پروسیس اور کنٹرول آلات کے مابین ڈیٹا منتقل کرنے کے لئے صنعتی کنٹرول سسٹم معیاری ینالاگ سگنل پر انحصار کرتے رہتے ہیں۔ مستحکم 4 سے 20MA موجودہ لوپ سگنل آسانی سے ہزاروں فٹ کو عبور کرسکتے ہیں ، جبکہ صنعتی نظاموں میں ± 5 اور ± 10V سگنل بھی عام ہیں۔
اس ایپلیکیشن نوٹ میں میکسم کے انٹیگریٹڈ ڈیٹا ایکوزیشن سسٹم (ڈی اے ایس) کے حل کی نمائش کی گئی ہے۔ میکسم کے ڈی اے ایس حل بورڈ کی جگہ ، بجلی کی کھپت اور ڈیزائن کے وقت کو بچاتے ہیں جبکہ کم سے کم بیرونی اجزاء کے ساتھ معیاری صنعتی ینالاگ سگنل کو تبدیل کرتے ہیں۔
تعارف
ڈیجیٹل فیلڈ بسوں کے متعدد ورژن کے باوجود ، صنعتی کنٹرول سسٹم عمل اور کنٹرول کے سامان کے مابین ڈیٹا منتقل کرنے کے لئے معیاری ینالاگ سگنلز پر انحصار کرتے رہتے ہیں۔ مثال کے طور پر ، کیمیائی پودوں میں پروسیس ٹرانسمیٹر کم - سطح کے درجہ حرارت اور دباؤ کے اشارے کو مستحکم 4 سے 20 ایم اے موجودہ لوپ سگنلز میں تبدیل کرتے ہیں جو ہزاروں فٹ آسانی سے سفر کرسکتے ہیں۔
Speed and position sensors for machine tools and automated guided vehicles in factory automation environments generate unipolar and bipolar voltage signals, typically ranging from 0V to 5V, 0V to 10V, ±5V, or ±10V. Additionally, signals from commonly used PT100 temperature sensing elements often require no conversion and can be directly utilized within standard ranges, such as 10V or 20mA. As RTDs (Resistance Temperature Detectors) made from platinum (Pt), PT100s exhibit a resistance of 0Ω at 100°C. Their resistance exhibits a linear relationship with temperature and provides a relatively high output signal level (>1MV جب 100ma موجودہ ماخذ کے ذریعہ کارفرما ہے)۔
عمل ماحول میں کنٹرول افعال کو PLCs (پروگرام قابل منطق کنٹرولرز) ، پی سی ایس ایس (پروسیس کنٹرول سسٹم) ، یا (ابھی حال ہی میں) آئی پی سی (صنعتی ذاتی کمپیوٹر) کے ذریعہ نافذ کیا جاتا ہے۔ چونکہ یہ آلات ڈیجیٹل سسٹم ہیں جو عمل - مخصوص سافٹ ویئر چلاتے ہیں ، لہذا کمپیوٹر کو پڑھنے سے پہلے تمام ینالاگ سگنلز کو ڈیجیٹل میں تبدیل کرنا ہوگا۔
کنٹرول سسٹم کے اندر A/D کی تبدیلی بورڈ یا خانوں کے ذریعہ انجام دی جاتی ہے جسے "ینالاگ پردیی" کہا جاتا ہے۔ جب دور دراز سے انسٹال ہوتا ہے تو (جیسے ، مشینری پر) سسٹم کی بیک پلین بس یا فیلڈبس کے ذریعے سی پی یو سے رابطہ قائم کرتا ہے۔ ڈیجیٹل سرکٹری (سی پی یو مواصلات کے ل)) سے پرے ، ان پیریفیرلز میں مختلف صحت سے متعلق ینالاگ اور مخلوط - سگنل اجزاء شامل ہیں۔ فی بورڈ یا چھوٹے پیکیجز (مشین بڑھتے ہوئے) کے لئے مزید چینلز کی ضرورت جگہ اور بجلی کی رکاوٹوں کا باعث بنتی ہے ، جو ینالاگ پردیی کے لئے بنیادی ڈیزائن چیلنج پیش کرتی ہے۔ مندرجہ ذیل سرکٹ سگنل کنڈیشنگ کی تکنیک کی وضاحت کرتا ہے اور ایک ہی چپ کا استعمال کرتے ہوئے آٹھ چینلز کو ڈیجیٹائز کرنے کے لئے ایک طریقہ کی وضاحت کرتا ہے۔
ڈیٹا کے حصول کا نظام
اعلی درجے کے ڈیٹا ایکوزیشن سسٹم (شکل 1) میں ان پٹ چینلز کے مابین سوئچ کرنے کے لئے ایک ملٹی پلیکسر (MUX) شامل ہے ، ایک سگنل کنڈیشنگ سرکٹ مختلف ان پٹ کی حدود کے لئے حاصل اور آفسیٹ ایڈجسٹمنٹ ، اور ایک ینالاگ - سے - ڈیجیٹل کنورٹر (ADC) کے ساتھ ایک حوالہ وولٹیج (VREF) کے ساتھ۔
چترا 1۔ یہ آریگرام ڈیٹا کے حصول کے نظام کے بنیادی اجزاء کی وضاحت کرتا ہے۔
مربوط ڈی اے ایس حل
اعداد و شمار 1 میں دکھائے گئے بنیادی ماڈیولز کو مربوط کرکے ، میکسم نے سنگل - چپ ڈیٹا کے حصول کے نظام کی ایک سیریز تیار کی ہے جو بورڈ کی جگہ ، بجلی کی کھپت اور ڈیزائن کے وقت کو بچاتے ہیں۔ ان چپس میں کم سے کم بیرونی اجزاء کی ضرورت ہوتی ہے (کچھ معاملات میں کوئی نہیں) اور اس وقت استعمال میں موجود زیادہ تر معیاری سگنل کو تبدیل کرسکتا ہے۔ ہر ڈیوائس میں 12 بٹ اے ڈی سی ، ملٹی پلیکسر ، اور گین/آفسیٹ اصلاح شامل ہوتی ہے ، جس میں زیادہ تر مائکرو پروسیسرز سے آسان رابطے کے لئے سیریل یا متوازی ڈیجیٹل انٹرفیس شامل ہوتا ہے۔
مندرجہ ذیل بلاک ڈایاگرام (شکل 2) اس سلسلے کی ایک عام ترتیب کی وضاحت کرتا ہے۔ بنیادی اختلافات مائکرو پروسیسر سے منسلک ڈیجیٹل سیکشن میں پائے جاتے ہیں۔ ہر چپ 16 یا 5 سنگل - ختم شدہ ینالاگ ان پٹ چینلز مہیا کرتی ہے جو داخلی ADC سے منسلک غلطی - محفوظ ملٹی پلیکسر کے ذریعہ ہوتی ہے۔ کوئی بھی چینل ان پٹ وولٹیج کا مقابلہ کرسکتا ہے<>.<>v ، اور کسی بھی چینل پر غلطی کسی دوسرے چینل پر تبادلوں کو متاثر نہیں کرتی ہے۔
چترا 2۔ شکل 1 میں دکھائے گئے افعال کو اس چپ میں مربوط کیا گیا ہے۔
ہر چینل کو ایک معیاری ان پٹ رینج (0 سے 5V ، 0 سے 10V ، ± 5V ، یا ± 10V) کے لئے آزادانہ طور پر پروگرام کیا جاسکتا ہے جبکہ ایک ہی 5V سپلائی کے ذریعہ چل رہا ہے۔ دوسرے آلات میں بھی اسی طرح کے حصول کے ڈھانچے شامل ہیں لیکن مختلف ان پٹ کی حدود کو قبول کرتے ہیں: یونپولر یا بائپولر 2V یا 4V ، یا یونپولر یا بائپولر VREF یا - VREF۔ 100 ایکس حاصل کرنے کی مختلف صلاحیتوں کی اہلیت 10 ٪ ان پٹ آفسیٹ (-10V سے +2 v) کے ساتھ متحرک حد کو 14 بٹس سے بڑھا دیتی ہے ، جس کے نتیجے میں سسٹم ہوتے ہیں۔<>- بٹ متحرک حد۔
داخلی ADC ایک 12 بٹ لگاتار قریب قریب کی قسم ہے جو ایک گنجائش والے DAC پر مبنی ہے ، جہاں MSB کیپسیٹینس نمونے/ہولڈ سرکٹ میں ہولڈ کیپسیٹر کے طور پر بھی کام کرتا ہے۔ ہر ڈیوائس یا تو داخلی آسکیلیٹر یا بیرونی گھڑی کا استعمال کرتے ہوئے چل سکتی ہے۔
MAX196 سے MAX199 آلات حصول کو شروع کرنے اور روکنے کے لئے /WR دالوں کا استعمال کرتے ہیں ، جو تبادلوں کی رفتار کو سست کیے بغیر "بیرونی حصول موڈ" میں نسبتا long طویل حصول کے اوقات فراہم کرتے ہیں۔ آلہ کی مختصر یپرچر میں تاخیر اور کم یپرچر جٹر (<50ps in external clock/acquire mode) enable precise control of acquisition timing. This capability is critical for phase-sensitive applications such as power line control and AC motor control. Additionally, the chip's wideband input architecture provides up to 5MHz small-signal bandwidth, allowing undersampling techniques beyond the Nyquist frequency.
ڈیجیٹل انٹرفیس
اعلی - اسپیڈ پیمائش کی ضرورت والی ایپلی کیشنز متوازی ڈیٹا انٹرفیس (میکس 196 سے زیادہ سے زیادہ 199) کے ذریعہ بہترین طور پر پیش کی جاتی ہیں۔ یہ آلات 100 میگاہرٹز گھڑی کی شرحوں پر 2KSPS ان پٹ حاصل کرتے ہیں ، جو زیادہ تر - اسپیڈ کنٹرول لوپ کے لئے کافی ہیں۔ کم - اسپیڈ ایپلی کیشنز کے لئے ، دستیاب I²C - مطابقت پذیر انٹرفیس ورژن بورڈ کی جگہ کو محفوظ کریں اور DAS اور مائکروکنٹرولرز کے مابین مواصلات کو آسان بنائیں۔ ان آلات میں تیزی سے تبادلوں کے اوقات (10μs) شامل ہیں ، لیکن سیریل انٹرفیس ان کے تھرو پٹ کو 8KBPs تک محدود کرتا ہے۔
مثال کے طور پر ، MAX197 0V سے 10V ، 0V سے 5V ، ± 5V ، اور ± 10V آدانوں کو قبول کرتا ہے۔ ان آدانوں کو چلانے والے ماخذ کی رکاوٹ صارفین کے لئے ایک بنیادی تشویش ہے۔ نمونے لینے کے دوران ، ADC اپنے T/H کیپسیٹر (Capacitive DACs کے لئے MSB کیپسیٹر) چارج کرنے کے لئے ایک موجودہ نبض کھینچتا ہے۔ لہذا ، حصول کے دوران مناسب وولٹیج طے کرنے کو یقینی بنانے کے لئے کافی حد تک شرح کے ساتھ آپریشنل یمپلیفائر کو تیز رفتار - طے کرنا ضروری ہے۔ MXL1013/MXL1014 آپریشنل یمپلیفائر تیز نمونے لینے کی شرح کے حصول میں اچھی کارکردگی کا مظاہرہ کرتے ہیں۔ سست آپریشنل یمپلیفائر کے ل the ، حصول کے وقت کو بڑھایا جانا چاہئے۔
بہت سے آٹومیشن سسٹم میں استعمال ہونے والے تفریق ان پٹ عام - وضع کی مداخلت سے نسبتا غیر حساس ہیں۔ زیادہ تر معاملات میں ، ایک سادہ تفریق یمپلیفائر سرکٹ (شکل 3) جس میں ان پٹ رکاوٹ 1MΩ کافی سے زیادہ ہے۔ ۔
vout=r2 (v + - v -) / r1.
اعلی عام - موڈ کو مسترد کرنے کے لئے ، R 1=r3 اور r 2=r4 سیٹ کریں۔ دکھائے گئے امتزاج کا فائدہ 0.876 ہے ، جس میں ± 10V ان پٹ رینج کو تقریبا 114 ٪ تک بڑھایا جاتا ہے تاکہ رینج سے باہر سگنل کی پیمائش کی جاسکے۔ یہ ایڈجسٹمنٹ ± 10V بینڈ کی ریزولوشن کو تقریبا 11.8 بٹس تک کم کردیتی ہے۔
چترا 3۔ ایک سادہ تفریق یمپلیفائر اعلی ان پٹ مائبادا اور سنگل - اختتامی آؤٹ پٹ فراہم کرتا ہے۔
20 ایم اے موجودہ لوپ
موجودہ لوپس شور کے ماحول میں لمبے فاصلے پر چھوٹے چھوٹے اشارے منتقل کرتے ہیں۔ موجودہ عام طور پر ایک پروسیس ٹرانسمیٹر کے ذریعہ تیار کیا جاتا ہے ، جو درجہ حرارت یا دباؤ جیسے متغیرات کو 0mA سے 20MA یا 4MA سے 20MA کی حد میں براہ راست موجودہ میں تبدیل کرتا ہے۔ اس کے بعد موجودہ ایک شینٹ ریزسٹر سے بہتا ہے ، جس سے متناسب وولٹیج ڈراپ پیدا ہوتا ہے جو آسانی سے ڈیجیٹائزڈ ہوتا ہے۔ چونکہ لوپ - کو چلانے کے لئے دستیاب مطابقت پذیر وولٹیج جس میں تار کی مزاحمت - بھی شامل ہے ، شاذ و نادر ہی 15V سے 18V سے زیادہ ہے ، لہذا ریزٹر کی قیمت چند سو اوہمس تک محدود ہے (شکل 4)۔
چترا 4. شکل 3 میں دکھائے جانے والے یمپلیفائر کو 220Ω شنٹ ریزسٹر سے اخذ کردہ موجودہ لوپ سگنل کے ساتھ جوڑنے سے ایک آسان واحد - ختم شدہ آؤٹ پٹ پیدا ہوتا ہے۔اس سرکٹ میں 220Ω شینٹ ریزسٹر کے ساتھ ، 10 وی کنڈیشنگ سرکٹ کی طرح ایک ہی امتیازی یمپلیفائر شامل ہے۔ یہ ریزسٹر 4MA پر 4.20V اور 5MA پر 5.25V پر وولٹیج ڈراپ کی نمائش کرتا ہے۔ امتیازی یمپلیفائر کا فائدہ ADC ان پٹ پر زیادہ سے زیادہ 4.62V میں ایڈجسٹ کیا جاتا ہے۔ لہذا ، 0.5V ان پٹ کے لئے پروگرام کردہ ایک DAS اس سگنل کو زیادہ سے زیادہ 11.8 بٹس کی قرارداد کے ساتھ ڈیجیٹائز کرسکتا ہے۔
چونکہ میکس 198/میکس 199 اور میکس 128 میں اس سلسلے میں سب سے چھوٹی ان پٹ رینج ہے ، لہذا وہ بغیر کسی ایڈجسٹمنٹ کی ضرورت کے ایک چھوٹا سا شینٹ ریزسٹر کے ساتھ کام کرتے ہیں۔ اس سے وہ ان نظاموں میں 10MA پیمائش کے ل more زیادہ موزوں ہوجاتے ہیں جن کے لئے دیگر اعلی - سطح کی پیمائش (± 20V تک) کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ MAX199 کے ساتھ استعمال کے ل figure شکل 4 میں دکھائے گئے سرکٹ کو اپنانے کے ل max ، MAX199 کو 0 سے 2V ان پٹ رینج کے لئے تشکیل دیں اور 536KΩ ریزٹر کو 470KΩ میں تبدیل کریں۔ ایک 86 ω شینٹ ریزسٹر استعمال کریں۔
سینسر موافقت
تھرموکوپلس ، تناؤ گیجز ، اور دیگر عام سینسر کم - لیول نون لائنر سگنل فراہم کرتے ہیں جو EMI کے لئے حساس ہیں۔ لہذا ، اس معلومات کو کنٹرول سسٹم کو بھیجنے سے پہلے ، ایک 4-20ma ٹرانسمیٹر پہلے لکیریز اور سگنل کی شرائط۔ کم درجہ حرارت کی پیمائش کی درخواستوں کے لئے ، مزاحمتی درجہ حرارت کا پتہ لگانے والے (آر ٹی ڈی ایس) مہنگے سگنل کنڈیشنگ کی ضرورت کے بغیر لمبی دوری پر 850 ڈگری تک درجہ حرارت کی پیمائش کرسکتے ہیں۔
سب سے مشہور آر ٹی ڈی معیاری پلاٹینم درجہ حرارت سینسر ہے جسے PT100 کے نام سے جانا جاتا ہے ، جس میں 100 ڈگری پر 0ω کی مزاحمت اور 0.38Ω/ ڈگری کا لکیری درجہ حرارت گتانک ہے۔ اس میں ایک چھوٹے سے نان لائنر درجہ حرارت کے گتانک کی نمائش بھی کی گئی ہے ، جس سے اس کی ω/ ڈگری کی خصوصیت ایک تنگ حد سے زیادہ لکیری ہوتی ہے۔ تھرموکوپلس کے برعکس ، جہاں وولٹیج آؤٹ پٹ دو نکات کے مابین درجہ حرارت کے فرق کی نمائندگی کرتا ہے ، RTD کی مزاحمت براہ راست سینسر کے مطلق درجہ حرارت کی نمائندگی کرتی ہے۔
پیمائش سینسر کے ذریعہ 1MA سے 2MA موجودہ چلا کر اور اپنے ٹرمینلز میں وولٹیج ڈراپ کی پیمائش کرکے حاصل کی جاتی ہے۔ اعلی دھارے خود کی وجہ سے پیمائش کی غلطیاں متعارف کراتے ہیں - سینسر کے اندر بجلی کی کھپت میں اضافہ کی وجہ سے گرمی۔ ایک داخلی 4.096V حوالہ سینسر جوش و خروش موجودہ (شکل 5) کی نسل کو آسان بناتا ہے۔
چترا 5۔ یہ سرکٹ RTD سینسر کو موجودہ فراہم کرتا ہے اور اس کے نتیجے میں آؤٹ پٹ کو ڈیجیٹائز کرتا ہے۔
تار کی مزاحمت کو پیمائش کی درستگی کو متاثر کرنے سے روکنے کے لئے ، چار آزاد تاروں RTD کو امتیازی یمپلیفائر سے مربوط کرتے ہیں۔ چونکہ سینسنگ تاروں نے یمپلیفائر کے اعلی - مائبادا ان پٹ سے رابطہ قائم کیا ہے ، لہذا ان کا موجودہ بہت کم ہے ، جس کے نتیجے میں نہ ہونے کے برابر وولٹیج ڈراپ ہوتا ہے۔ 4096MV ریفرنس وولٹیج اور 3.3KΩ فیڈ بیک ریزسٹر نے جوش و خروش کو تقریبا 40 4096MV/3.3KΩ=1.24 ایم اے پر مقرر کیا۔ اس کے نتیجے میں ، ایک ہی حوالہ وولٹیج کے ساتھ ADC اور موجودہ ماخذ دونوں کو چلانے سے تناسب کی پیمائش قابل ہوجاتی ہے جہاں حوالہ وولٹیج بڑھنے سے تبادلوں کے نتائج کو متاثر نہیں ہوتا ہے۔
میکس 197 کو 0V سے 5V ان پٹ رینج کے لئے تشکیل دیں اور تقریبا 800 ڈگری کی نمائندگی کرتے ہوئے ، 400Ω تک مزاحمت کی اقدار کی پیمائش کے لئے تفریق یمپلیفائر حاصل کو 10 پر مقرر کریں۔ مائکرو پروسیسر ایک نظر والی ٹیبل کا استعمال کرتے ہوئے سینسر سگنل کو لکیرائز کرسکتا ہے۔ سسٹم کو کیلیبریٹ کرنے کے لئے ، آر ٹی ڈی کو دو صحت سے متعلق مزاحموں (100Ω کی نمائندگی کرتے ہوئے صفر ، 300Ω یا اس سے زیادہ کی نمائندگی مکمل پیمانے پر) کے ساتھ تبدیل کریں اور تبادلوں کے نتائج کو ذخیرہ کریں۔
مخصوص ان پٹ حدود میں مخصوص سرکٹس کو وقف کرنے کے بجائے ، شکل 6 میں دکھایا گیا سرکٹ پہلے بیان کردہ کسی بھی سگنل کی حد کو ایڈجسٹ کرنے کے لئے ADC ان پٹ کو ڈھال دیتا ہے۔ ان پٹ پن اور اے ڈی سی ان پٹ رینج (ٹیبل 1) کا انتخاب مناسب ترتیب کو منتخب کرنے کی اجازت دیتا ہے۔
چترا 6۔ یہ یونیورسل ان پٹ سرکٹ ہر ان پٹ چینل پر ADC کو سگنل کی حد میں ڈھال دیتا ہے۔