可编程逻辑控制器(PLC)

该原理图提供PLC供电需求的简化架构。

PLC包括几组供电电源：主电源、背板电源、模块电源、信号采集板主电源等。Maxim提供特定的稳压器件满足每一组的供电需求。

主电源输入范围从24VDC至240VAC，甚至更高电压。供给背板的电源必须稳定、干净，并经过滤波，提供电压监测及保护功能，避免瞬变的影响。需要建立多路背板稳压电源，并结合电池备份功能。主电源模块的总功率输出可能达到几百瓦特(微型PLC)到2kW(大型PLC)。

CPU模块和不同的I/O模块的供电通常由多路低压电源组成，这些电压从背板直流电源产生。大多提供以下电源电压：24V、±12V、5V、3.3V以及用于CPU供电的更低电压。CPU板的典型功率为50W至200W，而其它模块的耗电通常为20W。信号隔离电源一般从I/O模块的中等电压产生，功耗大多低于10W。

在复杂的自动化系统中，分布式控制系统(DCS)中会采用多路PLC，每个PLC有多路连接。一个或多个PLC与HMI(人机界面)进行通信时，通常采用非确定性时间的通信协议，例如标准以太网；PLC之间通信时，则采用确定性时间通信协议，工业以太网。PLC与智能传感器或执行装置通信时，通常采用“现场总线”，多数情况下，它们不是点到点通信，允许一个PLC现场总线接口连接多个传感器和执行器，构成菊链网络，这种架构相对于点到点或星型配置可大幅节省连线。

目前，市场上存在多种现场总线，每种标准都有其特定的应用场合。

常见的标准现场总线包括：基于RS-485的Profibus、Interbus、Modbus RTU和ControNet；基于CAN的DeviceNet和CANOpen。

数字输入和输出信号也称为二进制信号，一般为高电压但相对较慢的控制信号。数字输入信号源自于控制或监测装置，例如自动或手动开关或继电器。数字输出信号驱动各种工业控制装置，后者根据输出状态执行一定的功能，包括继电器、电机执行机构、开/关阀门、螺线管以及指示器。数字I/O信号的范围可达0V (关闭)至60V (打开)，典型范围为0V至24V。由于电压相对较高，在信号经过电噪声较大环境下的长电缆并到达接收器时，接收器能够可靠确定信号表示的状态。

在PLC，数字输入信号的处理过程包括电平转换和信号隔离。数字输出信号也通过隔离后发送，然后连接至输出缓冲器/锁存器，缓冲器/锁存器执行电平和电路保护功能。设计数字输入或数字输出PLC模块时需要考虑的重要因素包括功耗和设计尺寸。

随着数字信号隔离器电路的出现，当今最有效的数字输入和输出电路板设计串行化多个数字I/O信号，并通过一片或多片数字信号隔离器芯片发送串行化的数据流。Maxim既提供数字隔离器IC，也提供功能相关的数字输入和输出IC，满足这一应用。请点击图中的“二进制输入”和“二进制输出”方框，查看相关产品。  

I/O-Link为更成熟的、基于协议的数字I/O控制链路，传输的信息不仅限于“开”和“关”状态信号。I/O-Link器件能够传输实际数值，例如温度值。Maxim制造满足此类应用的I/O-Link认证收发器。

关于PLC中高速数字通信接口的更多信息，请参见上文中的现场总线模块。

PLC中的计算模块需要高性能的处理功能以及强大的I/O，该模块既要管理多个I/O模块复用的多路实时通信数据流，还要计算实时控制环路方程，有效管理复杂的工业过程。

Maxim针对计算模块领域提供众多首屈一指的IC，提高系统的性能、稳定性及安全性。

PLC模拟输入模块可以接受电压和电流模式输入信号，一些特殊模块还可以直接连接RTD或热电偶等传感器。标准的电压输入范围包括：0至5V、0至10V、±10V，传感器类型、传感器内部的放大器增益等决定了信号幅度。如果是热电偶输入模块，信号范围可能是正/负几十mV。

RTD模块则必须接受接近于0Ω至数千Ω的阻抗。

同样，4-20mA电流环也是一个工业标准输入接口。电流环通信具有较高的EMI/RFI抗干扰能力，模拟信号经过长线(长达数千米)传输后没有损耗，在工业领域得到广泛应用。

模拟输入电路的选择取决于多个因素：需要处理的输入通道数、输入类型，是否需要单独隔离或分区隔离，是否提供传感器激励和/或偏置，多路传感器是否要求同步采样，信号频率的范围，是否需要抗混叠滤波，要求AD转换器的分辨率以及采样速率。

PLC模拟输出模块通常用于驱动高压模拟执行装置(例如，比例控制阀)以及电流环驱动执行器和各种仪表。每块板子根据输出类型的不同，通常支持多个通道。这些输出通道可单独隔离或分组隔离。

在上述框图中，我们给出了一个基本的串行架构，利用I2C或SPI串行总线，通过隔离器将板上处理器的控制信息串行发送到指定通道的DAC，转换成模拟输出。如果需要分别隔离每路输出，则需要为每个通道提供一路输出DAC；如果允许分组隔离，DAC后续分配器的保持电容可以在下次DAC刷新之前保持输出。DAC之后，通常还会有额外的校准电路和输出缓冲器，用于信号微调，提供必要的电压或电流驱动。