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技術專題
工業控制設計所需的組件
工業控制設計所需的組件
一些制造業務已從自動化和機器人技術中受益匪淺，而用于工業自動化的系統則需要控制和數據采集系統。如果設施要以最高效率運行，則自動化和控制系統的設計必須牢記可靠性和可見性。這些系統需要一系列組件，從面板安裝的控制器到混合了傳感器和IC的小型嵌入式板。
如果您要設計用于工業控制系統的板卡，則有一些通用組件對您的產品必不可少。這些組件旨在執行所有必要的數據/信號采集任務，以及作為大型控制系統一部分所需的處理和生成任務。無論您是要為控制和監視系統制作盒子還是制作小型面板，都可以在這里找到所需的組件。
工業控制設計的基本組件
工業控制設計所需的組件可以分為不同的類別b功能。在較高級別上，這些系統需要在較大的控制系統內生成和收集信號，并且可能需要將數據作為控制算法的一部分進行處理。工業控制板可能還需要無線通信，管理外圍設備的電源并承受高溫。無需進一步延遲，這里是設計用于工業控制的電路板時需要考慮的一些功能方面。
功率調節
這是任何工業應用系統的基本要求。用于工業控制或監視系統的板可能需要高達24 V的電源，而一塊板可能需要多級才能正常運行。電源模塊也可能需要提供大電流，尤其是在用于運行機電或電熱元件的情況下。您可以找到一系列適合低功耗應用的開關轉換器或LDO。
在我的公司開始從自動化設施打電話尋求電路板布局服務之前，我最后一次聽到有人討論EEPROM是指Arduino。如果板子的倍數出現在較大的系統中，或者要作為產品線的一部分發布板子，則該板子需要一個唯一的標識符，可以通過電子方式對其進行訪問。輸入EEPROM，以便將唯一的標識符加載到板上。
更高級的產品可能會使用將Flash存儲器與無線功能和多個I / O集成在一起的MCU / SoC。這些組件將具有用作唯一標識符的MAC地址，因此在這種情況下不需要EEPROM。用于工業監控的物聯網設備的實驗性網格網絡正朝著這一方向發展，因為這些集成的MCU / SoC減少了總零件數和成本。
數據采集與信號生成
這兩個反函數是通過ADC（獲取）和DAC（生成）實現的。對于工業應用，ADC通常不需要非常高的采樣率，因為您并不經常在非常高的頻率下工作。但是，對于測量和信號生成，您需要確保分辨率對于您的應用足夠高。您還應該檢查通道數量，因為可能需要與多個組件進行接口連接。
如果需要在中低頻率下產生干凈的正弦波或方波，則最好使用振蕩器IC或定制振蕩器，具體取決于所需的頻率范圍。凌力爾特（Linear Technologies）的LTC1799采用小型封裝，輸出范圍為1 kHz至33 MHz，具有2.5％的頻率容差。該振蕩器和許多其他振蕩器均采用小包裝，并具有簡單的實現方式（請參見下文）。
處理能力
一旦收集了一些數據，就需要對它進行一些處理。一個MCU，FPGA或其他PLD為您提供了在單個元件所需的處理能力以及其他有用的外圍設備。收集的數據在工業控制中的典型用法是控制回路的一部分。此應用程序不一定需要巨大的時鐘速率；對于大多數應用而言，MHz范圍內的值應該足夠了。您可能需要選擇高容量的板載內存，具體取決于應用程序的大小和復雜性。
4-20 mA電流環路生成
如果您使用事實上的4-20 mA標準，那么您將需要一個驅動程序來為過程控制系統生成電流回路。電動機驅動器，PLC輸出可編程驅動器，高壓I / O和線性總線上的傳感器都利用這些控制回路。德州儀器（TI）的XTR305模擬驅動器是4-20 mA環路驅動器或+/- 10 V驅動器的精確條件，可以從DAC取得電源。該組件還具有用于控制環路應用的接收器模式，從而無需使用ADC通道進行測量。
功放
您的系統中可能需要一定范圍的放大器，具體取決于您需要讀取的電壓范圍和所需的帶寬。通用運算放大器或儀表放大器可用于在使用DAC進行采樣之前放大低電平信號，或者在不使用笨重的變壓器的情況下提升模擬電壓信號。一些放大器專門針對工業應用而設計，并且比典型的運算放大器IC更堅固。
靜電防護
工業系統可能在高壓附近運行，關鍵系統可能需要ESD安全。在這里，根據電路板可能暴露的峰值電壓和上升時間，可以使用多個電路保護組件。示例包括簡單的保險絲，繼電器，TVS二極管和氣體放電管。
工業控制設計的其他組件
顯然，工業控制板所需的組件列表非常多，但是上面列出的選項很可能會在您的下一塊板上出現。下一個工業控制設計可能需要的其他一些組件包括：
可編程邏輯控制器
接口IC
無線組件（WiFi，藍牙等）
單板計算機
無論您需要工業控制設計中的哪個組件，都可以使用Octopart中的高級搜索和過濾功能來查找所需的零件。