如何设计与现场总线无关的智能工厂传感器

作者：Michael Jackson和Brian Condell

如果您即将开始设计智能工厂传感器，请阅读这篇文章了解更多信息，从而尽可能快速高效地完成设计，使其能够为更多客户带来裨益。这篇博文介绍了智能工厂传感器（温度和压力）的设计理念，无论工厂流程中使用何种类型的现场总线或工业以太网，这些传感器都能与PLC进行通信。

温度传感器有哪些选择？

比较常见的温度传感器是2线、3线和4线电阻温度检测器(RTD)、热电偶以及热敏电阻，每种传感器都有相对的优点和缺点。如果时间充裕，您可以在种类繁多的信号调理和数据转换器IC中精挑细选，以构建和调试定制模拟前端(AFE)。

有没有更快完成设计的办法？

如果时间很紧张，那么完全集成的AFE，例如AD7124或AD4130 Σ-Δ ADC（带有集成PGA）可能是更好的选择。假设您正在为需要热电偶的应用设计传感器。在这种情况下，MAX31855是一款即用型热电偶数字转换器IC，而且还能执行线性化处理和冷端补偿。如果您正在规划基于RTD的传感器，请考虑使用MAX31865 RTD数字转换IC。如果您没有时间研究不同类型的传感器，只是想设计一个传感器来快速准确地提供数字温度读数，那么MAX31875或ADT7420数字温度传感器IC可以提供理想的“一站式”解决方案。这些器件将传感器、AFE和线性化电路集成在一个封装中，通过I²C连接到微控制器。图1展示了多种不同选择方案。

图1.备选温度传感器信号链

压力传感器有哪些选择？

应变计和称重传感器常用于在压力传感器中产生电信号，AD7124和AD4130 AFE也可支持这些传感器。或者，如果您不希望微控制器执行线性化工作，则可以使用ADA4558桥式信号调节器IC来处理线性化（图2）。

图2–备选压力传感器信号链

传感器传统上如何连接到工业网络？

通常，传感器设计为使用单一现场总线或工业以太网协议进行通信。  然而，这种方法要求您在传感器内部包含一个网络接口IC，因此成本会显著增加，同时传感器的适用群体也被限制为使用该协议的客户。若要将传感器用于另一个网络，必须使用不同的接口IC重新设计传感器，成本高昂且费时费力。此外，诊断功能的数量和类型因网络类型而异（有些根本没有诊断功能），如果您的传感器只支持某种协议，客户在安装后要想维护传感器或排查故障可能很困难。因此，设计的传感器最好能够适应任何工业网络，这样既能降低成本，又能拓展市场。

如何使传感器“与网络无关”？

您可以借助IO-Link®实现此目的，这是一种三线工业通信标准，旨在将传感器和执行器与工业控制网络相连。在IO-Link应用中，收发器充当物理层接口，连接运行数据链路层协议的微控制器，同时支持数字输入和输出（高达24V）。IO-Link的优势在于可支持传输四种不同类型的信息，即过程数据、值状态、设备数据和事件。这些信息可以指示传感器故障，从而便于快速定位故障。MAX14828是一款低功耗IO-Link从站收发器，采用(4mm x 4mm) 24引脚TQFN封装和(2.5mm x 2.5mm)晶圆级封装(WLP)，可在-40℃至+125℃扩展温度范围内使用。

IO-Link从站收发器如何与工业网络通信？

IO-Link从站收发器（通过电缆）与IO-Link主站进行通信，而主站通过协议接口IC（如用于工业以太网的ADIN2299）连接到工业网络。MAX14819A是一款低功耗、双通道、IO-Link主站收发器，带有传感器/执行器电源控制器，完全符合新发布的IO-Link和二进制输入标准与测试规范，即IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。

欲了解有关ADI公司IO-Link解决方案的更多信息，请访问此处。

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