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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

發(fā)布時(shí)間:2023-06-02 來源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】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,能夠保持更長的在線時(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)問題,由于缺乏負(fù)載診斷數(shù)據(jù),通常需要花費(fèi)較長時(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,從而可以診斷過載電流、斷線和老化的機(jī)械系統(tǒng),或者識(shí)別負(fù)載是否正確開啟。


通過模數(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)開關(guān)來檢測(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)開關(guān)。TPS274C65 采用 6mm x 6mm 方形扁平無引腳封裝,其中包含四個(gè) 65 m? 高側(cè)開關(guān),與市場上類似的工業(yè)高側(cè)開關(guān)相比,功率耗散降低了 38%。高側(cè)開關(guān)通道和 ADC 可通過串行協(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 的方框圖說明了數(shù)字輸出模塊中的 TPS274C65 如何幫助增加通過隔離柵發(fā)送回 PLC 控制器的數(shù)據(jù)量。


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圖 1:數(shù)字輸出模塊中 TPS274C65 的應(yīng)用


現(xiàn)在,我們來看一下 TPS274C65 在工廠應(yīng)用中的場景,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)。 


通過電流檢測(cè)縮短調(diào)試時(shí)間


如上所述,在沒有診斷數(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)來說較為棘手。TPS274C65 中的集成式 ADC 能夠進(jìn)行現(xiàn)場和遠(yuǎn)程檢查,以此來確定不同傳感器、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,并使用戶能夠更快地發(fā)現(xiàn)問題。通過此類監(jiān)測(cè),還可以讓用戶知曉子系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障,例如,如果需要現(xiàn)場調(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)離線的根本原因。


2.jpg

圖 2:TPS274C65USB 評(píng)估模塊 GUI


通過電流檢測(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,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,防止未來的機(jī)器出現(xiàn)同樣的故障。例如,通過電流檢測(cè)來確定小型電機(jī)或執(zhí)行器是否消耗更大的電流來執(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 可以收集此類數(shù)據(jù)來執(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。


3.jpg

 (a)


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(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 (b)


結(jié)語


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,通過采用工具箱中的這款工具,可以使配電更加智能。



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