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欧姆龙

　自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)取代传统继电器控制装置以来，PLC快速发展在世界各地得到了广泛应用。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓，但在中国等发展中国家的增长十分迅速，2017年PLC市场在全球取得16.6%的增长。
　　与此同时，PLC的功能也不断完善，随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，如今PLC不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。如何灵活配置PLC真正实现工业互联智能化的背后支撑，本文以高性能模拟技术提供商ADI公司的PLC解决方案举例，说明如何借助ADI公司的放大器、数据转换、信号处理和电源技术以及专业经验，实现高分辨率、低噪声的工业PLC系统。
工业PLC系统设计考虑和主要挑战
　　通常而言，PLC系统由电源、CPU和多个模拟及数字I/O模块组成，可控制、执行和监控复杂的机器变量。PLC设计用于多输入和输出配置，具有扩展的温度范围、卓越的电噪声抑制性能、抗震性和抗冲击能力。PLC系统包括电源、控制和通信模块以及多种模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出模块。为了获得合适的PLC系统设计，设计人员必须考虑许多不同的系统要求，包括精度、带宽和输入范围等。此外，还需要考虑以下系统因素：
　　1、对于TC (热电偶)和RTD，模拟输入类型和范围可低至±10 mV;对于执行器控制器可高至±10 V—或者过程控制系统中的4 mA至20 mA电流。
　　2、模拟输出类型和范围通常包括±5 V、±10 V、0 V至5 V、0 V至10 V、4 mA至20 mA和0 mA至20 mA，有时需要超量程能力。
　　3、输入/输出模块分辨率和精度的典型范围为12位至16位，工业温度范围内的精度为0.1%。
　　4、与不同现场总线连接。
　　5、隔离;系统电源模块和低功耗电子器件之间;输入和输出之间;I/O和中央控制单元之间;隔离等级范围为1 kV至2.5 kV。
　　6、模拟输入/输出和电源输入保护：故障条件电压或电流和EMC考虑因素，包括电涌、快速脉冲瞬变和ESD。
　　7、随着电路板尺寸的减小，功效比、热管理和散热将成为小型化器件一个日益重要的问题。
　　另外，更多的通道或节点需要置于相同的空间中，因而要求采用高密度系统，必须减小器件尺寸。这意味着外壳更小，从而带来电源管理和散热难题，因此需要通过集成动态电源控制实现智能电源管理的解决方案。
　　PLC应用系统典型的信号链设计
高集成度高灵活性的PLC系统应该这样设计
　　以前实现这类I/O系统需要大量高性能分离式元件，由此产生的是庞大且昂贵的系统。近来，集成技术的进步使得系统设计人员能够采用尺寸更小、功耗更低、成本更低的解决方案，
　　其性能与那些大型系统不相上下。持续的技术进步要求既能不断促进这些解决方案集成，同时还提高其性能和诊断能力。ADI公司提供面向市场定制的解决方案，以便简化设计过程。这些解决方案采用业界领先技术，并提供众多设计选项，从采用分立器件的实施方案到全集成式解决方案应有尽有。
　　此外，目前很多传统工业自动化或者过程控制系统，其物理层的实现拥有大量的I/O的接口，包括了模拟和数字的输入输出。I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件，它是直接连接现场仪表和整个控制单元当中的纽带。而一旦客户新增需求或者设备替换生产数字或者系统发生变化，大量的I/O接口就需要整体调整或迁移，整个工作繁琐且耗时耗力。针对整个模块量输入模块，ADI新推出的AD411X(AD4111，AD4112)系列产品，集成了多重保护功能，同时提供相应的电源解决方案。在应用过程中，基本上是24V输入、5V输出的电源架构。AD411X产品每个通道都可以任意地定义为数字量的输入输出，或者模拟量的输入输出，所以把它叫做软件定义I/O。

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