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ST:工业自动化中的PLC方案

2021-04-02 赵明灿 阅读:
在ASPENCORE“深圳国际工业4.0技术与应用峰会”上,意法半导体策略市场经理冯国柱分享了“工业自动化中的PLC方案”主题演讲。

在ASPENCORE在深圳电子智能制造展(EIMS)同期举办的“深圳国际工业4.0技术与应用峰会”上,意法半导体策略市场经理冯国柱分享了“工业自动化中的PLC方案”主题演讲,内容包括五个部分:PLC系统架构、数字输入/输出模块、模拟输入/输出模块、CPU和HMI解决方案、直流电源线输入和输出模块。ohGednc

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工厂自动化系统架构

据冯国柱介绍,PLC在工业自动化里是非常重要的部分。它对现场的传感器信号进行收集,传输给工业网络,然后通过CPU传输给后台,进行现场的过程控制。这其中涉及一些关键的CPU模块、IO模块,未来也会出现一些新的发展趋势。ohGednc

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PLC方案当中通常包含很多模块,它们装在导轨上,通过总线连接,并通过IO来采集现场的控制信号。其中通常包含CPU模块、数字输出输入模块、模拟输入输出模块,以及电源模块。ohGednc

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除了MCU,ST还可以提供隔离方案、电源方案、传感器、放大器、ADC以及RS-485和RS-232等各种接口等等。ohGednc

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下面来具体看下一个简单的全集成小型化PLC模块方案。ohGednc

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”除了MCU以外,我们还可以提供电源。从24V总线上的电源到DC-DC,以及LDO。还有一些隔离方案,以及ADC,还有模拟、数字输入方案,是全集成的。数字输出ISO8200,集成了隔离器和输出的驱动。还有IO-Link收发器,包括L6360,IO-LINK将会用得越来越多,这是现场的一个发展趋势。RS-485、RS-232,以及温度传感器等,我们也都可以提供。”冯国柱介绍说。ohGednc

在数字IO模块中,ST有一些关键器件。除了MCU以外,还有全集成的数字输入系列产品CLT03-2Q3,它可以实现多路输入。通过SPI输出,直接接到MCU,就可以把24V信号直接输入到MCU。ISO8200内部集成的隔离器还可以带数字输出驱动,同时带有诊断方案,下文将会详细介绍它的功能。ohGednc

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数字IO方案

数字输入模块

数字输入模块CLT03-2Q3可以实现输入电流的转接,它把24V的信号电平转化成普通的TTL电平。ohGednc

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下面是它的内部框架,它内部集成了很多保护功能,包括限流、电平转换,最后转成SPI的输出,直接传给MCU。ohGednc

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同时它还提供电流检测,包括TSC210、212、213等电流检测方案。可以直接接到24V总线上,通过一些方案把电流信号转换成微弱的电压信号,然后放大,再通过MCU(ADC)进行采样处理。这样就可以检测到现场电流的大小,进行一些控制和保护。ohGednc

ST还提供eFuse(电子保险丝),起到限流作用。当电流过大时它会主动关断,当电流恢复时它会进行延迟打开。ohGednc

数字输出模块

数字输出方案里一般会用到隔离器,进行电平信号的隔离,再通过一些驱动和输出保护电路,最后进行输出。下图是其传统的构架。ohGednc

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ST所提供的方案这个传统构架集成到了一个芯片里。具体选型如下图所示。ohGednc

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IPS4260是其中一个典型例子。它集成了4路输出,通过4路并行的逻辑电平进行控制。内部集成了欠压保护、开路检测、限流检测、输出钳位、温度检测。另外它非常智能,可以帮助实现工业4.0的需求。ohGednc

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ISO8200是一个高边驱动。用户可以通过自己的MCU或者CPU的接口方案选择输出接口。8路输出完全独立,并带有各种保护功能,比如欠压锁定、限流保护、过温保护。ST还可以提供2种封装,用户可根据体积要求或并口输入进行选用。ohGednc

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模拟IO方案

模拟IO模块如下图所示。ST在PLC的模拟输入输出部分,除了完整的电源方案以外,还可以提供完整的模拟输入链。可以提供包括宽电源36V的运放以及高精度的运放。ADC是12位多路采样。采样通路提供隔离器进行现场电位隔离,然后传给MCU,再经过格式转换,通过通信接口,就可以传给CPU模块或者工业电脑。这样就实现了远程的过程控制。当然,ST还可以提供各种电源保护方案,包括ESD保护方案等。ohGednc

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CPUHMI解决方案

下面来看CPU模块以及相关的HMI人机交互界面。CPU是PLC系统的核心,它通常收集现场的传输信息,通过编程实现现场的逻辑控制。ohGednc

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HMI通常包含屏幕,可能需要使用性能稍高的处理器。下面是其相关的一些方案。ST在外部也可以提供完整的电源解决方案、温度传感器、MCU监控、USB保护、RS-485/232,以及各种驱动。ohGednc

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DC电源线输入输出方案

最后看下DC电源线的方案。用户需要不同的电平、不同的电压,例如24V的电平。另外还需要对其提供隔离和保护,eFuse可以实现自恢复,这对于现场无人化的过程控制就非常有用,这样自动化程度会更高……另外,ST的电源产品,包括DC-DC和LDO等,也非常全面。ohGednc

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  • 有需求请联系意法半导体工业自动化中心| Industrial Automation Competence Center:robin.feng01@st.com
本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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