Analoog I/O-systeemreferentieontwerp

ADI’s toepassing is gericht op het demonstreren van de ontwikkeling van een PLC/DCS-systeem, bestuurd door een Modbus-master, en illustreert het gebruik van de nieuwste componentfuncties. Systemen met een enkel knooppunt wordt meestal PLC’s genoemd, terwijl een groter systeem vaak een DCS genoemd wordt. Elk knooppunt kan tot 16 analoge veldapparaten, sensoren of actuators besturen, ofwel HART-compatibel (Highway Addressable Remote Transducer) of alleen analoog, en systemen kunnen worden uitgebreid met wel 16 afzonderlijke knooppunten. Ook kan het systeem worden gebruikt voor algemene precisie-analoge gegevensacquisitietoepassingen, zoals instrumentatie, analoge gegevensregistratie of test- en meettoepassingen.

Analoge ingangskaart
De CN-0414 is ontworpen voor het meten van vier volledig differentiële of acht enkelvoudige spannings- en vier stroomsignalen. Het hart van het circuit bestaat uit een AD4111 low-power, ruisarme, 24-bits, Σ-Δ analoog-digitaal-omvormer (ADC) met geïntegreerde ±10 V en 20 mA analoge front-ends. De spanningsingangen ondersteunen een ingangsbereik van ±10 V. De AD4111 bevat een unieke functie die detectie van open draden op ±10 V-spanningsingangen mogelijk maakt bij gebruik van een enkele voeding van 5 V of 3,3 V. Voor de eerdere oplossingen was doorgaans een voeding van meer dan ±10 V nodig.

De stroomingangen ondersteunen ingangsbereiken van 0 mA tot 24 mA. De ingangsimpedantie van het circuit is 250 Ω (60 Ω intern naar de AD4111), met alle ingangen ten opzicht van geïsoleerde aarde. De ingangsimpedantie van 250 Ω op de stroomingangen is nodig om de AD5700-1 HART-conforme modem in combinatie met de AD4111 te laten werken.

De analoge front-end van het circuit, de AD4111 en de AD5700-1 zijn via ADuM5411 en ADuM3151 geïsoleerd van de verwerkingszijde en bieden zo aanzienlijke ruimtebesparing ten opzichte van discrete oplossingen op basis van transformatoren. De CN-0414-kaart wordt gevoed door 9,5 V_DC tot 36 V_DC, wat kenmerkend is voor industriële automatiseringssystemen, waardoor klanten deze gemakkelijk in hun systemen kunnen monteren.

Analoge uitgangskaart
De CN-0418 is een vierkanaals spannings- en stroomuitgangskaart gebaseerd op de AD5755-1 digitaal-analoog-omvormer (DAC) met dynamische vermogensregeling. Dit circuit levert stroomuitgangen van 4 mA tot 20 mA, evenals unipolaire of bipolaire spanningsuitgangen (±10 V). De kaart bevat ook de AD5700-1 HART-modem voor een complete analoge uitgangsoplossing met HART-connectiviteit. Ook is er een extern transiëntenbeveiligingscircuit inbegrepen, wat belangrijk is voor toepassingen in zware industriële omgevingen.

De stroom- en spanningsuitgangen zijn beschikbaar op afzonderlijke pennen, hoewel er maar één tegelijk actief is, waardoor beide uitgangspennen aan elkaar kunnen worden gekoppeld en op een enkele klem kunnen worden aangesloten. Analoge uitgangen zijn kortgesloten en beveiligd tegen een open circuit. De AD5755-1 bevat een geïntegreerde dynamische vermogensregeling met behulp van een DC/DC-boostconvertercircuit, waardoor het stroomverbruik in de stroomuitgangsmodus wordt verlaagd. De vier CHART-pennen komen elk overeen met een van de vier uitgangskanalen. Het HART-signaal kan aan deze pennen worden gekoppeld en verschijnt op de bijbehorende uitgang als die uitgang is ingeschakeld.

RS-485 transceiverkaart
De CN-0416 is een geïsoleerde en niet-geïsoleerde RS-485 transceiverkaart, die een eenvoudige implementatie van gegevensoverdracht tussen meerdere systemen of knooppunten mogelijk maakt, met name over lange afstanden. Het circuit maakt gebruik van de ADM2682E RS-485 transceiver voor geïsoleerde communicatie en de LTC2865 voor niet-geïsoleerde RS-485-communicatie. Beide kunnen worden geconfigureerd voor full-duplex of half-duplex en met open of afgesloten transmissielijnen. Het circuit heeft on-board RJ-45-aansluitingen, waarmee gemeenschappelijke CAT5-ethernetkabels kunnen worden gebruikt voor snelle fysieke bedrading van knooppunten. De afsluitweerstand is standaard ingesteld op de karakteristieke CAT5-kabelimpedantie van 100 Ω, maar kan worden geconfigureerd voor de standaard RS-485-kabelimpedantie van 120 Ω.

De ADM2682E is geschikt voor gegevenssnelheden tot 16 Mbps en heeft true fail-safe ontvangeringangen met een aangepaste differentiële spanningsdrempel. Deze levert 5kV-signaalisolatie met behulp van het iCoupler-gegevenskanaal en 5kV-spanningsisolatie met behulp van de geïntegreerde isoPower DC/DC-omvormer. De LTC2865 is geschikt voor gegevenssnelheden tot 20 Mbps en heeft full fail-safe ontvangeringangen. Een interne venstercomparator bepaalt de fail-safe-conditie zonder dat de differentiële ingangsspanningsdrempels hoeven te worden aangepast.