高級(jí)負(fù)載診斷功能助力縮短24 VDC配電的工廠停機(jī)時(shí)間

在工業(yè) 4.0 時(shí)代，診斷數(shù)據(jù)量逐年遞增，使系統(tǒng)變得更智能，能夠保持更長(zhǎng)的在線(xiàn)時(shí)間，并最終提高生產(chǎn)力。在可編程邏輯控制器 (PLC) 系統(tǒng)、機(jī)器人和機(jī)床行業(yè)，傳統(tǒng)上仍然缺乏診斷數(shù)據(jù)的一個(gè)領(lǐng)域是 24 VDC 電源，它用于為工廠中的不同控制系統(tǒng)配電。

如果 24 VDC 配電出現(xiàn)問(wèn)題，由于缺乏負(fù)載診斷數(shù)據(jù)，通常需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)試，其中包含基本步驟（如“電源正常的 LED 是綠色還是紅色？”）或侵入性調(diào)查（如模塊拆卸），這會(huì)增加停機(jī)時(shí)間并降低生產(chǎn)力。

電流檢測(cè)是一種負(fù)載診斷，當(dāng)添加到 24 VDC 配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以改進(jìn)數(shù)據(jù)收集，從而可以診斷過(guò)載電流、斷線(xiàn)和老化的機(jī)械系統(tǒng)，或者識(shí)別負(fù)載是否正確開(kāi)啟。

通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和電流檢測(cè)放大器或集成電流監(jiān)測(cè)的高側(cè)開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)電流的功能隨時(shí)可實(shí)現(xiàn)。然而，鑒于隔離柵、有限的 ADC 通道數(shù)量或 ADC 通道路由等因素，電流檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn)且成本高昂。 

在不使系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜的情況下實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)的一種方法是使用具有集成式 ADC 的高側(cè)開(kāi)關(guān)。TPS274C65 采用 6mm x 6mm 方形扁平無(wú)引腳封裝，其中包含四個(gè) 65 m? 高側(cè)開(kāi)關(guān)，與市場(chǎng)上類(lèi)似的工業(yè)高側(cè)開(kāi)關(guān)相比，功率耗散降低了 38%。高側(cè)開(kāi)關(guān)通道和 ADC 可通過(guò)串行協(xié)議接口通信進(jìn)行控制和配置。TPS274C65 中集成了電流檢測(cè)電路和 ADC，使其能夠通過(guò)數(shù)字輸出模塊中的隔離柵傳輸電流檢測(cè)數(shù)據(jù)，由于所有的路由都發(fā)生在芯片內(nèi)部，因而減少了 ADC 通道的路由。此外，該器件還可以檢測(cè)內(nèi)部金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的溫度，并檢測(cè)輸入和輸出電壓。

圖 1 的方框圖說(shuō)明了數(shù)字輸出模塊中的 TPS274C65 如何幫助增加通過(guò)隔離柵發(fā)送回 PLC 控制器的數(shù)據(jù)量。

圖 1：數(shù)字輸出模塊中 TPS274C65 的應(yīng)用

現(xiàn)在，我們來(lái)看一下 TPS274C65 在工廠應(yīng)用中的場(chǎng)景，如數(shù)字輸出，遠(yuǎn)程輸入/輸出 (I/O) 模塊，以及機(jī)器人、計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床和多載波系統(tǒng)等大型系統(tǒng)。 

通過(guò)電流檢測(cè)縮短調(diào)試時(shí)間

如上所述，在沒(méi)有診斷數(shù)據(jù)的情況下，修復(fù)系統(tǒng)可能需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)試或侵入性調(diào)查（如模塊拆卸）。這對(duì)于機(jī)器人和機(jī)床等復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)較為棘手。TPS274C65 中的集成式 ADC 能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程檢查，以此來(lái)確定不同傳感器、繼電器和子系統(tǒng)的正確配電，這有助于消除潛在的根本原因，并使用戶(hù)能夠更快地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。通過(guò)此類(lèi)監(jiān)測(cè)，還可以讓用戶(hù)知曉子系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，例如，如果需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，他們可以帶上備件。

圖 2 展示了數(shù)字輸出、遠(yuǎn)程 I/O、機(jī)器或機(jī)器人應(yīng)用中的配電網(wǎng)絡(luò)命令中心。這種細(xì)節(jié)水平有助于提供更多信息，幫助找到系統(tǒng)離線(xiàn)的根本原因。

圖 2：TPS274C65USB 評(píng)估模塊 GUI

通過(guò)電流檢測(cè)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)和預(yù)測(cè)性解決方案，防患于未然

更進(jìn)一步說(shuō)，擁有顯示系統(tǒng)在故障前如何運(yùn)行的診斷數(shù)據(jù)，可以建立一個(gè)預(yù)測(cè)性解決程序，防止未來(lái)的機(jī)器出現(xiàn)同樣的故障。例如，通過(guò)電流檢測(cè)來(lái)確定小型電機(jī)或執(zhí)行器是否消耗更大的電流來(lái)執(zhí)行相同的功能，這可能意味著它出現(xiàn)老化跡象、接近故障或某些機(jī)制可能需要維修。 

TPS274C65 的集成式 ADC 可以收集此類(lèi)數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行預(yù)測(cè)性維護(hù)和預(yù)測(cè)性解決方案，從而確保停機(jī)時(shí)間在計(jì)劃范圍內(nèi)。例如，捕獲電磁閥的負(fù)載電流曲線(xiàn)可以檢測(cè)其性能是否隨時(shí)間變化。電磁閥是否還可繼續(xù)使用，或是否需要更換？

圖 3 展示了集成式 ADC 如何檢測(cè)電磁閥的負(fù)載電流曲線(xiàn)。

 (a)

(b)

圖 3：TPS274C65 電流檢測(cè)功能示例：顯示電磁閥負(fù)載電流曲線(xiàn)的示波器屏幕截圖 (a)；從 TPS274C65 ADC 讀出的電磁閥負(fù)載電流曲線(xiàn) (b)

結(jié)語(yǔ)

TPS274C65 適用于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的電流檢測(cè)功能有助于縮短停機(jī)時(shí)間并提高生產(chǎn)力。歸根結(jié)底，通過(guò)采用工具箱中的這款工具，可以使配電更加智能。