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工业PLC的数字I/O设计

搭载了TLP2363(15Mbps高速通信光电耦合器)的数字I/O解决方案
Digital I/O design for industrial PLC

工厂自动化(FA)成为当今先进制造的重要组成部分。PLC(可编程逻辑控制器)是实现FA的核心要素,目前,IEC 61131-2 [注1]已被应用在支持PLC全输入/输出功能的数字输入模块中。由于品类繁多的设备间已相互连接,已对工业控制设备进行了标准化。在日本,JIS B 3502标准专门应用在工业环境中的PLC元件中。这次我们推出了用于高速通讯的光耦TLP2363,它适用于需要满足IEC 61131-2标准的PLC数字输入模块的方案设计。

[注1] IEC 61131-2:可编程控制器设备的相关要求和检测内容

TLP2363的特性

  1. 保证最大和最小阈值输入电流
  2. 对输入和电源的缓慢上升和下降具有很高的抗扰度

 

保证最大和最小阈值输入电流

IEC 61131-2为PLC使用的数字输入模块指定了三个电压/电流工作范围(1型、2型和3型)。针对TLP2363,可以按照下面描述的电路常数来应用1型电压/电流工作范围。如图1所示,数字输入要求的特点为:定义了模块应关闭的区域。

图1:IEC 61131-2 1型电压/电流工作范围
图1:IEC 61131-2 1型电压/电流工作范围

数字输入模块的配置如图2所示。R1和R2必须按照图1中所示的工作范围进行配置。在传统高速通信光耦中,由于只能保证控制高/低输出的阈值输入电流的最大值,因此很难设计出符合图1中工作范围的模块

图2:数字输入模块的配置
图2:数字输入模块的配置

TLP2363不仅保证了阈值输入电流的最大值,也保证了最小值,因而有助于简化图1所示的工作范围输入模块的设计。

在图2中,在工作环境温度为-40℃~ 105℃,TLP2363正常运行时,使用具有以下常数的外围器件,可以覆盖图1所示的工作范围。【注2】

  • R1=2200Ω
  • R2=750Ω
  • RL=1000Ω
  • VCC=3.3V

[注2] 不能保证符合要求。可将此作为设计策略的参考方案

对电源电压慢升慢降具备高抗扰度

除上述对输入电路工作范围的要求外,IEC 61131-2还规定了与外部电源变化有关的PLC系统行为的研究。需进行外部电源的慢关慢开试验,以确认在开启或关闭电源60秒时预先显示指定的表现。

由于输出是稳定的,即使当电源打开或关闭60秒时也不会产生波动(图3),因此TLP2363不需要搭配图2(图4)中所示的Schmitt触发器。这将有助于减少元件的数量。

Fig. 3

图3 左侧:启动VCC,电压从0V升至3.3V,60秒时VO的表现
右侧:当VCC从3.3V降至0V,60秒时VO的表现
IF:电流在光耦的一次侧(LED)流过
VO:输出电压

图4:使用TLP2363设置数字输入模块
图4:使用TLP2363设置数字输入模块

此外,TLP2363对输入信号的逐渐升降有较高的耐受度,即便外部输入不稳定,也能保持稳定的输出。(图5)

Fig. 5

图5 左侧:启动IF,电流从0mA升至2.4mA,60秒时VO的表现
右侧:IF从2.4mA降至0mA,60秒时VO的表现
IF:电流在光耦的一次侧(LED)流过
VO:输出电压

由于TLP2363是集电极开路输出型,当VCC外加高于最小工作电压的电压时,其输出逻辑。

LED

VO





综上所述,TLP2363具有15Mbps(典型值)的数据传输速率,适合于需要高速I/O的PLC数字输入模块设计。

器件型号

TLP2363

数据手册

PDF

封装
(宽×长×高mm)

5pin SO6
(3.7×7.0×2.1)

绝对最大额定值


工作温度Topr(℃)

-40至105

输出电流
IO(mA)

25

电气特性

供电电流
ICCH,ICCL最大值(mA)

4

阈值输入电流(高/低)
IFHL(mA)

@VCC=3.3V,RL=1kΩ

0.3至2.4

开关特性

传输延迟时间
tpHL,tpLH最大值(ns)

80

共模瞬态抗扰度
CMH, CML 最小值(kV/μs)
@Ta=25℃

±20

隔离特性


隔离电压BVS最小值(Vrms)

@Ta=25℃

3750

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