Diseño de referencia del sistema de E/S analógicas

ADI presenta la aplicación que se centra en demostrar el desarrollo de un sistema PLC/DCS controlado por un Modbus maestro y ejemplifica cómo se utilizan las funciones más recientes de los componentes clave. Un sistema de un solo nodo a menudo se denomina PLC, mientras que un sistema más grande a menudo se denomina DCS. Cada nodo puede controlar hasta 16 dispositivos de campo analógicos, sensores o actuadores, ya sea compatibles con transductores remotos direccionables de carretera (HART) o solo analógicos, y los sistemas se pueden extender para incluir hasta 16 nodos individuales. El sistema también se puede utilizar para aplicaciones de adquisición de datos analógicos de precisión de uso general, como instrumentación, registro de datos analógicos o pruebas y mediciones.

Placa de entrada analógica
El CN-0414 está diseñado para medir cuatro voltajes totalmente diferenciales u ocho de un solo extremo y cuatro señales de corriente. El corazón del circuito es un convertidor analógico a digital (ADC) Σ-Δ de baja potencia y bajo ruido de 24 bits con front-ends analógicos integrados de ±10 V y 20 mA. Las entradas de voltaje admiten un rango de entrada de hasta ±10 V. El AD4111 incorpora una función única que permite la detección de cables abiertos en entradas de voltaje de ±10 V mientras funciona con una fuente de alimentación única de 5 V o 3,3 V. Las soluciones anteriores normalmente requerirían un suministro superior a ±10 V.

Las entradas de corriente admiten rangos de entrada de 0 mA a 24 mA. La impedancia de entrada del circuito es de 250 Ω (60 Ω interna para el AD4111), con todas las entradas referenciadas a tierra aislada. La impedancia de entrada de 250 Ω en las entradas de corriente es necesaria para hacer que el módem compatible con HART AD5700-1 funcione junto con el AD4111.

El front-end analógico del circuito, el AD4111 y el AD5700-1 están aislados del lado del procesamiento a través de ADuM5411 y ADuM3151 para ofrecer ahorros de espacio significativos en comparación con soluciones discretas basadas en transformadores. La placa CN-0414 está alimentada por una fuente de alimentación de 9,5 V_CC a 36 V_CC que es típica de los sistemas de automatización industrial, lo que facilita a los clientes adaptarla a sus sistemas.

Placa de salida analógica
El CN-0418 es una placa de salida de voltaje y corriente de cuatro canales basada en el convertidor digital a analógico (DAC) AD5755-1 con control de potencia dinámico. Este circuito proporciona salidas de corriente de 4 mA a 20 mA, así como salidas de voltaje unipolar o bipolar (±10 V). La placa también incluye el módem HART AD5700-1, para proporcionar una solución de salida analógica completa con conectividad HART. También se incluyen circuitos de protección contra transitorios externos, lo cual es importante para aplicaciones ubicadas en entornos industriales rigurosos.

Las salidas de corriente y voltaje están disponibles en pines separados, pero solo uno está activo a la vez, lo que permite que ambos pines de salida se unan y se conecten a un solo terminal. Las salidas analógicas están protegidas contra cortocircuitos y circuitos abiertos. El AD5755-1 contiene control de potencia dinámico integrado que utiliza un circuito convertidor elevador de CC a CC, lo que permite reducir el consumo de energía en el modo de salida de corriente. Tiene cuatro pines CHART correspondientes a cada uno de los cuatro canales de salida. La señal HART se puede acoplar a estos pines y aparece en la salida correspondiente si esa salida está habilitada.

Placa de transceptor RS-485
El CN-0416 es una placa de transceptor RS-485 aislada y no aislada, que permite una fácil implementación de la transmisión de datos entre múltiples sistemas o nodos, especialmente a largas distancias. Un sistema de un solo nodo a menudo se denomina PLC, mientras que un sistema más grande a menudo se denomina DCS. Ambos pueden configurarse para operación de dúplex completo o medio dúplex y con líneas de transmisión abiertas o terminadas. El circuito tiene conectores RJ-45 integrados, que permiten el uso de cables Ethernet CAT5 comunes para el cableado físico rápido de los nodos. La resistencia de terminación se establece de manera predeterminada en la impedancia característica del cable CAT5 de 100 Ω, pero se puede configurar para admitir la impedancia de cable estándar RS-485 de 120 Ω.

El ADM2682E es capaz de una velocidad de datos de hasta 16 Mbps y tiene verdaderas entradas de receptor a prueba de fallas con un umbral de voltaje diferencial ajustado. Proporciona aislamiento de señal de 5 kV utilizando el canal de datos iCoupler y aislamiento de potencia de 5 kV utilizando el convertidor de CC a CC isoPower integrado. El LTC2865 es capaz de una velocidad de datos de hasta 20 Mbps y tiene entradas de receptor a prueba de fallas completas. Un comparador de ventana interno determina la condición a prueba de fallas sin la necesidad de ajustar los umbrales de voltaje de entrada diferencial.