Jste zde

Návrh PLC očima vývojáře – 7. část (Průmyslová sběrnice – příklady)

Jan Robenek, 6. Září 2010 - 6:50
per.jpg

S programovatelnými automaty se můžeme setkat prakticky na každém „průmyslovém“ kroku. Aby je však mohli jedni zapojit a obsluhovat, musí je druzí nejdříve vymyslet, navrhnout a odladit. A právě takovému tvůrčímu přístupu se nyní budeme věnovat. Zároveň také představíme celou řadu doporučených polovodičových řešení.

Transceiver, vyhovující standardům PROFIBUS DP s ESD ochranou ±35 kV

MAX14770E

Blokový diagram obvodu MAX14770E

Transceiver MAX14770E, určený pro aplikace s PROFIBUS DP, splňuje přísné požadavky standardu PROFIBUS když vykazuje vysoké, výstupní rozdílové buzení (více než 2.1 V) při zachování kapacity sběrnice na úrovni 8 pF. Drsným a navíc ještě prostorově omezeným podmínkám průmyslového prostředí vhodně nahrává vysoká ESD ochrana struktury MAX14770E (±35 kV, HBM), široký teplotní rozsah, poplatný automobilovému průmyslu, a také místem nemrhající, 8pinové pouzdro typu TQFN.

Základní výhody obvodu MAX14770E:

  • Jednoduché připojení do sítí PROFIBUS
    • Vyhovuje specifikaci PROFIBUS DP (EIA 61158-2, typ 3)
    • Teplotní rozsah pro nasazení v extrémních podmínkách (-40 °C až +125 °C)
  • Úspora místa
    • Miniaturní pouzdro typu TDFN s osmi vývody a rozměry 3 mm x 3 mm
  • Spolehlivost posílena nejvyšší ESD ochranou ve své třídě
    • ±35 kV pro model lidského těla (Human Body Model, HBM)
    • ±20 kV IEC 61000-4-2 (Vzduchová mezera)
    • ±10 kV IEC 61000-4-2 (Kontakt)
  • Popis obvodu MAX14770E na stránkách hw.cz 
  • Popis obvodu MAX14770E na stránkách výrobce 

Transceiver pro RS-485 s integrovaným zakončením zjednodušuje stavbu celého systému

MAX13450E / MAX13451E

Transceivery, určené pro RS-485, nabízí vše potřebné pro odolnou komunikaci v průmyslových podmínkách

Poloduplexní a také plně duplexní sítě RS-485, pracující s vysokými přenosovými rychlostmi, musí mít své přenosové linky na obou koncích vhodně zakončeny aby tak minimalizovaly odrazy z titulu nepřizpůsobeného zakončení (impedance). Právě zmíněné zakončení přitom obvykle řešíme diskrétními rezistory, umístěnými buď v samotném zařízení nebo také externě (na linkách) v souvislosti s obvody koncových bodů. V aplikacích s RS-485 se nejčastěji setkáváme s přenosovými linkami a jejich 120 Ω, ikdyž poslední dobou začaly do popředí spolu s Ethernetovými kabely vystupovat i 100 Ω linky. Nové transceivery typu MAX13450E / MAX13451E, určené pro RS-485, již proto nevyžadují vnější odporová zakončení – na svém čipu totiž mají k dispozici pinově volitelné rezistory s odporem 100 Ω / 120 Ω. Vestavěný převod logických úrovní (pin VL) zase nabízí vzájemnou kompatibilitu v systémech se smíšeným napětím.

Základní výhody obvodů MAX13450E / MAX13451E:

  • Rozhraní pro flexibilní konfigurace, podporující celou řadu zařízení; snížení skladových položek
    • Pinově volitelné zakončovací rezistory s odporem 100 Ω / 120 Ω snižují počet vnějších součástek
    • Pinově volitelné omezení rychlosti přeběhu pomáhá zlepšit otázku EMI
    • Pin VL (již od 1.62 V) podporuje rozhraní v systémech se smíšenými napěťovými úrovněmi
  • Integrované ochrany jako ideální protiútok v nepříznivých podmínkách
    • Teplotní shutdown na +150 °C
    • Zajištěno proti selhání (Fail – safe)
    • Vysoká ochrana proti ESD, ±30 kV (HBM)
  • Robustní provedení, teplotní rozsah -40 °C až +125 °C
  • Chybový výstup, upozorňující uživatele na zkrat

Izolovaný transceiver pro RS-485 aneb vše na jednom místě

MAX3535E

Blokový diagram obvodu MAX3535E. Izolační bariéra je vyznačena čárkovaně.

V nepříznivých podmínkách se mohou mezi vzdálenými subsystémy běžně vyskytovat poměrně vysoká, souhlasná napětí. Z tohoto důvodu zařazujeme mezi základní desku PLC systému a průmyslovou sběrnici (Fieldbus) galvanické oddělení. Maxim v této věci nabízí RS-485 transceivery s integrovanou bariérou, založenou na kondenzátorech, transformátorech nebo optickém prostředí. V případě obvodu MAX3535E pak hovoříme o aplikacích, vyžadujících galvanické oddělení až do ±2500 V. Zapracováním celé řady podpůrných struktur a také nezbytných ochran v čele s detekcí narušení izolační bariéry vznikla možnost jednoduchého nasazení, např. v rámci polovičního duplexu vícebodové sítě, vystavěné na RS-485. Integrovaný obvod rovněž nabízí posílenou ESD ochranu proti výbojům až do ±15 kV.

Základní výhody obvodu MAX3535E:

  • K zajištění galvanického oddělení nevyžaduje vnější izolační struktury
    • Vestavěné, vysokonapěťové kapacity řeší izolaci sběrnice RS-485 (2500Vrms)
  • Vysoká ESD ochrana až do ±15 kV
    • Provoz v rozsahu od 3.0 V až do 5.5 V, podpora multinapěťových systémů

Transceivery RS-485, chráněné pro případ poruchy, definují ještě větší míru odolnosti

MAX13448E, MAX3440E–MAX3444E, MAX13442E / MAX13443E / MAX13444E, MAX3430

Rodina obvodů, určených pro podporu RS-485, nabízí vysokou míru integrace; šetří tak místo na desce plošného spoje včetně vynaložených nákladů.

V případě zapojení, ve kterých stejným kabelem zajišťujeme jak napájení tak i přenos dat, vzniká prostor pro nejrůznější poruchy, zkraty a také přechodové děje na komunikační lince. Rodina transceiverů pro RS-485 (MAX13448E, MAX13442E, MAX3430 a MAX3440E) proto zajišťuje ochranu pro případ poruchy a to až do ±80 Vdc.

Základní výhody řešení od Maximu:

  • Vestavěné, ochranné prvky; další snížení zastavěné plochy (až o 25 %)
  • Nejvyšší míra ochrany pro integrované transceivery
    • V případě poruchy chráněno až do ±80 Vdc
  • Flexibilní konfigurace, rozhraní s více systémy
    • Napájecí rozsah 3.3 V až 5 V, podpora plného i polovičního duplexu v rámci RS-485
  • Vysoká míra integrace, jednoduchá soupiska použitého materiálu
    • Omezení rychlosti přeběhu podporuje bezchybný přenos dat
    • Poctivě zabezpečená činnost
    • Hot-swap
  • ESD ochrana až do ±15 kV (HBM)

Nejmenší transceivery svého druhu, určené pro RS-485

MAX13485E/MAX13486E, MAX13430E–MAX13433E

Blokový diagram obvodů

S neustálým zmenšováním velikosti průmyslových modulů bude rovněž potřeba zmenšit rozměry plošného spoje i osazených čipů. V praxi to pak znamená omezení tradičních pouzder typu SO, SSOP či PDIP. Maxim na tyto potřeby zareagoval uvedením plnohodnotné rodiny transceiverů, určených pro RS-485, v nepatrných pouzdrech μDFN / TDFN se zapracovanými vlastnostmi, snižujícími požadavky na zastavěnou plochu, rozpisku materiálu a tudíž i cenu.

Zapouzdřením ve stylu μDFN obvody MAX13485E ušetří ve srovnání s konkurencí více než polovinu zastavěné plochy

Základní výhody obvodů MAX13485E / MAX13486E:

  • Nejmenší rozměry, kompaktní návrh
    • Miniaturní, 8vývodové pouzdro typu μDFN s rozměry 2 mm x 2 mm
  • Vysoká míra integrace
    • Možnost manipulace za chodu (Hot Swap), ošetření chybných změn stavu během náběhu napájecího napětí nebo vkládání za provozu
    • Propracované omezení rychlosti přeběhu podporuje bezchybný přenos dat
    • Nízkopříkonové režimy shutdown snižují spotřebu během stavů nečinnosti

Základní výhody obvodů MAX13430E – MAX13433E:

  • Nejmenší rozměry, kompaktní řešení
    • Miniaturní, 10vývodová pouzdra TDFN / μMAX® o rozměrech 3 mm x 3 mm
  • Flexibilní konfigurace, podpora celé řady aplikací včetně jejich rozhraní; snížení počtu skladových položek
    • Napájecí napětí v rozsahu 3 V až 5 V, není vyžadováno 5 V napájení
    • Rozhraní s nízkonapěťovou logikou definuje pin VL (již od 1.62 V), výhodné pro FPGA (Field-Programmable Gate Array) či ASIC (Application-Specific IC).
    • Propracované omezení rychlosti přeběhu podporuje bezchybný přenos dat
    • Nejodolnější ESD ochrana svého druhu: ±30 kV (HBM)

Pokročilý UART (SPI / I2C) podporuje funkčnost včetně flexibility celého systému a ještě snižuje zatížení použitého mikrokontroléru

MAX3107

Obvod MAX3107 v rámci polovičního duplexu RS-485

Sériový UART MAX3107 zajišťuje spojení mezi SPI či I2C a asynchronním komunikačním rozhraním typu

  • RS-485,
  • RS-232,
  • PROFIBUS DP nebo také
  • IrDA®.

Sítě, založené na RS-485 nebo PROFIBUS DP pracují s tak vysokými rychlostmi přenosu dat, že je spousta UARTů, zapracovaných v současných mikrokontrolérech, jednoduše nemůže podporovat. My však požadavkům vysokorychlostních aplikací rozumíme, přičemž vyžadujeme pouze jednoduchý host kontrolér. K dispozici máme 2x 128wordové FIFO včetně integrovaného oscilátoru.

Základní výhody obvodu MAX3107:

  • Snížení ceny vysokorychlostních komunikačních rozhraní
    • 2x FIFO (128 byte)
    • Automatické řízení
    • Vysokorychlostní provoz, max. 24 Mbps
  • Vysoká míra integrace
    • Vestavěný oscilátor, obvod nevyžaduje za každou cenu vnější krystal
  • Prakticky neomezené možnosti v otázce generování přenosové rychlosti
    • Vestavěná dělička, smyčka PLL a Fractional Baud-rate Generator
  • Podpora vysoké hustoty a tudíž i kompaktních rozměrů PLC zařízení
    • Miniaturní pouzdro TQFN, 24 vývodů, rozměry 3.5 mm x 3.5 mm; standardní pouzdra SSOP

Příště se krátce zmíníme o digitálních vstupech / výstupech.

Použitá literatura:

Download a odkazy:

 

 

Hodnocení článku: