高級負載診斷功能助力縮短 24 VDC 配電的工廠(chǎng)停機時(shí)間

在工業(yè) 4.0 時(shí)代，診斷數據量逐年遞增，使系統變得更智能，能夠保持更長(cháng)的在線(xiàn)時(shí)間，并最終提高生產(chǎn)力。在可編程邏輯控制器 (PLC) 系統、機器人和機床行業(yè)，傳統上仍然缺乏診斷數據的一個(gè)領(lǐng)域是 24 V_DC 電源，它用于為工廠(chǎng)中的不同控制系統配電。

如果 24 V_DC 配電出現問(wèn)題，由于缺乏負載診斷數據，通常需要花費較長(cháng)時(shí)間進(jìn)行調試，其中包含基本步驟（如“電源正常的 LED 是綠色還是紅色？”）或侵入性調查（如模塊拆卸），這會(huì )增加停機時(shí)間并降低生產(chǎn)力。

電流檢測是一種負載診斷，當添加到 24 V_DC 配電網(wǎng)絡(luò )時(shí)，可以改進(jìn)數據收集，從而可以診斷過(guò)載電流、斷線(xiàn)和老化的機械系統，或者識別負載是否正確開(kāi)啟。

通過(guò)模數轉換器 (ADC) 和電流檢測放大器或集成電流監測的高側開(kāi)關(guān)來(lái)檢測電流的功能隨時(shí)可實(shí)現。然而，鑒于隔離柵、有限的 ADC 通道數量或 ADC 通道路由等因素，電流檢測難以實(shí)現且成本高昂。 

在不使系統過(guò)于復雜的情況下實(shí)現電流檢測的一種方法是使用具有集成式 ADC 的高側開(kāi)關(guān)。TPS274C65 采用 6mm x 6mm 方形扁平無(wú)引腳封裝，其中包含四個(gè) 65 m? 高側開(kāi)關(guān)，與市場(chǎng)上類(lèi)似的工業(yè)高側開(kāi)關(guān)相比，功率耗散降低了 38%。高側開(kāi)關(guān)通道和 ADC 可通過(guò)串行協(xié)議接口通信進(jìn)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(guò)數字輸出模塊中的隔離柵傳輸電流檢測數據，由于所有的路由都發(fā)生在芯片內部，因而減少了 ADC 通道的路由。此外，該器件還可以檢測內部金屬氧化物半導體場(chǎng)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(shuō)明了數字輸出模塊中的 TPS274C65 如何幫助增加通過(guò)隔離柵發(fā)送回 PLC 控制器的數據量。

圖 1：數字輸出模塊中 TPS274C65 的應用

現在，我們來(lái)看一下 TPS274C65 在工廠(chǎng)應用中的場(chǎng)景，如數字輸出，遠程輸入/輸出 (I/O) 模塊，以及機器人、計算機數控機床和多載波系統等大型系統。 

通過(guò)電流檢測縮短調試時(shí)間

如上所述，在沒(méi)有診斷數據的情況下，修復系統可能需要花費較長(cháng)時(shí)間進(jìn)行調試或侵入性調查（如模塊拆卸）。這對于機器人和機床等復雜系統來(lái)說(shuō)較為棘手。TPS274C65 中的集成式 ADC 能夠進(jìn)行現場(chǎng)和遠程檢查，以此來(lái)確定不同傳感器、繼電器和子系統的正確配電，這有助于消除潛在的根本原因，并使用戶(hù)能夠更快地發(fā)現問(wèn)題。通過(guò)此類(lèi)監測，還可以讓用戶(hù)知曉子系統是否出現故障，例如，如果需要現場(chǎng)調試，他們可以帶上備件。

圖 2 展示了數字輸出、遠程 I/O、機器或機器人應用中的配電網(wǎng)絡(luò )命令中心。這種細節水平有助于提供更多信息，幫助找到系統離線(xiàn)的根本原因。 

圖 2：TPS274C65USB 評估模塊 GUI

通過(guò)電流檢測實(shí)現預測性維護和預測性解決方案，防患于未然

更進(jìn)一步說(shuō)，擁有顯示系統在故障前如何運行的診斷數據，可以建立一個(gè)預測性解決程序，防止未來(lái)的機器出現同樣的故障。例如，通過(guò)電流檢測來(lái)確定小型電機或執行器是否消耗更大的電流來(lái)執行相同的功能，這可能意味著(zhù)它出現老化跡象、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(lèi)數據來(lái)執行預測性維護和預測性解決方案，從而確保停機時(shí)間在計劃范圍內。例如，捕獲電磁閥的負載電流曲線(xiàn)可以檢測其性能是否隨時(shí)間變化。電磁閥是否還可繼續使用，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(xiàn)。 

(a)

(b)

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

結語(yǔ)

TPS274C65 適用于工廠(chǎng)自動(dòng)化系統的電流檢測功能有助于縮短停機時(shí)間并提高生產(chǎn)力。歸根結底，通過(guò)采用工具箱中的這款工具，可以使配電更加智能。

其他資源

· 如需開(kāi)始評估 TPS274C65 的性能，請查看 TPS274C65 四通道 65mΩ 導通電阻高側開(kāi)關(guān)評估模塊。

如需了解更多有關(guān) TI 不斷壯大的高側開(kāi)關(guān)產(chǎn)品系列的信息，請參閱高側開(kāi)關(guān)頁(yè)面。