可編程邏輯控制器(PLC)是很多工業自動化和過程控制系統的核心，可監控和控制復雜的系統變量。 基于PLC的系統采用多個傳感器和執行器，可測量和控制模擬過程變量，例如壓力、溫度和流量。 PLC廣泛應用于眾多不同應用，例如工廠、煉油廠、醫療設備和航空航天系統，它們需要很高的精度，還要保持穩定的長時間工作。 此外，激烈的市場競爭形勢要求必須降低成本和縮短設計時間。 因此，工業設備和關鍵基礎設施的設計人員在滿足客戶對精度、噪聲、漂移、速度和安全的嚴格要求方面遇到了嚴峻的挑戰。

本文說明如何利用ADAS3022來替換模擬前端(AFE)級，從而降低復雜性，解決多通道數據采集系統設計中遇到的諸多難題。 這種高性能器件具有多個輸入范圍，非常適合高精度工業、儀器、電力線和醫療數據采集卡應用，可以降低成本和加快產品面市，同時占用空間很小，易于使用，在1 MSPS速率下提供真正的16位精度。

圖1. 典型PLC信號鏈

PLC應用示例

圖1顯示在工業自動化和過程控制系統中使用PLC的簡化信號鏈。 PLC通常包括模擬和數字輸入/輸出(I/O)模塊、中央處理器(CPU)和電源管理電路。

在工業應用中，模擬輸入模塊可獲取和監控惡劣環境中的遠程傳感器信號，例如存在極端溫度和濕度、振動、爆炸化學物品的環境。 典型信號包括具有5 V、10 V、±5 V和±10 V滿量程范圍的單端電壓或差分電壓，或者0 mA至20 mA、4 mA至20 mA、±20 mA范圍的環路電流。 當遇到具有嚴重電磁干擾(EMI)的長電纜時，通常使用電流環路，因為它們本身具有良好的抗擾度。

模擬輸出模塊通常控制執行器，例如繼電器、電磁閥和閥門等，以形成完整自動化控制系統。 它們通常提供具有5 V、10 V、±5 V和±10 V滿量程范圍的輸出電壓，以及4 mA至20 mA的環路電流輸出。

典型模擬I/O模塊包括2個、4個、8個或16個通道。 為滿足嚴格行業標準，這些模塊需要提供過壓、過流和EMI浪涌保護。 大多數PLC包括ADC和CPU之間、CPU和DAC之間的數字隔離。 高端PLC可能還有國際電工委員會(IEC)標準規定的通道間隔離。 很多I/O模塊包括每通道軟件可編程單端或差分輸入范圍、帶寬和吞吐率。

在現代PLC中，CPU自動執行多個控制任務，利用實時信息訪問進行智能決策。 CPU可能包含高級軟件和算法以及Web連接，用于差錯校驗診斷和故障檢測。 常用通信接口包括RS-232、RS-485、工業以太網、SPI和UART。

圖2所示電路是一款高度集成、16位、1 MSPS、多路復用、8通道、靈活的數字采集系統(DAS)，集成可編程增益儀表放大器(PGIA)，能夠處理全范圍工業級信號。 這種高集成度可以節省電路板空間，降低整體部件成本，使得ADAS3022非常適合空間受限的應用，例如自動測試設備、電力線監控、工業自動化、過程控制、病人監護以及其他工業和儀表系統，它們都采用±10 V的工業信號電平工作。

圖2. 采用5 V單電源的16位、1MSPS、8通道數據采集解決方案簡化原理圖