如何設(shè)計(jì)與現(xiàn)場總線無關(guān)的智能工廠傳感器

如果您即將開始設(shè)計(jì)智能工廠傳感器，您需要確保能夠盡可能快速有效地完成設(shè)計(jì)，同時(shí)最大限度地增加可以使用它的客戶數(shù)量。本博客介紹了智能工廠傳感器（溫度和壓力）的設(shè)計(jì)理念，無論工廠過程中使用的現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)類型如何，都可以與PLC通信。

溫度傳感器傳感器 – 有哪些選項(xiàng)？

最常見的溫度傳感器是2線、3線和4線電阻溫度檢測器（RTD）、熱電偶和熱敏電阻，每種傳感器都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。如果您有時(shí)間，有多種信號調(diào)理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器IC供您選擇，以構(gòu)建和調(diào)試自定義模擬前端（AFE），

有沒有更快的方法來扭轉(zhuǎn)我的設(shè)計(jì)？

如果時(shí)間緊迫，完全集成的AFE，如 AD7124或AD4130 Σ-Δ型ADC（集成PGA），可能是更好的選擇。假設(shè)您正在為需要熱電偶的應(yīng)用設(shè)計(jì)傳感器。在這種情況下，MAX31855為即用型熱電偶數(shù)字轉(zhuǎn)換器IC（也執(zhí)行線性化）和冷端補(bǔ)償。如果計(jì)劃使用基于RTD的傳感器，可以考慮使用MAX31865 RTD轉(zhuǎn)數(shù)字IC。假設(shè)您沒有時(shí)間研究不同的傳感器類型，只想設(shè)計(jì)一個(gè)傳感器來快速準(zhǔn)確地提供數(shù)字溫度讀數(shù) - 在本例中為MAX31875或ADT7420數(shù)字溫度傳感器 IC 是理想的“一站式”解決方案。它們將傳感器、AFE 和線性化器集成到單個(gè)封裝中，通過 I 連接到微控制器2C. 圖 1 說明了其中每個(gè)選項(xiàng)。

圖1 –備用溫度傳感器信號鏈

壓力傳感器呢？

應(yīng)變片和稱重傳感器通常用于在壓力傳感器中產(chǎn)生電信號，方便的是，您也可以將AD7124和AD4130 AFE與它們一起使用?；蛘撸绻胂⒖刂破鞯拈_銷，可以使用 ADA4558 橋式信號調(diào)理器 IC 來處理線性化（圖 2）。

圖2 –備用壓力傳感器信號鏈

傳感器傳統(tǒng)上是如何連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的？

通常，傳感器設(shè)計(jì)為使用單個(gè)現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。但是，這種方法要求您在傳感器本身內(nèi)部包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口 IC，這大大增加了其成本，同時(shí)將傳感器的市場限制在使用該協(xié)議的客戶中。將傳感器定位到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)意味著使用不同的接口 IC 重新設(shè)計(jì)傳感器需要花費(fèi)成本高昂且耗時(shí)。此外，診斷功能的數(shù)量和類型因網(wǎng)絡(luò)類型而異（有些根本沒有），因此，根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)協(xié)議，客戶可能難以在安裝后維護(hù)傳感器并識別其出現(xiàn)的任何性能問題。因此，設(shè)計(jì)傳感器時(shí)能夠在任何工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上工作更有意義，因?yàn)樗梢越档统杀?，同時(shí)拓寬市場。

如何使我的傳感器“與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)”？

您可以使用 IO-Link 來實(shí)現(xiàn)此目的，IO-Link 是一種 3 線工業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，旨在將傳感器和執(zhí)行器與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)連接起來。在IO-Link應(yīng)用中，收發(fā)器充當(dāng)運(yùn)行數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的微控制器的物理層接口，同時(shí)支持?jǐn)?shù)字輸入和輸出（高達(dá)24V）。使用 IO-Link 的優(yōu)勢在于它承載四種不同類型的傳輸 -?處理數(shù)據(jù)、值狀態(tài)、設(shè)備數(shù)據(jù)和事件。這些可以標(biāo)記傳感器是否出現(xiàn)故障并允許快速定位。MAX14828為低功耗、IO-Link器件收發(fā)器，采用（4mm x 4mm）24引腳TQFN封裝和（2.5mm x 2.5mm）晶圓級封裝（WLP），工作在-40°C至+125°C擴(kuò)展級溫度范圍。

IO-Link 設(shè)備收發(fā)器如何與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信？

IO-Link 器件收發(fā)器（通過電纜）與 IO-Link 主站通信，IO-Link 主站通過協(xié)議接口 IC（如用于工業(yè)以太網(wǎng)的 ADIN2299）連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。MAX14819A為低功耗、雙通道、IO-Link主收發(fā)器，帶有傳感器/執(zhí)行器電源控制器，完全符合最新的IO-Link和二進(jìn)制輸入標(biāo)準(zhǔn)和測試規(guī)范、IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。

審核編輯：郭婷