デジタル入力モジュール

PLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)、PAC(プログラマブル・オートメーション・コントローラ)、DCS(分散制御システム)向けI/Oモジュール:デジタル入力 システム・ブロック図

設計上の考慮事項

I/O モジュールは、PLC(プログラマブル・ロジック・コントローラ)、PAC(プログラマブル・オートメーション・コントローラ)、DCS(分散制御システム)などの最終製品で使用される、産業用制御システムのブロックとして組みたてられます。デジタル入力モジュールは、近接スイッチ、リミット・スイッチ、押しボタン・スイッチなどの多様なセンサからデジタル入力信号をキャプチャし、測定します。一般的な入力は 0~24V で、許容誤差は最大 30V です。

シグナル・チェーン

PLC デジタル入力(DI)モジュールで使用される DC センサからの信号は一般的に電圧が高く、通常はシフト・レジスタに送られてシリアライズされる前に、オプトカプラで絶縁されます。その代わりに、デジタル入力シリアライザを使用して、多数のデジタル入力をシリアライズすることができます。これにより、PLC I/O モジュール内のチャネル密度が高くなります。多数のシリアライザをデイジー・チェーン接続するには、絶縁は SPI インターフェイスに限定されます。高電圧を検出したり、電流限界の調整やデバウンス時間をプログラムする利点も提供されます。これらの製品に統合された他の機能には、温度検出や電圧レギュレーションがあります。

プロセッサ

その上、開発プラットフォームやソフトウェア・ツールが、市場への投入期間を短縮するために必要です。イーサネット・ポートや UART から、シンプルな SPI ポートまで、幅広い接続オプションが必要とされます。イーサネットを使用すると、フィールド・デバイスを企業ネットワークに統合することができます。ほとんどの産業用制御アプリケーションでは、多数のデジタル I/O と統合機能を備えた、シンプルで低コストな PLC が必要になります。これらの機能には、障害診断、ウォッチドッグ・タイマ、低消費電力、複数の SPI ポート、UART、ADC などの内蔵アナログ・ペリフェラル、DAC と同等の機能を備えた PWM 出力が含まれます。MCU(マイコン・ユニット)は、これらのアプリケーションに最適です。ロジック、PID 制御、モーションなど、複数の機能ドメインを処理するために、機能を最大限に発揮し、より高速なループ速度と一緒に、高度なアルゴリズムを必要とするアプリケーションでは、より高性能な MPU(マイクロ・プロセッシング・ユニット)が必要になります。

産業用アプリケーションでは、多数の通信オプションをサポートする必要があります。多くの TI 製プロセッサには、これらの通信規格に対して真にプログラマブルなアプローチをサポートできるようリアルタイム・プロセッシング・ユニット(PRU)が搭載されています。これ以外にも、ARM アーキテクチャは、実行が厳しい機能に必要な性能と低消費電力を提供します。

インターフェイス

フィールド・バスには、シリアル(RS-485、DeviceNet、Profibus、CAN など)およびイーサネット・ベース等、選択肢が多数存在します。延長できるケーブル長や、断線をデバッグできる診断機能は、システム設計者にとって非常に有用です。インターフェイス・トランシーバにデジタル・アイソレータを内蔵することは、ボードの実装面積を削減する上で非常に望ましいです。さらに、入力(または入力シリアライザ)とコントローラ間のインターフェイスは、オプトカプラまたは容量性テクノロジーを使用して組み立てられた TI アイソレータのいずれかを使用してデジタル絶縁することができます。

電源

過渡応答や接地ループから保護するため、センサに接続されているフィールド側が、制御側から電気的に絶縁されます。設計は、DC-DC コンバータやディスクリート・コンポーネントを使用して性能向上やコスト削減をしたり、あるいはモジュール型の絶縁 DC-DC コンバータを使用するなどのカスタマイズができます。他の考慮事項として、高効率や小型パッケージによる高集積化が挙げられます。入力範囲の大きい DC-DC コンバータを使用すると、電源の過渡現象から保護することができます。

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技術資料

アプリケーション・ノート

アプリケーション・ノート (2)

タイトル 種類 サイズ (KB) 日付 英語版
PDF 53 KB 2019年 2月 4日
PDF 108 KB 2018年 3月 14日

技術記事

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