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尺寸开拓平台(EVAL-ADICUP3029)
设计和集成文件
PLC/DCS Wiki用户指南
事理图、布局文件、物料清单、软件
电路功能与上风
可编程逻辑掌握器(PLC)和分布式掌握系统(DCS)被用于监测和掌握工业自动化运用中的智能（支持HART）和仿照现场仪器仪表。
图1所示的电路是一个大略的DCS系统，由一台主机、一个单节点、两个4通道隔离仿照输入板和两个4通道隔离仿照输出板组成，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，用户可以利用Modbus协议与节点交流数据。
仿照输入数据从本地读取，通过利用行业标准Modbus协议的串行接供词给，确保在一系列软件运用和库中，担保数据完全性和可兼容性。同样地，仿照输出通过向Modbus寄存器写入来置位，然后被转换为仿照电压或电流旗子暗记。
每个节点可以支持4个仿照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，可以利用供应的硬件和软件根本架构。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）的仿照输入和仿照输出都履行电气隔离，仿照输入支持开路检测，简化了故障检测和诊断过程。在严厉的工业自动化环境中利用时，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
该运用侧重于展示受Modbus主机管控的PLC/DCS系统的开拓，并且通过示例解释如何利用主要组件的最新功能。单节点系统常日被称为PLC，更大型的系统则常日被称为DCS。
每个节点可以管控多达16个仿照现场器件、传感器或驱动器（兼容HART或仅支持仿照），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仿照数据采集运用，例如仪器仪表、仿照数据记录，或测试和丈量。
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，非常适宜哀求主机和节点之间间隔小于2米的实验室测试和丈量运用。
在这个点对点拓扑中，电路板四个一组的仿照输入和输出仍旧与主机保持隔离。虽然一样平常来说与实验室设备不干系，但Modbus协议供应一种方便、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履行配置。
主机和节点之间的间隔增大到2米以上时，旗子暗记完全度、噪音拾取和电气故障会成为更严重的隐患。在这些情形下，EVAL-CN0416-ARDZ为主机供应可靠的RS-485连接。在单节点、点对点系统中，支持在1 km以上间隔中进行全双工或半双工通信，详细由波特率决定。
对付多节点系统（称为DCS更加得当），EVAL-CN0416- ARDZ供应菊花链端口，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。
由于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，都可以实现大略、可靠且耐用的系统。PLC/DCS运用的硬件协议栈包含三个不同的参考设计。
仿照输入板
图3所示的CN-0414用于丈量4个全差分旗子暗记，或者丈量8个单端电压和4个电流旗子暗记。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仿照前端。
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，同时采取5 V或3.3 V单电源供电，而之前的办理方案一样平常都须要大于±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。电流输入上须要250 Ω输入电阻，以使符合HART哀求的AD5700-1调制解调器可与AD4111合营利用。
电路的仿照前端AD4111和AD5700-1通过ADuM5411和ADuM3151与处理侧隔离，比较基于分立式变压器的办理方案，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范例，因此能够轻松集成到您的系统之中。
图3.仿照输入板
仿照输出板
图4所示的CN-0418是一款4通道电压和电流输出板，以具备动态功率掌握功能的AD5755-1 DAC为根本构建。
此电路供应4 mA至20 mA电流输出，以及单极性或双极性电压输出(±10 V)。此板还配有AD5700-1 HART调制解调器，供应完全的支持HART连接的仿照输出办理方案。 同时还包括外部瞬变保护电路，这对恶劣工业环境中的运用极其主要。
电流输出和电压输出通过独立引脚供应，一次仅一个输出处于有效状态，因而许可将两个输出引脚连在一起并接到单个端口上。仿照输出受短路和开路保护。
AD5755-1集成基于DC-DC升压转换器电路的动态电源掌握功能，在电流输出模式下可降落功耗。
AD5755-1有四个CHART引脚，分别对应于四个输出通道。HART旗子暗记可以耦合至这些引脚，并涌如今对应的输出端（如果该输出已使能）。
图4.仿照输出板
RS-485收发器板
图5所示的CN-0416是一款隔离和非隔离式RS-485收发器板，能够在多个别系或节点之间轻松履行数据传输，尤其是在长间隔下。
该电路利用ADM2682E RS-485收发器来进行隔离通信，利用LTC2865 RS-485来进行非隔离通信。 这两种器件都可以配置进行全双工或半双工操作，具备开路或端接传输线。
该电路采取板载式RJ-45插孔，因此能够利用常用的CAT5以太网电缆，快速和节点物理连接。端电极电阻被默认设置为CAT5电缆的特性阻抗100 Ω，但在配置之后，可以支持标准RS-485电缆的120 Ω阻抗。
ADM2682E的数据速率可以达到16 Mbps，供应真正安全的吸收器输入和经由调度的差动电压阈值。它利用iCoupler数据通道，供应5 kV旗子暗记隔离，利用isoPower集成式DC-DC转换器，供应5 kV电源隔离。
LTC2865的数据速率可以达到20 Mbps，供应真正安全的吸收器输入。由一个内部窗口比较器确定安全状况，无需调节差动输入电压阈值。
图5.RS-485收发器板
兼容HART的现场器件的接线
图6.兼容HART的现场器件的接线
HART网络
HART器件可在点对点或多分转站这两种网络配置中的一种运行。
在点对点模式下，4 mA至20 mA旗子暗记被用于传输一个过程变量，而额外的过程变量、配置参数和其他器件数据则通过HART协议以数字办法传输。4 mA至20 mA仿照旗子暗记不会受到HART旗子暗记影响，可用于履行掌握。HART协议供应访问赞助变量和其他数据的权限，这些数据可用于履行操作、调试、掩护和诊断。
Modbus协议
在EVAL-ADICUP3029上运行的软件采取Modbus协议——一种事实上的开放型工业通信标准。Modbus供应一种与单个节点交流数据的可靠办法，通过CRC偏差检测来确保数据的完全性。作为一项开放标准，存在浩瀚可用的开放源和商用Modbus软件库，适用于各种平台（例如Windows®、Linux®、嵌入式平台等）。
这些软件也供应大略的命令行接口(CLI)模式，使系统能够从串行端口手动验证，无需主机上装载任何额外的软件。
硬件和软件协议栈
PLC/DCS节点系统软件和硬件协议栈如图7所示。
图7.PLC/DCS节点系统软件和硬件协议栈
配置PLC/DCS硬件之后，用户一样平常会根据措辞（例如C、Python、MATLAB）和主机平台（例如Linux、Windows、嵌入式平台）选择适用的Modbus库。然后，必须编写大略的测试运用程序，将仿照和HART参数转化为Modbus寄存器地址和值。
CN-0435用户指南供应此运用程序的Modbus寄存器映射的完全描述，并利用开源Modbus调试器来验证Modbus的合规性。
此外，还供应多个基于开源Modbus库的顶层运用，包括：
检测系统配置：查询所有Modbus节点，显示配置。
读写输出保持寄存器：检讨或变动所有受检测板的输出保持寄存器的状态。
读取仿照输入寄存器：检讨所有受检测板的输入寄存器的状态。
读取仿照数据：读取单个仿照输入或所有仿照输入，在掌握台显示数据。
写入仿照数据：写入仿照输出，以产生电压或电流。
仿照回波：读取仿照输入板的仿照电压或电流，然后将相同数值的仿照电压或电流写入仿照输出板。
常见变革
CN-0435软件读取仿照输入值和写入仿照输出值，无需履行本地处理。该软件可以扩展包含故障检测和相应等功能，或者包含闭环PID掌握环路，从主机上卸载这些功能，节省通信总线的带宽。
树莓派可以用作构造紧凑、价格低廉的主机办理方案。树莓派供应有线或无线以太网连接，可以直接连接至EVAL-ADICUP3029的USB-UART。
如今最常用的三种Modbus版本分别为：Modbus ASCII、Modbus RTU和Modbus TCP。所有Modbus都采取相同格式发送。这三种Modbus类型的唯一差异在于的编码办法。
可以通过Modbus连接的器件的数量由物理层和数据协议决定。如果RS-485物理层和Modbus RTU或Modbus ASCII数据协议一起利用，那么可以寻址的节点的最大数量为32，但是，如果以太网物理层和Modbus TCP数据协议一起利用，则可以寻址的节点为247个。
器件的地址是从0至247的数字。发送至地址0的（广播）会被所有从机接管，但1到247这些数值是特定器件的地址。
CN-0414和CN-0418的Arduino尺寸确保与支持广泛的其他自动化通信协议的开拓平台兼容，包括过程现场网(PROFINET)、过程现场总线(PROFIBUS)、掌握自动化技能的以太网(EtherCAT)、EtherNet/IP、Modbus Plus，以及其他协议。
电路评估与测试
以下部分将先容采取参考演示所需的设备和一样平常步骤。可利用软件的CLI选项，来装置DCS系统并测试其基本功能。如需查看完全解释和附加信息，请参阅分布式掌握系统(DCS)演示Wiki用户指南。
设备哀求
须要以下设备：
具有USB端口和Windows 7（32位）或更高版本的PC
串行终端程序，如TeraTerm或Putty
一个或多个EVAL-CN0414-ARDZ电路评估板，和/或一个或多个EVAL-CN0418-ARDZ电路评估板，适用于每个节点
一个或多个EVAL-CN0416-ARDZ电路板，适用于Modbus接口，另一个EVAL- CN0416-ARDZ板，适用于每个节点
一个ADALM-UARTJTAG评估板，带有一个附加EVAL-CN0416-ARDZ板（或其他半双工RS-485适配器）
一个EVAL-ADICUP3029评估板，适用于每个节点
Micro USB电缆
一根RJ-45电缆，用于RS-485接口，另一根电缆用于每个节点
PLC系统软件或预置的十六进制文件
1 A电源时采取24 V直流电压
开始利用
以下是基本设置步骤：
将EVAL-ADICUP3029的USB电缆插入PC，然后将固件闪存到利用的每个电路板上。
配置硬件。遵照分布式掌握系统(DCS)演示Wiki用户指南。确保精确设置每块板上的跳线和开关。或者，对付仿照输入板，连接传感器或旗子暗记源，对付仿照输出板，则连接实行器或万用表。
对付每个节点，按以下顺序将平台和扩展板堆叠在一起：
EVAL-CN0416-ARDZ（顶部）
EVAL-CN0414-ARDZ或EVAL-CN0418-ARDZ（可选）
EVAL-CN0414-ARDZ或EVAL-CN0418-ARDZ（可选）
EVAL-CN0414-ARDZ或EVAL-CN0418-ARDZ（可选）
EVAL-CN0414-ARDZ或EVAL-CN0418-ARDZ（可选）
EVAL-ADICUP3029（底部）
4.在节点和RS-485适配器（可能是ADALM-UARTJTAG和EVAL-CN0416-ARDZ）之间连接RJ-45电缆。
5.将RS-485适配器连接至主机。
6.按3029_Reset按钮，或重新启动系统。
如需查看完全细节，请参阅分布式掌握系统(DCS)演示Wiki用户指南。
功能框图
图8.单节点PLC仿照I/O系统
图9.DCS仿照I/O系统
