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PLC评估板在工业过程控制系统中的应用
发布时间:2016-01-16 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
图7. 输入模块设计。
这种普遍的输入设计很容易适应RTD/热电偶模块。如电感生产图所示，每个输入通道提供两个输入接线端子。一个输入端子直接连到AD7793。用户可以对内置PGA进行编程，以提供高达128的模拟增益。第二个输入端子使信号能够通过JFET输入仪表放大器 AD8220 被调理。这样，输入信号就被削弱、放大，并经过电平转换，以提供单端输入信号给ADC。除了提供电平转换功能，AD8220还具有非常好的共模抑制特性，这在宽动态范围的应用中很重要。
低功耗、高性能的AD7793功耗小于500μA，而AD8220功耗小于750μA。这个通道被设计为可接受插件电感电感生产4mA至20mA、0V至5V以及0V至10V的模拟输入信号。输入模块的其它通道针对双极性工作方式设计，可接受±5V 和±10V的输入信号。
为测量一个4mA至20mA输入信号，一个低漂移精密电阻通过开关(S4)连入电路。在这个设计中，该电阻的阻值为250电感特性Ω，但是，只要产生的电压在AD8220的输入范围内，就可以用任意电阻值。在测量电压时，S4保持断开状态。
大多数输入模块设计都需要隔离。图7展示了在PLC评估系统的一个通道上如何实现隔离。4通道数字隔离器ADuM5401 采用isoPower®6 技术，可提供2.5kV的有效值(RMS)信号和功率隔离。除了提供4个隔离的信号通道，ADuM5401还包含1个隔离的DC-DC转换器，能够提供一个稳定的5V、500mW输出信号，以驱动输入模块的模拟电路
完整的系统：图8所示为完整系统的概览。 ADuC7027 精密模拟微控制器7是主要的系统控制器。其内嵌ARM7TDMI内核，32位架构可轻松实现该器件与插件电感24位ADC的连接。它还支持16位thumb模式，如果需要，可实现更高的代码密度。ADuC7027带有16kB片上闪存，并可外接512kB存储器。高精度、低压降稳压器(LDO)A功率电感器DP3339 可为微控制器提供稳压电源。
图8. 系统级设计。
评估板和PC之间的通信通过ADM3251E提供，该器件与RS-232收发器隔离。ADM3251E结合了isoPower技术，无需另外的隔离式DC-DC转换器。它非常适于严苛电力环境下的操作，或者需要频繁插拔RS-232电缆的场合，因为RS-232的引脚，包括Rx和Tx，都需要防范±15kV的静电放电干扰。
评估系统软件和评估工具：这套评估系统具有多种功能。与PC的通信可通过LabView8实现。微控制器(ADuC7027)的固件用C语言编写，能够控制往来ADC和DAC通道的低级命令。
图9所示为主屏幕界面。左侧的下拉菜单使用户能够选择激活的ADC和DAC通道。在每一个ADC和DAC菜单下方是一个范围设置下拉菜单，用于选择期望的输入和输出范围进行测量和控制。它支持的输入和输出范围包括：4mA至20mA、0mA至20mA、0mA至24mA、0V至5V、0V至10V、±5V和±10V。通过利用内置的PGA，ADC可直接提供小的信号输入范围。
图9. 评估软件主屏幕控制器。
图10所示的是ADC配置屏，用于设置ADC通道、更新速率和PGA增益；使能或禁止激励电流；以及其它通用ADC设置。通过将相应的DAC输出通道连接到ADC输入端，并调整每个范围，可以校准每个ADC通道。采用这种校准方法时，AD5422的偏移和增益误差指示每个通道的偏移和增益。如果这些不够精确，可采用超高精度电流和电压源进行校准。
图10. ADC配置屏幕。
在选择ADC的输入通道、输入范围和更新速率一体成型电感器之后，现在我们利用ADC Stats屏幕，如图11所示，显示一些被测量的数据。在这个屏幕上，用户选择数据点的数目进行记录；软件生成所选通道的柱状图，计算峰-峰(P-P)和有效值(RMS)噪声并显示结果。在此处显示的测量范例中，输入信号通过AD8220被连接到AD7793：增益=1，更新速率=16.7Hz，采样数=512，输入范围=±10V，输入电压=2.5V。峰-峰分辨率为18.2位。
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