MAX22005可配置的模拟输入允许灵活的工业控制系统

文摘

本应用笔记提供信息帮助系统工程师开发极其精确,高度可配置的,多渠道工业模拟输入前端利用MAX22005。

介绍

灵活性和快速适应新的条件是最重要的一个功能,为成功地运行一个业务。这个表达式适用于工业和制造业类型的食品加工和纺织企业生产商汽车和火车制造商。

MAX22005是一个多通道、工业模拟输入设备,结合模拟前端(AFE)和高压保护和测量元件。MAX22005可以配置为12单端或六个差分输入通道,允许多达26个不同的配置,并将处理任何类型的传感器、电压或电流。MAX22005特性一个高性能、24位delta-sigma模拟-数字转换器(ADC)之间共享所有通道,如图1所示。

图1所示。MAX22005原理框图

图1所示。MAX22005功能框图。

本应用笔记提供了实例,利用MAX22005高度灵活的多通道工业投入通常发现在应用程序配置,比如可编程序逻辑控制器(PLC),可编程自动化控制器(PAC),或分布式控制系统(DCS)。

MAX22005输入三联体

MAX22005的12个输入通道可配置为12单端输入或6微分对。此外,MAX22005提供了一个独一无二的结合三个连续的输入被组合成一个三联体的更大的灵活性。MAX22005能够支持共有四个高度灵活的三胞胎,使用组合AI1-AI3, AI4-AI6 AI7-AI9, AI10-AI12。三胞胎接受工业信号水平从0 v±12.5 v单端模拟输入电压模式(AIVM)和微分AIVM±25 v。

和一个外部检测电阻RSENSE(通常在从50 ?250 ?),马马MAX22005接受0±25单端和马25±微分模拟输入电流模式(AICM)转换电流输入电压输入。可能有26配置用于整个芯片。图2显示了在MAX22005三胞胎地位。有多种可能的输入端口的配置,包括AI1-AI3三联体。

图2。MAX22005输入端口三胞胎

图2。MAX22005输入端口三胞胎

单端输入配置

单端输入配置允许最多12个输入端口。MAX22005特性> 1 g的高阻抗输入吗?允许一个单端配置工作AIVM和AICM模式而不影响测量精度。单端配置如图3所示。

图3。单端输入配置

图3。单端输入配置。

差分输入配置

差动输入允许精确测量而忽略压降在电线或共模电压,交易数量减少的输入通道。共模MAX22005允许范围从0 v±10 v。微分输入总数多达六个或八个多功能(又名三联体)配置。差动输入用于AIVM和AICM模式。差分输入连接的例子如图4所示。输出的电压传感器在图4中可以连接IN1和IN2或三机之间和IN3端口。

与两个差动电压输出电压传感器和单一常见,威科姆公司,如图4所示。与两个差动电压输出传感器与不同的常见的电压如图4 c。注意,计算电压的符号在图4 b是逆转。

图4 a, b, c。MAX22005 AIVM模式差动连接

图4 a, b, c。MAX22005 AIVM模式差动连接。

图4中的示例允许固定AIVM或AICM模式配置,这限制了系统设计的灵活性。MAX22005还允许多功能配置来解决这个问题。

多功能输入配置使用三胞胎

多功能AIVM之间配置允许系统选择和AICM模式使用软件。这是通过SPI的GPIO控制命令和外部通用模拟开关,等MAX14757。这意味着任何电压或电流输出输出的传感器可以连接到相同的输入端口的PLC或PAC没有重新布线,可以使用predeveloped固件与传感器工作。图5显示一个例子,一个电流输出传感器连接到MAX22005。图6显示了一个电压输出传感器连接到IN1和IN3输入端口。

图5。MAX22005与传感器输出的电流在多功能配置

图5。MAX22005与传感器输出的电流在多功能配置。

图6。MAX22005连接的电压输出传感器多功能配置

图6。MAX22005连接的电压输出传感器多功能配置。

在图5中,输入电流通过传感器R感觉电阻器和SW1切换到地面。它是测量不同AI1和AI2之间。模拟开关的导通电阻(罗恩)(SW1)并不重要,因为它是不包括在压降测量在R感觉。然而,推荐使用低漏电流开关,比如MAX14757或MAX14760这个应用程序。

除了当前的测量,该系统可以确定从AI1-AI3微分测量电压和功耗信息。可以使用一个低成本n-MOSFET开关,如2 n7002nxak Nexperia®。额外的瞬变电压抑制器(TVS)可能需要输入终端保护开关和电阻。

在图6中,SW1开关是关闭的,MAX22005措施虽然AI1-AI3微分测量电压的信息。

图7显示了一个额外的可能帮助两个不同类型的传感器。在这个例子中,输出的电流传感器IN1和地面之间的连接,而输出电压传感器可以连接IN3和地面之间。通过AI1-AI2微分输入电流测量,测量电压通过AI3单端输入。

图7。MAX22005三重态与电压和电流传感器

图7。MAX22005三重态与电压和电流传感器。

利用MAX22005和RTD温度测量

图8演示了一个实际的实现温度测量使用电阻温度检测器(RTD),利用一个三联体MAX22005。在这个例子中,RTD的励磁电流是由一个电流源使用MAX44250实现运算放大器和2.49 k ?精密电阻。

图8。MAX22005使用RTD温度测量

图8。MAX22005使用RTD温度测量。

REF_OUT MAX22005的内部参考电压,提供了一个2.5 v缓冲输出保持在2.49 k ?电阻器来创建一个1 ma电流RTD和2.49 k ?电阻。4可以连接到高压MAX22005,利用MAX44252四运算放大器。

RTD阻力可以通过方程计算1,温度可以由解决Callendar-Van Dusen方程方程2。

7413年eq01

地点:
VAI1-AI2之间的差分电压测量AI1和AI2投入。
VAI1-AI3是AI1和AI3输入之间的差分电压测量,代表RTD线路电压降。
VAI3是一个单端压降2.49 k ?电阻。

R (T) = R0 (1 + T + B××T2−100××C T3+ C T×4)

地点:
R (T) = RTD电阻在温度T (°C)
R0 = RTD阻力位在0°C

A, B和C常数是来源于实验确定参数和受IEC751标准。他们还必须由RTD制造商提供。

装Pt100温度阻抗和电阻温度系数= 0.003850,:

7413年eq01

一个= 3.90830×10(−3)B =−5.77500×10(−7)
C =−4.18301×10−12−200°C = T = 0°C
C = 0 0°C = T = + 850°C

验证结果与MAX22005评估板,MAX44250评估板,和侥幸®724年装Pt100温度校准器RTD模拟和表1所示。

表1。测量装Pt100仿真的结果
设定温度
(°C)
仅仅计算电阻
(?)
计算温度
(°C)
绝对误差
(°C)
800年 375.74 800.12 0.12
600年 313.84 600.41 0.41
400年 247.20 400.31 0.31
200年 175.93 200.20 0.20
One hundred. 138.63 100.33 0.33
50 119.52 50.32 0.32
0 100.18 0.46 0.46
50 80.46 49.61 0.39
One hundred. 60.41 99.62 0.38
200年 18.69 −199.61 0.39

MAX22005的完整实现

MAX22005的图9展示了实现工业控制系统,如PLC、DSC、或PAC。它说明了各种方式的最大22005是能够支持以下组合,以及许多其他电流传感器、电压传感器、和高压:

  • 四个电流传感器和两个或三个电线
  • 四个电压传感器和两个或三个电线
  • 多个组合上述场景。例如:
    • 三个电流传感器+一个电压传感器
    • 两个电流传感器+两个电压传感器
    • 一个电流传感器+三个电压传感器
  • 四个高压
  • 两个热电偶(TC) AI5 / AI6(获得/ AI12)有两个高压AI1, AI2, AI3 AI7, AI8, AI9测量冷端温度

图9。在工业控制系统完成MAX22005的利用率

图9。在工业控制系统完成MAX22005的利用率。

结论

工业品位传感器之间的连接方案和MAX22005多通道模拟输入允许构建精确的和具有成本效益的系统解决方案。MAX22005允许系统工程师开发高度可配置的和灵活的工业控制系统,以满足21世纪的挑战。