本文介紹如何使plc的設(shè)計和實現(xiàn)達(dá)到更高的效率和生產(chǎn)力，也討論了預(yù)期——滿足將來不斷增長的生產(chǎn)需要的系統(tǒng)的預(yù)期。本文介紹一款優(yōu)異的子系統(tǒng)參考設(shè)計alameda，該參考設(shè)計利用高效率的反激式變換器的電源提供四路高效、極高精度模擬輸出。通過部署alameda，自動化工廠將立即看到其plc系統(tǒng)生產(chǎn)力的大飛躍，提前滿足將來sm工廠的效率要求。
四路模擬輸出，無常見噪聲
過去，plc和dcs的模擬輸出參考系統(tǒng)專注于模擬性能；更高的效率和系統(tǒng)生產(chǎn)力往往被忽略。如果某個設(shè)計者試圖通過集成電源來提高系統(tǒng)效率，則仍然需要解決系統(tǒng)噪聲問題。
現(xiàn)在，有一種途徑既可實現(xiàn)四路高精度模擬輸出又可以解決噪聲問題：alameda (maxrefdes24#) 4通道模擬輸出子系統(tǒng)參考設(shè)計(圖1)。alameda具有四路高精度(<±0.1%)的靈活模擬輸出、一個高效率電隔離電源，以及自動故障檢測和過熱保護(hù)。完備的硬件和固件設(shè)計文件以及實驗室測量數(shù)據(jù)，能夠幫助快速設(shè)計原型及開發(fā)。
圖1. alameda子系統(tǒng)設(shè)計方框圖
元件數(shù)量較少，具有更大通用性
高度集成是這里的關(guān)鍵，集成提高了通用性、避免了噪聲問題，并且減少了器件數(shù)量。我們首先了解一下硬件(圖2)。
圖2. alameda參考設(shè)計電路板(maxrefdes24#)。
max5134四通道、16位、帶緩沖電壓輸出、高線性度dac是該系統(tǒng)的核心。器件具有4路通道、極低死區(qū)(最大0.02v)、滿擺幅輸出，所以無需dac負(fù)電源。器件提供電壓輸出，驅(qū)動四片max15500信號調(diào)理器的輸入。同時也要注意，dac輸出直接驅(qū)動調(diào)理器輸入，無外部元件，使得接口非常簡單。
每片max15500為單通道、低成本、高精度模擬電流/電壓輸出調(diào)理器，專為滿足plc及dcs要求而開發(fā)。信號調(diào)理器工作在±24v電源范圍，產(chǎn)生用戶可編程、單極性和雙極性、高精度電流或電壓輸出。電流輸出驅(qū)動高達(dá)1kω負(fù)載，電壓輸出驅(qū)動低至1kω的負(fù)載。max15500具有過流和短路保護(hù)，也監(jiān)測過熱和掉電情況，并提供全面的錯誤報告。
max6126超高精度電壓基準(zhǔn)驅(qū)動模擬輸出調(diào)理器和dac的基準(zhǔn)輸入，初始精度為0.02%，最大溫度系數(shù)(tempco)為3ppm/℃。
對于數(shù)據(jù)隔離，max14850對現(xiàn)場測和系統(tǒng)控制器側(cè)的數(shù)據(jù)通信進(jìn)行隔離。合成的電源和數(shù)據(jù)隔離為600vrms。
電源由隔離、寬直流輸入范圍、反激式變換器提供。峰值電流模式反激式控制器max17498b高效驅(qū)動隔離變壓器，支持+18v至+32v單直流電壓輸入，產(chǎn)生±24v和+8v輸出。max17498b電路的最高工作效率為85%。正確安裝的1000pf、2000v電容耦合兩個隔離地，同時仍然維持隔離，減小模擬輸出噪聲。max1659低壓差(ldo)線性穩(wěn)壓器將+8v輸出調(diào)節(jié)至+5v低噪聲輸出。整個系統(tǒng)只需要24v輸入作為電源。
針對lx9和zedboard平臺開發(fā)
alameda設(shè)計經(jīng)過lx9和zedboard平臺驗證。alameda具有簡單板載pmod兼容連接器，可連接至pmod兼容的現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)/微控制器開發(fā)板。目前提供這兩種平臺的項目文件、器件驅(qū)動器以及示例代碼。
性能測量
微分非線性(dnl)、積分非線性(inl)和總計不調(diào)整誤差(tue)是plc及其它過程控制系統(tǒng)的最重要技術(shù)指標(biāo)。max15500高度靈活、可配置，滿足不同應(yīng)用的需求。數(shù)據(jù)在+25℃下獲得。下圖中，由于編碼0至320在max5134的死區(qū)范圍(0至0.02v)，所以前320個dac編碼的dnl、inl和tue標(biāo)為0。
-10v至+10v電壓輸出模式、20%過量程下的dnl、inl和tue測量結(jié)果分別如圖3、4和5所示。單極性電壓(0至5v)，雙極性電流(-20ma至20ma)和單極性電流(0至20ma)的測量數(shù)據(jù)：
圖3. dnl，-10v至+10v輸出范圍，20%過量程。
圖4. inl，-10v至+10v輸出范圍，20%過量程。
圖5. 輸出誤差，-10v至+10v輸出范圍，20%過量程。
結(jié)論
工業(yè)4.0和智能制造倡導(dǎo)全新的第四代工業(yè)制造，這些概念代表現(xiàn)代化工廠提高生產(chǎn)力和效率的一個全新的21世紀(jì)。現(xiàn)在，alameda子系統(tǒng)的出現(xiàn)使得當(dāng)今的預(yù)期生產(chǎn)力和效率更加可行。alameda提供高性能模擬輸出和優(yōu)異的電源效率，適用于plc和dcs內(nèi)的io模塊；解決了相關(guān)的噪聲問題，并加快工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計。如開篇所述，alameda將對整個工廠的運營產(chǎn)生積極影響。