghnú, ní mór aird a thabhairt ar phríomhphointí sonraí, lena n-áirítear saintréithe oibriúcháin iontaofa, diagnóisic, agus tacaíocht d'ilchumraíochtaí ionchuir-aschuir.