Чтение RSS Все о РадиоЭлектроТехнике » РадиоЭлектроника » Остальное » Уплотнение каналов цифрового ввода каскадным включением входных параллельно-последовательных преобразователей

Книги по радиоэлектронике

Новости партнеров

Малогабаритный частотомер с питанием от литиевого элемента
     Прототипом этого прибора послужил частотомер, описанный в статье И. Котова («Радио», 2008, № 2, с. 21, 22). Переделка свелась к замене батареи питания 6F22 литиевым ...
Microchip. Информацинный каталог. 2014
Название: Microchip. Информацинный каталог Год издания: 2014 Страниц: 88 Формат: djvu Размер: 17,34 MB Описание: Предлагаем вашему вниманию очередное издание информационного каталога ...
Microcontrollers From Assembly Language to C Using the PIC24 Family
Название: Microcontrollers From Assembly Language to C Using the PIC24 Family Автор: Robert Reese, J.W. Bruce, Bryan A. Jones Год издания: 2009 Страниц: 865 Формат: pdf Размер: 9,58 MB ...

Уплотнение каналов цифрового ввода каскадным включением входных параллельно-последовательных преобразователей

 Опубликовано: 9-11-2014, 22:32  Комментариев: (0)


Введение

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) являются неотъемлемой частью систем промышленной автоматизации. Они позволяют получать информацию как от цифровых, так и от аналоговых датчиков и обеспечивают выходные сигналы для управления приводами. Устройства цифрового ввода составляют значительную часть используемых устройств ввода/вывода. Они воспринимают входные сигналы от концевых выключателей, бесконтактных переключателей, датчиков уровня топлива, световых барьеров, датчиков превышения температуры и т. п.

Традиционный одход

Имеется несколько типов цифровых входов. Стандарт IEC-61131-2 определяет наиболее часто используемые типы.

Традиционно для цифрового ввода используются дискретные компоненты и параллельный интерфейс. Ограничение по току обеспечивается последовательным включением мощных резисторов. Резистивно-ёмкостные (RC) фильтры снижают дребезг механических переключателей, а канальные оптопары обеспечивают подключение к параллельному интерфейсу процессора. Такое решение, однако, требует использования крупногабаритных компонентов, множества элементов гальванической развязки и печатной платы больших размеров для обеспечения параллельного ввода. При этом также рассеивается значительная мощность.

При типовом значении сопротивления резистивной цепочки 2,2 кОм и номинальном напряжении 24 В величина тока приблизительно равна 11 мА, то есть рассеиваемая мощность составляет около 260 мВт, а при 30 В около 400 мВт. Учитывая, что такое рассеяние мощности может происходить одновременно во всех входных каналах, а также учитывая габариты компонентов и интерфейса процессора, можно видеть, что возможность уплотнения каналов сильно ограничена.

Новый подход

Изделия семейства SN65HVS88x компании TI позволяют обойти эти ограничения и не только. Цифровой входной параллельно-последовательный преобразователь (как видно из названия) преобразует входные сигналы в единый последовательный поток данных интерфейса SPI и позволяет сократить число устройств гальванической развязки на 50%.

Резисторы и светодиоды, показанные на рисунке 1, требуются согласно стандарту IEC-61131-2. Для тех входов, где не требуется соответствия данному стандарту, они могут быть исключены. Независимо от этого встроенный ограничитель тока позволяет использовать ограничительные резисторы меньшей мощности.

Входной ток подаётся на выходной контакт, что позволяет управлять внешними светодиодами, индицирующими текущее состояние входа. При отсутствии светодиодов этот выходной контакт просто подключается к земле.

Семейство HVS88x допускает каскадное включение нескольких устройств, совместно использующих интерфейс SPI. При этом для 32-канального устройства ввода необходимо всего лишь четырёхканальное устройство гальванической развязки, то есть экономится 87% каналов развязки.

Теперь рассмотрим мощность, рассеиваемую 32-канальным интерфейсом. Ранее был рассчитан наихудший случай рассеяния мощности при 400 мВт на канал, что давало суммарную рассеиваемую мощность около 13 Вт. Это слишком много для блока ПЛК, имеющего размер колоды карт.

Рис. 1. Канальное устройство цифрового ввода, использующее HVS882 и IS07241

Для семейства HVS88x разработчик может установить ограничение по току в диапазоне от 200 мкА до 5,2 мА. Для переключателей типа 1 или типа 3 предел тока выбирается в 3-мА диапазоне и при этом рассеиваемая мощность канала составляет 30 мВт при 30 В, то есть происходит снижение рассеиваемой мощности более чем на 75% по сравнению с исполнением на дискретных элементах.

Параметр SN65HVS880 SN65HVS882
Параллельно-последовательное преобразование ДА ДА
Каскадное включение ДА ДА
Ограничение тока ДА (от 0,2 до 5,2 мА) ДА (от 0,2 до 5,2 мА)
Антидребезговый фильтр ДА (0 мс, 1 мс, 3 мс) ДА (0 мс, 1 мс, 3 мс)
Vcc от 18 до 30 В от 10 до 34 В
Индикация пониженного напряжения ДА (~15В) НЕТ
Выход 5 В ДА ДА
Диапазон входных напряжений от 0 до 30 В от 0 до 34 В
Диапазон температур от 40 до 85°C от 40 до 125°C
Защита от перегрева ДА ДА

Таблица 1. Семейство SN65HVS88x цифровых входных параллельно-последовательных преобразователей для гальванической развязки

Разработчик может ещё сократить число внешних компонентов путём использования встроенного антидребезгового фильтра, задав фильтрацию импульсов с длительностью менее 3 или 1 мс. Для обеспечения более быстрого опроса переключателей без дребезга фильтр можно обойти.

Компоненты работают от номинального напряжения 24 В и сами вырабатывают необходимое им напряжение 5 В. Это напряжение также может использоваться для питания внешних цепей, например, для питания периферийной стороны компонента гальванической развязки интерфейса SPI.

Семейство HVS88x позволяет обеспечить значительное уплотнение цифровых входов за счёт использования параллельно-последовательного преобразования и каскадного включения, а также значительное снижение рассеиваемой мощности и исключение внешних компонентов. Доступны образцы, материалы и отладочные платы.

Рис. 2. Упрощённое 32-канальное устройство цифрового ввода с каскадным включением, использующее четыре параллельно-последовательных преобразователя