高級負載診斷功能助力縮短24 VDC配電的工廠停機時間

在工業(yè) 4.0 時代，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間，并最終提高生產(chǎn)力。在可編程邏輯控制器 (PLC) 系統(tǒng)、機器人和機床行業(yè)，傳統(tǒng)上仍然缺乏診斷數(shù)據(jù)的一個領(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，由于缺乏負載診斷數(shù)據(jù)，通常需要花費較長時間進行調(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），這會增加停機時間并降低生產(chǎn)力。

電流檢測是一種負載診斷，當添加到 24 VDC 配電網(wǎng)絡(luò)時，可以改進數(shù)據(jù)收集，從而可以診斷過載電流、斷線和老化的機械系統(tǒng)，或者識別負載是否正確開啟。

通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和電流檢測放大器或集成電流監(jiān)測的高側(cè)開關(guān)來檢測電流的功能隨時可實現(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，電流檢測難以實現(xiàn)且成本高昂。 

在不使系統(tǒng)過于復雜的情況下實現(xiàn)電流檢測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 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)議接口通信進行控制和配置。TPS274C65 中集成了電流檢測電路和 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，該器件還可以檢測內(nèi)部金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 的溫度，并檢測輸入和輸出電壓。

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。

圖 1：數(shù)字輸出模塊中 TPS274C65 的應用

現(xiàn)在，我們來看一下 TPS274C65 在工廠應用中的場景，如數(shù)字輸出，遠程輸入/輸出 (I/O) 模塊，以及機器人、計算機數(shù)控機床和多載波系統(tǒng)等大型系統(tǒng)。 

通過電流檢測縮短調(diào)試時間

如上所述，在沒有診斷數(shù)據(jù)的情況下，修復系統(tǒng)可能需要花費較長時間進行調(diào)試或侵入性調(diào)查（如模塊拆卸）。這對于機器人和機床等復雜系統(tǒng)來說較為棘手。TPS274C65 中的集成式 ADC 能夠進行現(xiàn)場和遠程檢查，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，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、遠程 I/O、機器或機器人應用中的配電網(wǎng)絡(luò)命令中心。這種細節(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。

圖 2：TPS274C65USB 評估模塊 GUI

通過電流檢測實現(xiàn)預測性維護和預測性解決方案，防患于未然

更進一步說，擁有顯示系統(tǒng)在故障前如何運行的診斷數(shù)據(jù)，可以建立一個預測性解決程序，防止未來的機器出現(xiàn)同樣的故障。例如，通過電流檢測來確定小型電機或執(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)行預測性維護和預測性解決方案，從而確保停機時間在計劃范圍內(nèi)。例如，捕獲電磁閥的負載電流曲線可以檢測其性能是否隨時間變化。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 如何檢測電磁閥的負載電流曲線。

 (a)

(b)

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

結(jié)語

TPS274C65 適用于工廠自動化系統(tǒng)的電流檢測功能有助于縮短停機時間并提高生產(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。