Незважаючи на широке розповсюдження цифрових мереж, аналогові канали передачі даних все ще використовуються. Цьому є кілька причин.
У системах промислової автоматики існує велика кількість розроблених і виготовлених багато років назад пристроїв, що використовують аналогові канали передачі даних. Це можуть бути датчики, виконавчі пристрої (клапани, насоси), а також пристрої реєстрації (самописці). Заміна цього обладнання йде повільно і вимагає дуже великих капіталовкладень. Крім того, переклад якого-небудь підприємства цілком на цифрові мережі означає одномоментну заміну практично всього обладнання та інформаційних кабельних мереж. Така масштабна реконструкція вимагає не тільки величезних коштів, але і зупинки виробничого процесу, що в багатьох випадках неприпустимо. Тому при створенні або модернізації технічних засобів АСУ ТП доводиться використовувати аналогові канали передачі даних для отримання інформації від датчиків і передачі управління на виконавчі механізми.
переваги
Основною перевагою використання в якості інтерфейсу передачі даних від датчиків струмової петлі 4 ... 20 мА є використання всього двох проводів для з'єднання з системою збору даних. Крім цього, на відміну від цифрових інтерфейсів, не потрібно додаткових апаратних і програмних засобів для реалізації стандартного протоколу обміну даними або додаткової настройки (наприклад, програмування адреси) при інсталяції.
Струм або напруга
Існують аналогові канали передачі даних по струму або по напрузі. З точки зору перешкодозахищеності передача струму більш краща. Однак на боці вимірювання, як правило, потрібна установка додаткового прецизійного резистора (для перетворення струму в напругу), який вносить додаткову похибку. Цей низькоомним резистор також може бути легко пошкоджений при короткому замиканні і / або відсутності схеми обмеження струму. При передачі напруги вимірювальний вхід зазвичай високоомний і може бути легко захищений від перенапруги. Він не вимагає додаткових елементів, що вносять похибку, проте похибка можуть вносити з'єднувальні дроти, що володіють опором. Частина напруги на них, на жаль, втрачається, і напруга на вимірювальній частині виявляється менше, ніж на передавальної. Для того щоб цього уникнути, використовується схема підключення, зображена на малюнку 1. Вона містить два додаткових дроти і дозволяє компенсувати паразитное падіння напруги.
Мал. 1. Чотирипровідна схема компенсації опору кабелів
У той же час використання аналогових інтерфейсів з інтелектуальними датчиками (в які вбудовуються мікроконтролери для попередньої обробки сигналу) або виконавчими пристроями з аналоговим інтерфейсом, управління якими повинен здійснювати цифровий контролер, вимагає застосування цифро-аналогового перетворювача. З огляду на, що в різних випадках можуть використовуватися як струмові, так і потенційні інтерфейси, для спрощення схеми і зменшення її вартості бажано вибирати мікросхему ЦАП, здатну без додаткових елементів забезпечувати обидва типи вихідних сигналів.
Така мікросхема спеціалізованого шестнадцатіразрядного цифро-аналогового перетворювача МАХ5661 (див. Рис. 2).
Мал. 2. Блок-схема включення ИС МАХ5661
Можливості мікросхеми різко виділяють її серед аналогічних пристроїв. Варто відзначити, що вона здатна формувати як струмові сигнали в діапазоні 0 ... 20/4 ... 20 мА, так і потенційні (в тому числі по 4-провідній схемі з компенсацією опору сполучних проводів) з амплітудою до ± 10 В, причому початковий зсув нуля не перевищує 0,1%, а повна похибка становить не більше 0,3% від повної шкали. Передатна характеристика ЦАП має гарантовану монотонність, що вкрай важливо для замкнутих регуляторів.
При конструюванні мікросхеми було прийнято рішення використовувати зовнішнє джерело опорного напруги 4,096 В. Це пов'язано з тим, що при роботі ЦАП температура кристала може значно змінюватися, що може зробити істотний вплив на параметри вбудованого ІОН і значно знизити точність системи в цілому. Така зміна температури особливо сильно проявляється на струмовому виході при високій напрузі харчування (яке може становити до 40 В) і малому опорі навантаження, оскільки в мікросхему вбудований вихідний транзистор перетворювача «напруга-струм». При малої розрядності ЦАП це не мало б великого значення, проте для 16-бітових систем перенесення джерела опорного напруги за межі основного кристала може значно поліпшити точності характеристики.
Ще однією перевагою описуваної ІС можна вважати використання для зв'язку з керуючим мікро контролером високошвидкісного (до 10 МГц) послідовного SPI / QSPI / Microwire-інтерфейсу, причому можливе послідовне включення декількох мікросхем (Daisy Chaining). Є вихід FAULT, який стає активним при короткому замиканні виходу напруги або обриві струмового петлі. Інформація про аварійний стан виходів також доступна і по послідовному інтерфейсу. Конфігурувати вихідні каскади мікросхеми можна програмно або за допомогою спеціальних входів, які з'єднуються з «землею» або з напругою живлення (+5 В ном.).
Мікросхема МАХ5661 також має два входи для асинхронного управління. Один з них - CLR - дозволяє або обнулити ЦАП, або завантажити заводський (визначається програмно). Інший - LDAC - дозволяє завантажити значення вхідного регістра даних. Обидва входи можуть бути використані для одночасного асинхронного управління декількома мікросхемами.
висновок
Аналогова передача інформації ще зберегла популярність в традиційно консервативної індустріальної області застосування. Це підтверджується тим, що виробники мікросхем продовжують пропонувати нові інтегральні рішення для її реалізації.
Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка -
e-mail: [email protected]
Про компанію Maxim Integrated
Компанія Maxim Integrated є одним з провідних розробників і виробників широкого спектра аналогових і цифро-аналогових інтегральних систем. Компанія була заснована в 1983 році в США, в місті Саннівейл (Sunnyvale), штат Каліфорнія, інженером Джеком Гіффорд (Jack Gifford) спільно з групою експертів зі створення мікроелектронних компонентів. На даний момент штаб-квартира компанії знаходиться в м Сан-Хосе (San Jose) (США, Каліфорнія), виробничі потужності (7 заводів) і ... читати далі