如何设计与现场总线无关的智能工厂传感器

作者：MichaelJackson

如果您即将开始设计智能工厂传感器，您需要确保能够尽可能快速有效地完成设计，同时最大限度地增加可以使用它的客户数量。本博客介绍了智能工厂传感器（温度和压力）的设计理念，无论工厂过程中使用的现场总线或工业以太网网络类型如何，都可以与PLC通信。

温度传感器传感器 – 有哪些选项？

最常见的温度传感器是2线、3线和4线电阻温度检测器（RTD）、热电偶和热敏电阻，每种传感器都有各自的优点和缺点。如果您有时间，有多种信号调理和数据转换器IC供您选择，以构建和调试自定义模拟前端（AFE），

有没有更快的方法来扭转我的设计？

如果时间紧迫，完全集成的AFE，如 AD7124或AD4130 Σ-Δ型ADC（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为即用型热电偶数字转换器IC（也执行线性化）和冷端补偿。如果计划使用基于RTD的传感器，可以考虑使用MAX31865 RTD转数字IC。假设您没有时间研究不同的传感器类型，只想设计一个传感器来快速准确地提供数字温度读数 - 在本例中为MAX31875或ADT7420数字温度传感器 IC 是理想的“一站式”解决方案。它们将传感器、AFE 和线性化器集成到单个封装中，通过 I 连接到微控制器2C. 图 1 说明了其中每个选项。

图1 –备用温度传感器信号链

压力传感器呢？

应变片和称重传感器通常用于在压力传感器中产生电信号，方便的是，您也可以将AD7124和AD4130 AFE与它们一起使用。或者，如果您想消除微控制器的开销，可以使用 ADA4558 桥式信号调理器 IC 来处理线性化（图 2）。

图2 –备用压力传感器信号链

传感器传统上是如何连接到工业网络的？

通常，传感器设计为使用单个现场总线或工业以太网协议进行通信。但是，这种方法要求您在传感器本身内部包含一个网络接口 IC，这大大增加了其成本，同时将传感器的市场限制在使用该协议的客户中。将传感器定位到另一个网络意味着使用不同的接口 IC 重新设计传感器需要花费成本高昂且耗时。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），因此，根据传感器的设计协议，客户可能难以在安装后维护传感器并识别其出现的任何性能问题。因此，设计传感器时能够在任何工业网络上工作更有意义，因为它可以降低成本，同时拓宽市场。

如何使我的传感器“与网络无关”？

您可以使用 IO-Link 来实现此目的，IO-Link 是一种 3 线工业通信标准，旨在将传感器和执行器与工业控制网络连接起来。在IO-Link应用中，收发器充当运行数据链路层协议的微控制器的物理层接口，同时支持数字输入和输出（高达24V）。使用 IO-Link 的优势在于它承载四种不同类型的传输 -®处理数据、值状态、设备数据和事件。这些可以标记传感器是否出现故障并允许快速定位。MAX14828为低功耗、IO-Link器件收发器，采用（4mm x 4mm）24引脚TQFN封装和（2.5mm x 2.5mm）晶圆级封装（WLP），工作在-40°C至+125°C扩展级温度范围。

IO-Link 设备收发器如何与工业网络通信？

IO-Link 器件收发器（通过电缆）与 IO-Link 主站通信，IO-Link 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为低功耗、双通道、IO-Link主收发器，带有传感器/执行器电源控制器，完全符合最新的IO-Link和二进制输入标准和测试规范、IEC 61131-2、IEC 61131-9 SDCI和IO-Link 1.1.3。