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PLC系统模拟输入输出发展趋势及设计挑战

http://www.electric.hc360.com2013年08月22日16:36 来源:电气自动化技术网T|T

    PLC自20世纪70年代后期进入中国后,已然经过了三十多年的长足发展。不知正在阅读文章的各位,是否还记得您参与设计的第一款PLC电路?现如今,PLC及DCS仍然在工控领域发挥着重大作用,并且正在朝着模块更小、速度更快、通道密度更高的方向发展。

    以PLC机架插槽的典型I/O卡为例,目前常见的8通道模块尺寸一般为90mm×70mm×23.5mm,但在市场需求驱动下,名片大小的产品已经问世。通道密度或数量的增加不仅能提升模块功能,而且可以增加产品价格竞争力,自然大受欢迎。但是,如何降低模块尺寸?如何在满足上述需求的同时解决由此产生的自热问题?如何进行低功耗设计?这些,也都是PLC系统设计时面对的实际问题。

    ADI过程控制系列之《工业现场环路供电仪器仪表的四大关键设计环节》一文,已就现场仪器仪表/变送器的设计需求和挑战进行了深入分析,作为该篇文章的姊妹篇,本文将着重关注PLC/DCS系统中的模拟输入输出部分的发展趋势。这里会将输入和输出模块区分开来,就其不同的系统要求进行分别探讨,并着重介绍ADI能够支持这些要求的最新优势产品和解决方案。

    多通道全集成模拟输出解决方案

    模拟输出讲究的是集成、能效和性能。首先,模块尺寸要小。目前,设计人员早已通过在产品设计中选用0402封装电阻电容以及LFCSP封装IC,达到减少电路板尺寸的目的。与此同时,每个模块的功耗也由曾经的5W-10W,发展到了如今的3W-5W,未来势必降至更低。在这方面,一些设计人员通过牺牲设计规格来满足功耗预算,此法虽然能达到降低功耗的目的,但势必也会导致产品竞争力下降,因此并不推荐。

    其次,通道密度要增加,由原来的4通道、8通道增加至现在的12甚至16通道。众所周知,空间不变而通道密度增加,会显著提升模块的环境温度,在某些情况下,高达100摄氏度的系统环境温度并不罕见,而这本身却会对最高IC结温造成挑战。而且,通道密度的增加还意味着元件数量以及功耗的增加,这也从另一方面要求设计人员在选择元件时,要尺寸更小、静态电流更低而且效率更高。

    第三,速度,即建立时间要提高,从而实现工厂自动化。目前,模拟输出通道建立的时间已经降低至20μs,但依然在向更高效率发展。

    第四,工艺安全要求也要提高,系统要引入安全完整性等级(SIL)来提高诊断性以及稳定性。

责任编辑:陈虹

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