跟着摩登工业汇集逐渐支柱进步答应，工场车间的传感器达成长途及时监控和装备成为也许，令临蓐停机时候大幅缩短。然而，将传感器和实践器邻接至安设了过程掌握器的
譬喻窜改临蓐工艺，必要将数字输出(DO)电压驱动的阀门改为运用4-20mA模仿输出(AO)电流的阀门，技能职员必需正在接线柜中改线。通过将线途接至分别的IO模块，或者退换IO卡（假使运用机架式模块的话），将阀门邻接从DO通道移到AO通道。假使数字输入(DI)传感器必需换成模仿输入(AI)，也会展现近似情状。
固然主动化工程师会正在新工艺的调试阶段拣选IO模块，便于具有足够的通道（愿意必定冗余），但跟着时候推移，络续增补的传感器和实践器意味着可用的备用通道越来越少，也许导致没有足够的特定类型通道来应对后续升级改制。假使没有可用的AI通道，那么备用DI对必要AI通道的技能职员来说也没众大用途。正在一个线途稠密的接线柜内，乃至也许无法增添一个新的（且本钱昂扬的）IO模块。当分别的IO通道类型必要按期从新校准时，手动干扰和干系的临蓐停机时候会大幅增补。
以是，工艺主动化工程师往往指望有一个通用的IO通道，能够长途装备（和校准），轻易实践任何信号类型（模仿或数字）的任何性能（输入或输出、电压或电流），而无需技能职员正在接线柜中操作。
接下来，ADI将回头工业境遇中运用传感器和实践器信号的首要个性，并向您先容一种新的参考打算——运用经出厂校准、可长途装备的通用IO模块，来实在提拔接线柜的事情效用，加快饱动工业主动化过程。
DI和DO信号凡是是0-24V限度内的直流电压。DI用于检测离散液位、方向检测或指示按钮开合的形态。DO用于驱动电机、实践器和电磁阀。这些产物供给众种装备（高端、低端和推挽），的确取决于负载的参考格式，驱动电流是首要规格参数，限度从数百毫安到数安不等。
模仿IO信号能够是4-20mA电流，或者凡是介于0-10V之间的直流电压（纵然可运用双极选项和更宽的电压限度）。AI接纳来自传感器的信号，用于无误衡量隔绝、压力、光彩等量值，而AO则用于无误掌握实践器的搬动和地方。
正在工业境遇中，温度衡量首要运用两种传感器中的一种来实行，分裂是热电偶(TC)或具有2-3线线变体的电阻-温度检测器(RTD)。与RTD比拟，热电偶结壮耐用、事情温度限度更宽、本钱相对较低，但RTD更宁静、精度更高、线性度更好。信号输出程度取决于所用的TC/RTD类型，而且能够邻接到AI通道。妥当性（以相符IEC-61000-4瞬态抗扰度尺度来外示）是统统类型工业IO接口的合头本能目标。
集成度提升意味着正在最新的IO模块中，单个通道能够装备为输入或输出，但模仿域和数字域如故是分散的。然而，图2出现了一种新型IO模块的参考打算性能图，个中可通过软件，将单个通用UIO引脚装备为相看待单个接地引脚(GND)的AI、AO、DI、DO。可装备形式搜罗模仿电压输入（0至+10V）、模仿电流输入（0至+20mA）、模仿电压输出（0至+10V）和模仿电流输出（0至+20mA）。它还搜罗一个相符IEC 61131-2的1/2/3型尺度的0-24V数字电压输入和一个推挽/高端数字输出（不妨驱动高达1.3A的电流）。同时它还支柱运用电阻温度检测器(RTD)实行温度衡量，并为热电偶衡量供给内置冷端积蓄。运用行业尺度的四途PCB端子支柱UIO形式以及2线线温度衡量。
此模块的AI和AO性能运用MAX22000来达成。MAX22000是一种可通过软件装备的模仿输入/输出IC，可正在电压或电流形式下事情。模仿输出信号运用其内部18位DAC天生，而集成的24位ADC有一个低噪声PGA，具有高压和低压输入限度，用于支柱RTD衡量。DI和DO性能则运用支柱低泄电制程技能的MAX14914A来达成。MAX14914A是一个高端/推挽驱动器，也能够装备举动DI运转。除了供给DIO性能外，MAX14914A还可监控高端和推挽形式下的输出电流。与DO形态相对应的逻辑电平能够通过MAX22000 GPIO上的GPIO实行轮询，这是安宁合头型操纵中的须要性能。
此模块运用正在良众微掌握器和FPGA平台上常用的行业尺度型12途Pmod™邻接器。为了便于测试，能够通过软件GUI运用USB转SPI适配器（如USB2PMB2#）来装备该模块，从而为电途板供给物理接口。GUI有两个选项卡--通用IO选项卡（图3）有一个下拉菜单，可拣选模仿或数字、输入或输出装备。遵照拣选的形式，GUI会显示一个简化的IC内部邻接方框图，可启用眼前拣选的性能。
模仿输入选项卡可用于监测主意，将UIO引脚的电压或电流信号与12通道、24位模仿输入器件MAX22005测得的信号实行直观比力。其余还供给十六进制值，以便将两个ADC内核轻松相干。
此模块的一个首要上风是能够运用板载MAX22005实行电压和电流校准。MAX22005是一个12通道、出厂校准的模仿输入IC，可用作参考，还可监测UIO引脚上的模仿信号。它经历出厂校准，25°C时精度抵达0.02% FSR，±50°C时为0.05% FSR。正在GUI的Universal IO选项卡上单击Autocal即可实践校准。图4显示了UIO引脚和MAX22005上模仿电压信号的FSR精度，两者都远远优于严紧仪器预期的0.02% FSR，并展现出高度干系性。
电流衡量也具有近似精度，而图5显示了运用Fluke 724校准器模仿PT100 RTD传感器的温度读数精度。正在-100°C到+300°C之间，精度正在1°C以内，室温下正在0.02% FSR以内。看待±50°C的温度转折，通盘模块的总精度抵达0.1% FSR。
功率跟踪性能可束缚模块的散热量。这是通过低静态电流线性稳压器和高效降压转换器组合来达成的。MAX17651的静态电流仅为8µA，它从直流输入供给24V稳压电源，而MAX17532和MAXM17552降压转换器发生众个模仿输出电源电压，个中一个可编程为4.2V至24V之间的五个分别预设值。这通过MAX22005上的GPIO引脚来杀青，运用外部FET切换反应电阻。此模块平常情状下功耗凡是为10mA，但假使拣选电流输入或电流输出形式，则电流花费会增补。绿色LED则显示出外部电源的存正在。
固然该模块无法马上以眼前款式转化到现场操纵，但正在测试IEC 61131-2中章程的工业筑立瞬态抗扰度时，该模块仍展现出高度的宁静性。它能经受高达±1.0kV的1.2/50µs浪涌，总源阻抗为42Ω。运用10个浪涌脉冲实行了浪涌测试（线对线和线对地），模块保留平常运转，没有损坏。器件IC上的数据和掌握寄存器未损坏，通过主机适配器的通讯也未终止。正在现场邻接端子块进取行测试时，还呈现该模块不妨经受高达±4kV端口对地的静电放电（ESD），用于接触和气隙放电。未呈现任何损坏，测试后主机通讯保留平常。模块的前视图（外形尺寸为75mm x 20mm）如图6所示。
图7则领会地出现了拣选单个通用IO模块(UIO)庖代几个尺度模块带来的轻巧性和俭省空间上风。单个通用IO模块能够实践四种独筑功能，并通过软件实行长途装备和校准，而每个尺度模块只实践简单性能，而且必要手动装备和校准。
工业4.0期间，央浼工业筑立尽也许提升符合性和轻巧性。然而截至目前，手动从新布线和校准IO接口，却成为无法避免的束缚要素。现正在，ADI MAXREFDES185#长途可装备IO参考打算，能为另日的IO模块供给明显的门途图，可有用提升轻巧性和可装备性。除了IO模块外，此参考打算及其组件IC同时也实用于PLC和DCS编制、智能传感器和实践器中的操纵。
ADI是环球领先的高本能模仿技能公司，竭力于治理最艰辛的工程打算挑衅。依据出色的检测、衡量、电源、邻接息争译技能，搭筑邻接实际全邦和数字全邦的智能化桥梁，从而助助客户从新领会边际的全邦。详情请浏览ADI官网w。
Sean Long，是ADI工业和医疗康健职业部的操纵实践总监。Sean于2012年5月列入Maxim，他具有英邦伯明翰阿斯顿大学电气和电子工程学士学位。
Konrad Scheuer，是ADI资深首席工程师。他2003年结业于阿伦上等专业学院，得到电气工程学士学位。
