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使用4引脚或6引脚端子板的PLCDCS通用模拟输入

时间:2019-04-29 12:30阅读:

  图1所示电路提供两个16位全隔离式通用模拟输入通道,适用于可编程逻辑控制器()模块。两个通道均支持软件编程,以及多种电压、电流范围和热电耦、RTD类型,具体如图1所示。输入通道提供30 V直流过压条件保护。

  演示板含有两个不同的全隔离式通用输入通道,一个带(CH2),一个带(CH1)。对于(CH2),电压、电流、热电偶和RTD输入全部共用相同的4个端子,从而最大限度地减少了所需端子引脚的数量。对于6引脚端子板通道(CH1),电压和电流输入共用一组3个端子,热电偶和RTD输入共用另一组3个端子;这需要更多端子,但其器件数量较少,元件成本也较低。图2所示为PCB照片,图3所示为电路的详细原理图。

  AD7795低噪声、16位- ADC搭载片内仪表放大器和基准电压源,用于数据转换应用。片内仪表放大器和电流源为RTD和热电偶测量提供了一种完整的解决方案。对于电压和电流输入,AD8226仪表放大器(其CMR大于90 dB)用于提供高输入阻抗,抑制共模干扰。通过一个精密电阻分频器将电压和电流信号缩放至ADC的范围之内。

  ADR441是一款超低噪声、低压差XFET® 2.5 V基准电压源,用作ADC的基准电压源。

  对于4引脚端子板通道(CH2),使用ADG442、低RON防闩锁开关来在电压、电流、热电偶和RTD输入模式之间切换。

  数字和电源隔离采用ADuM3471实现,这是一款PWM控制器和变压器驱动器,搭载四通道隔离器,用于基于外部变压器产生15 V隔离式电源。ADuM1311三通道数字隔离器也用在4引脚端子板电路中,用于隔离ADG442开关的控制线 V降压DC-DC稳压器输入电源的容限较宽,是接受24 V工业电源的理想之选。最高可接受36 V电源,因而更有利于实现对电源输入进行可靠的瞬变保护。将输入电压降至5 V,以驱动ADuM3471以及所有其他控制端电路。电路在24V电源端还提供了外部保护功能。

  ADP2441还具有其他各种安全性/可靠性功能,如欠压闭锁(UVLO)、精确使能特性、电源良好引脚和过流限值保护。还可以在24 V输入、5 V输出配置中实现最高90%的效率。

  用24 V电源来驱动评估板的控制器端。也可使用5 V电源,旁路ADP2441电路。该5 V输入不具有任何过压保护功能,不得超过6 V。所用电源应通过J4链路选项进行配置,如表2所示。

  P12连接器用于电压和电流输入连接。图11和图12所示为该输入连接和配置的简化原理图。支持的差分输入范围为:0 V至5V、0 V至10V、5V、10 V、0 mA至20 mA、4 mA至20 mA和20 mA。在V1+和V1之间连接电压或电流输入,因为电流输入会同时把V1+和I1引脚短接在一起。结果连接一个249 精密电流检测电阻,其精度为0.1%,额定值为0.25 W。

  P12连接器也用于热电偶输入。可以连接多种热电偶类型,包括J、K、T和S。热电偶连接于V1+和V1-输入之间(图5)。下面的图6所示为将热电偶(例如,T型)连接到通用型模拟输入板的方法。热电偶输入的简化原理图见图13。

  P12、P13连接器用于RTD输入。硬件可以支持1000 和100 铂RTD输入。对于3线模式,两条共用线,回路连接至Vm(见图5)。下面的图7所示为将3线RTD传感器连接到通用型模拟输入板的方法。RTD输入的简化原理图见图14。

  P11连接器用于热电偶输入。可以连接多种热电偶类型,包括J、K、T和S。热电偶连接于V+和V-输入之间(图8)。下面的图9所示为将热电偶(此例为T型)连接到通用型模拟输入板的方法。

  P11连接器也用于RTD输入。硬件可以支持1000 和100 铂RTD输入。对于3线模式,两条共用线连接至V+和V,回路连接至Vm(见图8)。下面的图10所示为将3线RTD传感器连接到通用型模拟输入板的方法。

  通用模拟输入板附带一张CD光盘,其中含有用Labview设计的评估软件。可将该软件安装到装有Windows XP (SP2)、Vista(32位或64位)或Windows 7(32位或64位)的标准PC上。要使用评估软件,需要SDP-B(系统演示平台B版)。

  在评估软件运行时,来自板载EEPROM的优化默认配置以及校准参数将加载到软件中。评估软件允许用户通过通用模拟输入板采集数据,可以对该数据进行分析,也可将其保存到文件中。分析结果以坐标图和数字格式显示在屏幕上。用户可以设置自己的配置和校准值,将其保存到板载EEPROM中,软件会记录配置并在下次运行时自动上传。

  2. 在CD或下载的文件中找到Setup.exe文件。双击该文件,启动安装程序。

  请先安装评估软件,再将评估板和SDP板连接到PC的USB端口,确保PC能够正确识别评估系统和SDP板。安装完成后,

  软件主面板如图16所示。硬件通过Configuration(配置)选项卡进行配置,该选项卡分为三个子选项卡,分别处理不同的功能。Acquisition Result(采集结果)选项卡显示来自ADC的所有数据,并将结果转换成相关单位。Calibration(校准)选项卡允许用户对任何范围进行校准。有关已连接SDP板和软件的详情可在S/W Version Info(软件版本信息)选项卡中找到。

  Save Data(保存数据):将软件中显示的数据保存至文件,以便进一步分析使用。

  Hardware Configuration(硬件配置)子选项卡上的图片(见图17)展示的是所选输入的正确跳线设置方法和接线方法。为确保结果的正确性,硬件上的跳线设置应与图片相同。不同的输入选项列于下方:

  Circuit Type(电路类型):有两个完全隔离式通用模拟输入电路可供选择。“Type1- 6TB”:成本最低的解决方案,带6引脚传感器和信号连接端子;或者“Type2- 4TB”:一种更加紧凑的解决方案,只带4引脚传感器和信号连接端子。

  Input Signal Type(输入信号类型):评估板可以转换多类信号,包括电压、电流、热电偶和RTD。一旦选定,就必须选择所需范围的热电偶/RTD类型。

  Capture Mode(捕获模式):设置数据捕获方法。要么是单次捕获模式,即只捕获指定数量的采样。要么是连续捕获模式,即将连续捕获数据,直到用户停止采集为止。

  对于在硬件配置选项卡中选择的每一类输入信号范围,都会有相应的默认配置加载到通用模拟输入板中。本AD7795配置选项卡(见图17)支持更高级的配置,并且具有较大的灵活性,能够以不同于默认值的配置对板进行评估。

  该选项卡的使用要求掌握具体的AD7795寄存器、功能和硬件结构知识。配置不正确可能导致采集或运行错误。按钮Recover All (Current) range to Default(将全部(当前)范围恢复为默认值)用于恢复所选范围的默认配置。

  有一个板载温度传感器芯片ADT7310,在热电偶测量过程中,该芯片靠近端子板,以实现冷结补偿。一般情况下,会将默认配置加载到通用模拟输入板中。本ADT7310配置选项卡(见图18)支持更高级的配置,并且具有较大的灵活性,能够以不同于默认值的配置对板进行评估。该选项卡的使用要求掌握具体的ADT7310寄存器、功能和硬件结构知识。

  基于来自数据转换器的RAW数据以及通道配置和校准值,将结果转换成相关的单位。数据以波形图显示在该子选项卡中(见图19)。同时对数据进行分析,以提供采样数、均值、最小值、最大值、rms和峰峰值噪声以及rms和峰峰值分辨率。

  直接从ADC读取的采集数据以波形图显示在该子选项卡中。同时对数据进行分析,以提供采样数、均值、最小值、最大值、rms和峰峰值噪声以及rms和峰峰值分辨率。

  直方图选项卡(见图20)清楚地显示了已捕获的RAW ADC数据的分布情况。该图表可以用来评估噪声和采集稳定性。

  该软件同时为每一种输入信号和传感器类型提供了独立的校准参数。这样,用户就可以准确地校准系统失调和增益,以使系统实现高直流精度(见图21)。校准参数可以存储到板载EEPROM中,以便以后使用。完整的校准同时要求进行零电平校准和满量程校准。

  2. 应用Zeroscale Value(零电平值)中指定的正确输入信号,单击按钮Zero Calibrate(零校准)。按提示操作,完成零电平校准。

  3. 应用Fullscale Value(满量程值)中指定的正确输入信号,单击按钮Zero Calibrate(零校准)。按提示操作,完成满量程校准。

  校准参数将存入ADC的内部校准寄存器。只有当用户单击按钮保存至EEPROM时,新的校准值才会永久性地保存至EEPROM,并在下次选择该范围时加载。

  工厂默认校准值的副本存储在板载EEPROM中。单击Recover to Default(恢复默认值)按钮,所有校准值将恢复至工厂默认值。

  图22展示的是软件版本信息选项卡的图片。该选项卡提供有关已连接SDP板的信息。

  单击Flash LED(闪烁LED)按钮,结果将使SDP上的LED灯闪烁,同时表示SDP与评估板之间已成功建立连接。

  单击Read Firmware(读取固件)按钮,结果将读取SDP平台上的当前代码信息。

  HostCode Rev(主机代码修订号):用于开发固件的主机代码的版本号


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