适用于PLC/DCS应用，支持HART和Modbus连接的模拟I/O系统

评估和设计支持

电路评估板

CN-0414电路评估板(EVAL-CN0414-ARDZ)

CN-0418电路评估板(EVAL-CN0418-ARDZ)

CN-0416电路评估板(EVAL-CN0416-ARDZ)

ADALM-UARTJTAG板

Arduino尺寸开发平台(EVAL-ADICUP3029)

设计和集成文件

PLC/DCS Wiki用户指南

原理图、布局文件、物料清单、软件

电路功能与优势

可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)被用于监测和控制工业自动化应用中的智能（支持HART）和模拟现场仪器仪表。

图1所示的电路是一个简单的DCS系统，由一台主机、一个单节点、两个4通道隔离模拟输入板和两个4通道隔离模拟输出板组成，这些板由Arduino尺寸基板在本地管控。RS-485收发器连接至PC或其他主机，如此，用户可以使用Modbus协议与节点交换数据。

模拟输入数据从本地读取，通过使用行业标准Modbus协议的串行接口提供，确保在一系列软件应用和库中，保证数据完整性和可兼容性。同样地，模拟输出通过向Modbus寄存器写入来置位，然后被转换为模拟电压或电流信号。

每个节点可以支持4个模拟输入和输出板的组合。如图2所示，最多16个节点的多节点系统在设计时，可以使用提供的硬件和软件基础架构。该电路支持点对点HART通信，可以扩展为多分转站HART网络，在同一通道上集成多个HART器件。

每个板（4个一组）的模拟输入和模拟输出都实施电气隔离，模拟输入支持开路检测，简化了故障检测和诊断过程。在严峻的工业自动化环境中使用时，这些功能可以增强可靠性和耐用性。

图1.PLC（或单节点DCS）Modbus系统功能框图

图2.多节点DCS Modbus系统功能框图

电路描述

该应用侧重于展示受Modbus主机管控的PLC/DCS系统的开发，并且通过示例说明如何使用重要组件的最新功能。单节点系统通常被称为PLC，更大型的系统则通常被称为DCS。

每个节点可以管控多达16个模拟现场器件、传感器或驱动器（兼容HART或仅支持模拟），系统可以扩展，最多包含16个单独的节点。该系统也可用于通用精密模拟数据采集应用，例如仪器仪表、模拟数据记录，或测试和测量。

PLC/DCS拓扑

支持多个连接拓扑。在单节点（PLC，或单节点DCS）系统中，主机可利用micro-USB电缆，直接连接至EVAL-ADICUP3029平台板的USB串行端口，非常适合要求主机和节点之间距离小于2米的实验室测试和测量应用。

在这个点对点拓扑中，电路板四个一组的模拟输入和输出仍然与主机保持隔离。虽然一般来说与实验室设备不相关，但Modbus协议提供一种方便、标准的与节点通信的方法。HART连接支持对智能传感器和驱动器实施配置。

主机和节点之间的距离增大到2米以上时，信号完整度、噪音拾取和电气故障会成为更严重的隐患。在这些情况下，EVAL-CN0416-ARDZ为主机提供可靠的RS-485连接。在单节点、点对点系统中，支持在1 km以上距离中进行全双工或半双工通信，具体由波特率决定。

对于多节点系统（称为DCS更加合适），EVAL-CN0416- ARDZ提供菊花链端口，支持可切换的半/全双工操作和可切换的端电极，因此系统可以集成2到16个节点。

因为Modbus被用作串行通信协议，以通过串行链路，在器件之间发送信息，因此无论规模大小，都可以实现简单、可靠且耐用的系统。PLC/DCS应用的硬件协议栈包含三个不同的参考设计。

模拟输入板

图3所示的CN-0414用于测量4个全差分信号，或者测量8个单端电压和4个电流信号。该电路的核心是AD4111低功耗、低噪声24位Σ-Δ模数转换器(ADC)，集成了±10 V和20 mA模拟前端。

其电压输入支持最高±10 V的输入范围。AD4111具有独特的特性，支持在±10 V电压输入上进行开路检测，同时采用5 V或3.3 V单电源供电，而之前的解决方案一般都需要大于±10 V的电源。

电流输入支持0 mA至24 mA输入范围。电路的输入阻抗为250 Ω（AD4111内部为60 Ω），所有输入都以绝缘接地为基准。电流输入上需要250 Ω输入电阻，以使符合HART要求的AD5700-1调制解调器可与AD4111配合使用。

电路的模拟前端AD4111和AD5700-1通过ADuM5411和ADuM3151与处理侧隔离，相比基于分立式变压器的解决方案，能够节省大量空间。

CN-0414板由9.5 V至36 V直流电源供电，这在工业自动化系统中非常典型，因此能够轻松集成到您的系统之中。