评估和设计支持
电路评估板
cn－0414电路评估板（eval－cn0414－ardz）
cn－0418电路评估板（eval－cn0418－ardz）
cn－0416电路评估板（eval－cn0416－ardz）
adalm－uartjtag板
arduino尺寸开发平台（eval－adicup3029）
设计和集成文件
plc／dcs wiki用户指南
原理图、布局文件、物料清单、软件
电路功能与优势
可编程逻辑控制器（plc）和分布式控制系统（dcs）被用于监测和控制工业自动化应用中的智能（支持hart）和模拟现场仪器仪表。
图1所示的电路是一个简单的dcs系统，由一台主机、一个单节点、两个4通道隔离模拟输入板和两个4通道隔离模拟输出板组成，这些板由arduino尺寸基板在本地管控。rs－485收发器连接至pc或其他主机，如此，用户可以使用modbus协议与节点交换数据。
模拟输入数据从本地读取，通过使用行业标准modbus协议的串行接口提供，确保在一系列软件应用和库中，保证数据完整性和可兼容性。同样地，模拟输出通过向modbus寄存器写入来置位，然后被转换为模拟电压或电流信号。
每个节点可以支持4个模拟输入和输出板的组合。如图2所示，最多16个节点的多节点系统在设计时，可以使用提供的硬件和软件基础架构。该电路支持点对点hart通信，可以扩展为多分转站hart网络，在同一通道上集成多个hart器件。
每个板（4个一组）的模拟输入和模拟输出都实施电气隔离，模拟输入支持开路检测，简化了故障检测和诊断过程。在严峻的工业自动化环境中使用时，这些功能可以增强可靠性和耐用性。
图1．plc（或单节点dcs）modbus系统功能框图
图2．多节点dcs modbus系统功能框图
电路描述
该应用侧重于展示受modbus主机管控的plc／dcs系统的开发，并且通过示例说明如何使用重要组件的最新功能。单节点系统通常被称为plc，更大型的系统则通常被称为dcs。
每个节点可以管控多达16个模拟现场器件、传感器或驱动器（兼容hart或仅支持模拟），系统可以扩展，最多包含16个单独的节点。该系统也可用于通用精密模拟数据采集应用，例如仪器仪表、模拟数据记录，或测试和测量。
plc／dcs拓扑
支持多个连接拓扑。在单节点（plc，或单节点dcs）系统中，主机可利用micro－usb电缆，直接连接至eval－adicup3029平台板的usb串行端口，非常适合要求主机和节点之间距离小于2米的实验室测试和测量应用。
在这个点对点拓扑中，电路板四个一组的模拟输入和输出仍然与主机保持隔离。虽然一般来说与实验室设备不相关，但modbus协议提供一种方便、标准的与节点通信的方法。hart连接支持对智能传感器和驱动器实施配置。
主机和节点之间的距离增大到2米以上时，信号完整度、噪音拾取和电气故障会成为更严重的隐患。在这些情况下，eval－cn0416－ardz为主机提供可靠的rs－485连接。在单节点、点对点系统中，支持在1 km以上距离中进行全双工或半双工通信，具体由波特率决定。
对于多节点系统（称为dcs更加合适），eval－cn0416－ ardz提供菊花链端口，支持可切换的半／全双工操作和可切换的端电极，因此系统可以集成2到16个节点。
因为modbus被用作串行通信协议，以通过串行链路，在器件之间发送信息，因此无论规模大小，都可以实现简单、可靠且耐用的系统。plc／dcs应用的硬件协议栈包含三个不同的参考设计。
模拟输入板
图3所示的cn－0414用于测量4个全差分信号，或者测量8个单端电压和4个电流信号。该电路的核心是ad4111低功耗、低噪声24位σ－δ模数转换器（adc），集成了±10 v和20 ma模拟前端。
其电压输入支持最高±10 v的输入范围。ad4111具有独特的特性，支持在±10 v电压输入上进行开路检测，同时采用5 v或3．3 v单电源供电，而之前的解决方案一般都需要大于±10 v的电源。
电流输入支持0 ma至24 ma输入范围。电路的输入阻抗为250 ω（ad4111内部为60 ω），所有输入都以绝缘接地为基准。电流输入上需要250 ω输入电阻，以使符合hart要求的ad5700－1调制解调器可与ad4111配合使用。
电路的模拟前端ad4111和ad5700－1通过adum5411和adum3151与处理侧隔离，相比基于分立式变压器的解决方案，能够节省大量空间。
cn－0414板由9．5 v至36 v直流电源供电，这在工业自动化系统中非常典型，因此能够轻松集成到您的系统之中。
图3．模拟输入板
模拟输出板
图4所示的cn－0418是一款4通道电压和电流输出板，以具备动态功率控制功能的ad5755－1 dac为基础构建。
此电路提供4 ma至20 ma电流输出，以及单极性或双极性电压输出（±10 v）。此板还配有ad5700－1 hart调制解调器，提供完整的支持hart连接的模拟输出解决方案。 同时还包括外部瞬变保护电路，这对恶劣工业环境中的应用极其重要。
电流输出和电压输出通过独立引脚提供，一次仅一个输出处于有效状态，因而允许将两个输出引脚连在一起并接到单个端口上。模拟输出受短路和开路保护。
ad5755－1集成基于dc－dc升压转换器电路的动态电源控制功能，在电流输出模式下可降低功耗。
ad5755－1有四个chart引脚，分别对应于四个输出通道。hart信号可以耦合至这些引脚，并出现在对应的输出端（如果该输出已使能）。
图4．模拟输出板
rs－485收发器板
图5所示的cn－0416是一款隔离和非隔离式rs－485收发器板，能够在多个系统或节点之间轻松实施数据传输，尤其是在长距离下。
该电路使用adm2682e rs－485收发器来进行隔离通信，使用ltc2865 rs－485来进行非隔离通信。 这两种器件都可以配置进行全双工或半双工操作，具备开路或端接传输线。
该电路采用板载式rj－45插孔，因此能够使用常用的cat5以太网电缆，快速和节点物理连接。端电极电阻被默认设置为cat5电缆的特性阻抗100 ？，但在配置之后，可以支持标准rs－485电缆的120 ？阻抗。
adm2682e的数据速率可以达到16 mbps，提供真正安全的接收器输入和经过调整的差动电压阈值。它使用icoupler数据通道，提供5 kv信号隔离，利用isopower集成式dc－dc转换器，提供5 kv电源隔离。
ltc2865的数据速率可以达到20 mbps，提供真正安全的接收器输入。由一个内部窗口比较器确定安全状况，无需调节差动输入电压阈值。
图5．rs－485收发器板

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