您需要的工业控制设计组件

一些制造操作从自动化和机器人技术中获得了重大好处，而工业自动化系统需要控制和数据采集系统。如果要让设施以最高效率运行，那么自动化和控制系统必须设计得既可靠又易于监视。这些系统需要从面板安装的控制器到带有各种传感器和集成电路的小型嵌入式板的各种组件。

如果您正在为工业控制系统设计板卡，您会发现有一些常见的组件对您的产品至关重要。这些组件旨在执行所有必要的数据/信号采集任务，以及作为更大控制系统一部分所需的处理和生成任务。无论您是在做整机构建还是为控制和监视系统设计一个小板卡，这里是您可以找到所需组件的地方。

工业控制设计的基本组件

工业控制设计所需的组件可以按功能不同分为不同的类别。从高层次来看，这些系统需要在更大的控制系统内生成和收集信号，它们可能还需要作为控制算法的一部分来处理数据。您的工业控制板还可能需要进行无线通信、管理外设的电源，并能承受高温。不再延迟，以下是设计工业控制板时需要考虑的一些功能方面。

电源调节

这是任何工业应用系统的基本要求。一个用于工业控制或监视系统的板卡可能需要高达24 V的电源，单个板卡可能需要多个电平才能正常工作。电源模块还可能需要提供高电流，特别是如果用于运行机电或电热元件。您可以找到一系列适用于低功耗应用的开关转换器或LDO。像Mean Well IRM-03-12S AC/DC调节器这样的大型模块是为高功率工业系统设计的。

Mean Well IRM-03-12S AC/DC电源调节器和方框图。来源：IRM-03-12A 数据表。

板卡识别

在我的公司开始接到自动化设施寻求板卡布局服务的电话之前，我最后一次听到有人讨论EEPROM是在提到Arduino的时候。如果您的板卡将出现在更大的系统中，或者如果您正在作为产品线的一部分发布板卡，那么板卡需要一个可以电气访问的唯一标识符。这时就需要EEPROM，它允许将唯一标识符加载到板卡上。

更高级的产品可能会使用集成了Flash存储器、无线功能和多个I/O的MCU/SoC。这些组件将拥有作为唯一标识符的MAC地址，因此在这种情况下不需要EEPROM。用于工业监控的IoT设备的实验性网状网络也在采用这种集成的MCU/SoC，因为它们可以减少总部件数量和成本。

数据采集与信号生成

这两个相反的功能是通过ADC（采集）和DAC（生成）来实现的。对于工业应用，ADC通常不需要非常高的采样率，因为你通常不会处理非常高的频率。然而，对于测量和信号生成，你需要确保分辨率对你的应用来说足够高。你还应该检查通道数量，因为你可能需要与多个组件接口。

如果你需要在低到中等频率下生成干净的正弦波或方波，使用振荡器IC或根据你需要的频率范围自制振荡器可能会更好。来自Linear Technologies的LTC1799采用小封装，输出频率从1 kHz到33 MHz，频率容差为2.5%。这种振荡器和许多其他小封装的振荡器都有简单的实现方式（见下文）。

LTC1799 1 kHz至33 MHz振荡器。来源：LTC1799数据手册。

处理能力

一旦你收集了一些数据，你需要对其进行一些处理。一个MCU、FPGA或其他PLD为你提供了所需的处理能力以及单个组件中的其他有用外设。在工业控制中，收集数据的典型用途是作为控制循环的一部分。这种应用不一定需要很高的时钟频率；对于大多数应用来说，MHz范围内的某个值应该就足够了。根据你的应用的大小和复杂性，你可能需要选择高内存。

4-20 mA电流环生成

如果你正在使用事实上的4-20 mA标准，那么你将需要一个驱动器来为你的过程控制系统生成电流环。电机驱动器、PLC输出可编程驱动器、高压I/O和线性总线上的传感器都使用这些控制环。来自Texas Instruments的XTR305模拟驱动器是一个精确的条件，用于4-20 mA环路驱动器或+/- 10 V驱动器，这可以由DAC提供。这个组件还具有控制环应用的接收模式，这消除了使用ADC通道进行测量的需要。

XTR305 块图。来源于XTR305 数据手册。

放大器

根据您需要读取的电压范围和所需的带宽，您可能需要在系统中使用多种放大器。通用运算放大器或仪表放大器对于在使用DAC采样之前放大低电平信号，或者在不使用笨重变压器的情况下提升模拟电压信号非常有用。一些放大器专门设计用于工业应用，比典型的运算放大器IC更加坚固。

ESD保护

工业系统可能在高电压附近运行，关键系统可能需要ESD安全保护。这里有多种电路保护组件可用，具体取决于电路板可能暴露的峰值电压和上升时间。示例包括简单的保险丝、继电器、TVS二极管和气体放电管。

工业控制设计的其他组件

显然，工业控制板所需的组件列表是巨大的，但上面列出的选项很有可能出现在您的下一个板上。您可能需要的一些其他组件，用于您的下一个工业控制设计包括：

• 可编程逻辑控制器

• 接口IC

• 无线组件（WiFi，蓝牙等）

• 单板计算机

无论您需要哪些组件进行工业控制设计，您都可以使用Octopart的高级搜索和过滤功能找到所需的零件。当您使用Octopart的电子元件搜索引擎时，您将能够访问分销商数据和零件规格，所有这些都可以在用户友好的界面中免费访问。查看我们的线性集成电路页面以找到您需要的组件。

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