4.0浪潮席卷而来，在工厂环境中日益遍及。广泛运用的传感器正带来一个重要改动，即要在旧款

  一般，PLC中的数字IO由分立式器材，例如电阻电容或有独立FET驱动组成。为了尽或许减小操控器的尺度，而且要求能够处理2到4倍的通道数，这些都促进从分立式计划向集成式计划改动。

  此外，分立式办法存在许多缺陷，尤其是每个模块处理的通道数到达8个或以上的状况。实际上，只需说到高热量/功耗、数量巨大的分立式组件（从尺度和均匀毛病间隔时间(MTBF)视点），以及需求牢靠的体系规范时，都足以阐明分立式办法并不可行。

  图1显现在构建高密度数字输入(DI)和数字输出(DO)模块时面对的技能应战。在DI和DO体系中，都需求考虑尺度和散热问题。

  关于数字输入，还需留意它支撑不同的输入类型，包含1/2/3类型的输入，以及在某些状况下，支撑24V和48V输入。在一切状况下，牢靠的作业特性都十分重要，乃至断路检测也至关重要。

  关于数字输出，体系运用不同的FET装备来驱动负载。驱动电流的精度一般是一个重要的考量要素。在许多状况下，确诊也有必要考量。

  传统的分立式规划运用电阻分压器网络将24V/48V信号转化为微操控器能够运用的信号。前端也能够运用分立式RC滤波器。假如需求阻隔，有时会运用外部光耦合器。

  这种类型的规划合适必定数量的数字输入，即每个板4到8个。超越这个数字，这种规划很快会变得不实用。此种分立式计划会带来各种问题，包含：

  更重要的是，分立式规划办法意味着输入电流随输入电压呈线V时，输入电流为11mA，相当于功耗为264mW。8通道模块的功耗大于2W，32通道模块的功耗大于8W。拜见下方的图3：

  集成式数字输入规划的最大优势之一在于明显下降功耗，然后削减散热。大多数集成式数字输入器材答应可装备的输入电流约束，以明显下降功耗。

  当限流值设置为2.6mA时，功耗明显下降，每个通道约为60mW。8通道数字输入模块的额定值现在能够设置为低于0.5瓦，如下方的图4所示：

  对立运用分立式逻辑规划的另一个原因是：有时DI模块有必要支撑不同类型的输入。IEC发布的规范24V数字输入规范分为1型、2型和3型。1型和3型一般组合运用，由于其电流和阈值限值都十分相似。2型具有6mA限流值，要更高一些。选用分立式办法时，或许需求从头规划，由于大部分分立值都需求更新。

  集成式数字输入产品一般支撑一切这三种类型。从实质看，1型和3型一般遭到集成式数字输入器材支撑。可是，为了满意2型输入最低6mA的电流要求，需求针对一个现场输入并联运用两个通道。而且只调理限流值电阻。这需求进行电路板改动，但改动很小。

  例如，当时ADI的DI器材限流值为3.5mA/通道。所以，如图所示，当并联运用两个通道，假如体系有必要接入2型输入，则需调理REFDI电阻和RIN电阻。关于一些较新的部件，也能够运用引脚或经过软件来挑选电流值。

  要支撑48V数字输入信号（不是常见要求），需求运用相似流程，有必要添加一个外部电阻来调理现场一端的电压阈值。设置此外部电阻的值，使得引脚的“限流值*R+阈值”，需满意现场一端的电压阈值规范（拜见器材数据手册）。

  最终，由于数字输入模块与传感器衔接，因而规划有必要契合牢靠的作业特性要求。当运用分立式计划时，有必要细心规划这些维护功用。挑选集成式数字输入器材时，保证依据职业规范确认以下各项：

  典型的分立式数字输出规划具有一个带驱动电路的FET，由微操控器进行驱动。能够运用不同的办法来装备FET，以驱动微操控器。

  高端负载开关的界说是：它由外部使能信号操控，并衔接或断开电源与给定负载的衔接。与低端负载开关比较，高端开关为负载供给电流，而低端开关衔接或断开负载的接地衔接，从负载获取电流。尽管它们都运用单个FET，但低端开关的问题在于：负载与接地之间或许短路。高端开关维护负载，避免接地短路。可是低端开关的完本钱钱更低。有时，输出驱动器也装备为推挽开关，需求两个MOSFET。拜见下方的图6：

  集成式DO器材能够将多个DO通道集成到单个器材中。由于高端、低端和推挽开关运用的FET装备不同，因而可运用不同的器材来完成每种类型的输出驱动器。

  理性负载是任何包含线圈的器材，在通电后，一般履行一些机械作业，例如电磁阀、电机和履行器。电流引起的磁场能够移动继电器或接触器中的开关触点，以操作电磁阀，或旋转电机的轴。大多数状况下，工程师运用高端开关来操控理性负载，应战在于，当开关翻开，电流不再流入负载时，怎样给电感放电。不妥放电导致的负面影响包含：继电器触点或许拉弧、很大的负电压尖峰损坏灵敏型IC，以及发生高频噪声或EMI，然后影响体系功用。

  在分立式计划中，对理性负载进行放电的最常见解决计划便是运用续流二极管。在本电路中，当开封闭合时，二极管被反向偏置且不导电。当开关翻开时，经过电感的负电源电压会使二极管正向偏置，然后经过引导电流经过二极管的方法使存储能量衰减，直至到达安稳状况且电流为零。

  关于许多运用，特别是工业职业中每个IO卡具有多个输出通道的运用，该二极管一般尺度很大，会导致本钱和规划尺度大幅添加。

  现代数字输出器材运用一种自动箝位电路在器材内完成这一功用。例如，ADI选用一项已获专利的安全消磁(SafeDemagTM)功用，答应数字输出器材在不受电感约束的状况下安全封闭负载。如需更多概况，请点此拜访网站检查运用笔记。

  在挑选数字输出器材时，需求考虑多个重要要素。应细心考虑数据手册中的以下规范：

  检查最大接连电流额定值，并保证在需求时能够并联多个输出，以取得更高电流的驱动器。

  保证输出器材能驱动多个高电流通道（超越温度规模）。参阅数据手册，保证导通电阻、电源电流和热电阻值尽或许低。

  要从一些超出规模的作业条件下康复，确诊信息就十分重要。首要，期望获取每个输出通道的确诊信息。其间包含温度、过电流、开路和短路。从全体（芯片）来看，重要确诊包含热关断、VDD欠压和SPI确诊。在集成式数字输出器材中查找部分或一切这些确诊。

  经过在IC上集成DI和DO，就能构建可装备产品。这是一个4通道产品示例，能够装备为输入或输出。

  它有一个DIO内核，这意味着能够在高端或推挽形式下将单个通道装备为DI（1/3型或2型）或数字输出。DO上的限流值能够设置为130mA至1.2A。内置消磁功用。要在1/3型或2型数字输入之间切换，则只需设置一个引脚，无需运用外部电阻。

  这些器材不只易于装备，而且坚固耐用，可在工业环境中作业。这意味着高ESD，供给高达60V的电源电压维护和线路接地浪涌维护。

  由此可见，这是一个可经过集成式办法来完成更多或许（可装备的DI/DO模块）的示例。

  当规划高密度数字输入或输出模块时，一旦通道密度超越必定数量，分立式计划就变得毫无意义。从散热、牢靠性和尺度方面考虑，有必要细心考虑集成式器材选项。

  而在挑选集成式DI或DO器材时，则有必要留意一些重要的数据关键，包含牢靠的作业特性、确诊、支撑多种输入-输出装备。

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