Рубрики

| индикация | события | инструменты | беспроводная связь | датчики | источники питания | компоненты | корпуса | микроконтроллеры | приборы | промышленная мебель | прочее | сетевые решения | силовая электроника | средства разработки | новые технологии |

Интересные статьи

Рубрика: прочее

Формирование аналоговых интерфейсов в цифровых системах управления

27.02.2009 Несмотря на широчайшее распространение цифровых сетей, аналоговые каналы передачи данных все еще используются. Этому есть несколько причин.

В системах промышленной автоматики существует большое количество разработанных и изготовленных много лет назад устройств, использующих аналоговые каналы передачи данных. Это могут быть датчики, исполнительные устройства (клапаны, насосы), а также устройства регистрации (самописцы). Замена этого оборудования идет медленно и требует очень больших капиталовложений. Кроме того, перевод какого-либо предприятия целиком на цифровые сети означает одномоментную замену практически всего оборудования и информационных кабельных сетей. Такая масштабная реконструкция требует не только огромных средств, но и остановки производственного процесса, что во многих случаях недопустимо. Поэтому при создании или модернизации автоматических систем управления приходится использовать аналоговые каналы передачи данных для получения информации от датчиков и передачи управления на исполнительные механизмы.

Учитывая, что в различных случаях могут использоваться как токовые, так и потенциальные аналоговые интерфейсы, желательно выбирать микросхему ЦАП, способную без дополнительных элементов обеспечивать оба типа выходных сигналов. Такова микросхема специализированного шестнадцатиразрядного цифро-аналогового преобразователя МАХ5661.

Преимущества

Основным преимуществом использования в качестве интерфейса передачи данных от датчиков токовой петли 4...20 мА является использование всего двух проводов для соединения с системой сбора данных. Кроме этого, в отличие от цифровых интерфейсов, не требуется дополнительных аппаратных и программных средств для реализации стандартного протокола обмена данными или дополнительной настройки (например, программирования адреса) при инсталляции.

Ток или напряжение

Существуют аналоговые каналы передачи данных по току или по напряжению. С точки зрения помехозащищенности передача тока более предпочтительна. Однако на стороне измерения, как правило, требуется установка дополнительного прецизионного резистора (для преобразования тока в напряжение), который вносит дополнительную погрешность. Этот низкоом-ный резистор также может быть легко поврежден при коротком замыкании и/ или отсутствии схемы ограничения тока. При передаче напряжения измерительный вход обычно высокоомный и может быть легко защищен от перенапряжения. Он не требует дополнительных элементов, вносящих погрешность, однако погрешность могут вносить соединительные провода, обладающие сопротивлением. Часть напряжения на них, увы, теряется, и напряжение на измерительной части оказывается меньше, чем на передающей. Для того чтобы этого избежать, используется схема подключения, изображенная на рисунке 1. Она содержит два дополнительных провода и позволяет скомпенсировать паразитное падение напряжения.

Рис. 1. Четырехпроводная схема компенсации сопротивления кабелей

В то же время использование аналоговых интерфейсов с интеллектуальными датчиками (в которые встраиваются микроконтроллеры для предварительной обработки сигнала) или исполнительными устройствами с аналоговым интерфейсом, управление которыми должен осуществлять цифровой контроллер, требует применения цифро-аналогового преобразователя. Учитывая, что в различных случаях могут использоваться как токовые, так и потенциальные интерфейсы, для упрощения схемы и уменьшения ее стоимости желательно выбирать микросхему ЦАП, способную без дополнительных элементов обеспечивать оба типа выходных сигналов.

Такова микросхема специализированного шестнадцатиразрядного цифро-аналогового преобразователя МАХ5661 (см. рис. 2). Возможности микросхемы резко выделяют ее среди аналогичных устройств. Стоит отметить, что она способна формировать как токовые сигналы в диапазоне 0...20/4...20 мА, так и потенциальные (в том числе по 4-про-водной схеме с компенсацией сопротивления соединительных проводов) с амплитудой до ±10 В, причем начальное смещение нуля не превышает 0,1%, а полная погрешность составляет не более 0,3% от полной шкалы. Передаточная характеристика ЦАП имеет гарантированную монотонность, что крайне важно для замкнутых регуляторов.

Рис. 2. Блок-схема включения ИС МАХ5661

При конструировании микросхемы было принято решение использовать внешний источник опорного напряжения 4,096 В. Это связано с тем, что при работе ЦАП температура кристалла может значительно изменяться, что может оказать существенное влияние на параметры встроенного ИОН и значительно снизить точность системы в целом. Такое изменение температуры особенно сильно проявляется на токовом выходе при высоком напряжении питания (которое может составлять до 40 В) и малом сопротивлении нагрузки, поскольку в микросхему встроен выходной транзистор преобразователя «напряжение-ток». При малой разрядности ЦАП это не имело бы большого значения, однако для 16-битных систем перенос источника опорного напряжения за пределы основного кристалла может значительно улучшить точностные характеристики.

Еще одним достоинством описываемой ИС можно считать использование для связи с управляющим микроконтроллером высокоскоростного (до 10 МГц) последовательного SPI/QSPI/ Microwire-интерфейса, причем возможно последовательное включение нескольких микросхем (Daisy Chaining). Имеется выход FAULT, который становится активным при коротком замыкании выхода напряжения или обрыве токовой петли. Информация об аварийном состоянии выходов также доступна и по последовательному интерфейсу. Конфигурировать выходные каскады микросхемы можно программно или с помощью специальных входов, которые соединяются с «землей» или с напряжением питания (+5 В ном.).

Микросхема МАХ5661 также имеет два входа для асинхронного управления. Один из них — CLR — позволяет либо обнулить ЦАП, либо загрузить предустановленное значение (определяется программно). Другой — LDAC — позволяет загрузить значение входного регистра данных. Оба входа могут быть использованы для одновременного асинхронного управления несколькими микросхемами.

Заключение

Аналоговая передача информации еще сохранила популярность в традиционно консервативной индустриальной области применения. Это подтверждается тем, что производители микросхем продолжают предлагать новые интегральные решения для ее реализации.

Новости Электроники за 2009 г., №1, стр. 18-19, Анатолий Андрусевич (Maxim Integrated Products) (c)

другие статьи

Комментарии

Комментариев нет. Ваш комментарий будет первым.

Чтобы оставить свой комментарий Вам необходимо зарегистрироваться.