如何設計與現場(chǎng)總線(xiàn)無(wú)關(guān)的智能工廠(chǎng)傳感器

作者：Michael Jackson和Brian Condell

如果您即將開(kāi)始設計智能工廠(chǎng)傳感器，請閱讀這篇文章了解更多信息，從而盡可能快速高效地完成設計，使其能夠為更多客戶(hù)帶來(lái)裨益。這篇博文介紹了智能工廠(chǎng)傳感器（溫度和壓力）的設計理念，無(wú)論工廠(chǎng)流程中使用何種類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)或工業(yè)以太網(wǎng)，這些傳感器都能與PLC進(jìn)行通信。

溫度傳感器有哪些選擇？

比較常見(jiàn)的溫度傳感器是2線(xiàn)、3線(xiàn)和4線(xiàn)電阻溫度檢測器(RTD)、熱電偶以及熱敏電阻，每種傳感器都有相對的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如果時(shí)間充裕，您可以在種類(lèi)繁多的信號調理和數據轉換器IC中精挑細選，以構建和調試定制模擬前端(AFE)。

有沒(méi)有更快完成設計的辦法？

如果時(shí)間很緊張，那么完全集成的AFE，例如AD7124或AD4130 Σ-Δ ADC（帶有集成PGA）可能是更好的選擇。假設您正在為需要熱電偶的應用設計傳感器。在這種情況下，MAX31855是一款即用型熱電偶數字轉換器IC，而且還能執行線(xiàn)性化處理和冷端補償。如果您正在規劃基于RTD的傳感器，請考慮使用MAX31865 RTD數字轉換IC。如果您沒(méi)有時(shí)間研究不同類(lèi)型的傳感器，只是想設計一個(gè)傳感器來(lái)快速準確地提供數字溫度讀數，那么MAX31875或ADT7420數字溫度傳感器IC可以提供理想的“一站式”解決方案。這些器件將傳感器、AFE和線(xiàn)性化電路集成在一個(gè)封裝中，通過(guò)I²C連接到微控制器。圖1展示了多種不同選擇方案。

圖1.備選溫度傳感器信號鏈

壓力傳感器有哪些選擇？

應變計和稱(chēng)重傳感器常用于在壓力傳感器中產(chǎn)生電信號，AD7124和AD4130 AFE也可支持這些傳感器?；蛘?，如果您不希望微控制器執行線(xiàn)性化工作，則可以使用ADA4558橋式信號調節器IC來(lái)處理線(xiàn)性化（圖2）。

圖2–備選壓力傳感器信號鏈

傳感器傳統上如何連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò )？

通常，傳感器設計為使用單一現場(chǎng)總線(xiàn)或工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。  然而，這種方法要求您在傳感器內部包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò )接口IC，因此成本會(huì )顯著(zhù)增加，同時(shí)傳感器的適用群體也被限制為使用該協(xié)議的客戶(hù)。若要將傳感器用于另一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，必須使用不同的接口IC重新設計傳感器，成本高昂且費時(shí)費力。此外，診斷功能的數量和類(lèi)型因網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型而異（有些根本沒(méi)有診斷功能），如果您的傳感器只支持某種協(xié)議，客戶(hù)在安裝后要想維護傳感器或排查故障可能很困難。因此，設計的傳感器最好能夠適應任何工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，這樣既能降低成本，又能拓展市場(chǎng)。

如何使傳感器“與網(wǎng)絡(luò )無(wú)關(guān)”？

您可以借助IO-Link®實(shí)現此目的，這是一種三線(xiàn)工業(yè)通信標準，旨在將傳感器和執行器與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )相連。在IO-Link應用中，收發(fā)器充當物理層接口，連接運行數據鏈路層協(xié)議的微控制器，同時(shí)支持數字輸入和輸出（高達24V）。IO-Link的優(yōu)勢在于可支持傳輸四種不同類(lèi)型的信息，即過(guò)程數據、值狀態(tài)、設備數據和事件。這些信息可以指示傳感器故障，從而便于快速定位故障。MAX14828是一款低功耗IO-Link從站收發(fā)器，采用(4mm x 4mm) 24引腳TQFN封裝和(2.5mm x 2.5mm)晶圓級封裝(WLP)，可在-40℃至+125℃擴展溫度范圍內使用。

IO-Link從站收發(fā)器如何與工業(yè)網(wǎng)絡(luò )通信？

IO-Link從站收發(fā)器（通過(guò)電纜）與IO-Link主站進(jìn)行通信，而主站通過(guò)協(xié)議接口IC（如用于工業(yè)以太網(wǎng)的ADIN2299）連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò )。MAX14819A是一款低功耗、雙通道、IO-Link主站收發(fā)器，帶有傳感器/執行器電源控制器，完全符合新發(fā)布的IO-Link和二進(jìn)制輸入標準與測試規范，即IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。

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