CM2272, SAR-ADC, Hochgeschwindigkeit, 2 MSPS, 16-Bit

Übersicht:
In einem System mit speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS) ist die präzise Messung und Steuerung analoger Signale für verschiedene industrielle Automatisierungsprozesse unerlässlich. Der CM2272, ein 16-Bit-Schnell-ADC mit zwei gleichzeitig abtastenden Kanälen nach dem SAR-Prinzip, ist aufgrund seiner Fähigkeit, genaue und schnelle Analog-Digital-Wandlung mit voll differentieller Eingangsunterstützung bereitzustellen, eine ideale Lösung für solche Anwendungen. Dieses Beispiel beschreibt, wie der CM2272 in einer SPS für die Echtzeitüberwachung und -steuerung in einer industriellen Automatisierungsumgebung eingesetzt werden kann.

Systemkomponenten:

1. CM2272 ADC : Die zentrale Komponente zur Umwandlung von analogen Signalen in digitale Signale für die Verarbeitung durch die SPS.

2. PLC : Ein programmierbarer Controller, der zur Automatisierung verschiedener industrieller Prozesse wie Temperaturregelung, Drehzahlregelung von Motoren und Drucküberwachung eingesetzt wird.

3. Sensoren/Aktuatoren : Verschiedene industrielle Sensoren, wie Temperatursensoren, Drucksensoren oder Motor-Encoder, liefern die zu messenden analogen Signale.

4. Schnittstelle für Kommunikation : Eine Kommunikationsschnittstelle wie SPI oder ein benutzerdefiniertes seriellen Protokoll wird verwendet, um Daten zwischen dem CM2272 und der SPS auszutauschen.

5. Stromversorgung : Das System arbeitet im Spannungsbereich, der vom CM2272 unterstützt wird (z. B. 2,5 V für die interne Referenzspannung, VDD-Bereich von 3,3 V bis 5 V).

Beispiel einer SPS-gesteuerten Anwendung: Drehzahlregelung von Motoren

In diesem Beispiel wird der CM2272 in einem System zur Motordrehzahlregelung eingesetzt, wobei die SPS für die Steuerung der Motordrehzahl basierend auf Echtzeitdaten eines Drehzahlmessgeräts oder Encoders verantwortlich ist.

Wichtige Schritte in der Anwendung:

1. Erfassung analoger Signale :

   • Der Drehzahlmesser oder Encoder erzeugt ein analoges Spannungssignal, das proportional zur Motordrehzahl ist. Dieses analoge Signal wird den voll differentiellen Eingängen des CM2272 zugeführt.

   • Der CM2272 tastet das Signal mit 2 MSPS und einer Auflösung von 16 Bit ab und wandelt es in ein digitales Signal für die weitere Verarbeitung durch die SPS um.

2. Datenübertragung zur SPS :

   • Die digitalen Daten vom CM2272 werden über eine SPI-Schnittstelle an die SPS übertragen. Die SPS ist so konfiguriert, dass sie in regelmäßigen Abständen die Daten vom CM2272 liest.

   • Die SPS verarbeitet die Daten, um die Motordrehzahl zu bestimmen, und vergleicht sie mit einem voreingestellten Sollwert.

3. Verarbeitung und Steuerung :

   • Die SPS verwendet die Motordrehzahldaten, um Entscheidungen zu treffen. Weicht die Motordrehzahl vom Sollwert ab, sendet die SPS Steuersignale, um die Motordrehzahl anzupassen, beispielsweise durch die Steuerung der Ausgabe eines Frequenzumrichters (VFD) oder durch die Anpassung der Leistungszufuhr zum Motor.

   • Die Regelung arbeitet in Echtzeit, wobei die SPS die Motordrehzahl kontinuierlich überwacht und die Motorsteuerungsparameter anpasst, um die gewünschte Drehzahl aufrechtzuerhalten.

4. Überwachung und Rückmeldung :

   • Die SPS kann auch die Leistung des gesamten Systems überwachen, einschließlich der Überprüfung auf Anomalien in der Motordrehzahl, sowie Parameter wie Beschleunigung, Verzögerung und Drehmoment anpassen.

   • Die hohe Genauigkeit des CM2272 (SNR von 90,4 dB, THD von -108 dB) stellt sicher, dass die Motordrehzahldaten zuverlässig sind und für eine präzise Steuerung verwendet werden können.

5. Systemalarme :

   • Wenn die Motordrehzahl sichere Grenzwerte überschreitet oder unter den erforderlichen Schwellwert fällt, kann die SPS Alarme auslösen oder Abschaltvorgänge einleiten, um den Motor vor Schäden zu schützen.

   • Das System kann so konfiguriert werden, dass Daten zur späteren Analyse protokolliert werden, sodass Wartungsteams potenzielle Probleme frühzeitig erkennen und ungeplante Ausfallzeiten verhindern können.

Wesentliche Vorteile der Verwendung des CM2272 in einem SPS-System:

1. Hochpräzision und -geschwindigkeit : Die 16-Bit-Auflösung und die Abtastrate von 2 MSPS des CM2272 gewährleisten eine genaue und schnelle Messung der Motordrehzahl, was eine präzise Steuerung ermöglicht.

2. Voll differentielle Eingänge : Die Unterstützung voll differentieller Eingänge sorgt für hohe Signalintegrität und Störfestigkeit, was besonders in industriellen Umgebungen mit hohen elektrischen Störungen wichtig ist.

3. Zweikanal-Synchronisation : Die Zweikanal-Fähigkeit ermöglicht die gleichzeitige Abtastung mehrerer Signale, was bei Anwendungen nützlich ist, bei denen mehrere Sensoren verwendet werden, wie beispielsweise die gleichzeitige Überwachung von Motordrehzahl und Last.

4. Geringer Stromverbrauch : Der geringe Stromverbrauch des CM2272 (3,5 mW bei 1 MSPS) macht ihn für eingebettete Systeme geeignet, bei denen Energieeffizienz entscheidend ist.

5. Weit gefasster Temperaturbereich : Mit einem Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 125 °C kann der CM2272 in rauen industriellen Umgebungen eingesetzt werden.

Fazit:

Der CM2272 ADC kann die Leistung von PLC-basierten Systemen erheblich verbessern und präzise sowie schnelle Analog-Digital-Wandlung in Anwendungen wie der Motorsteuerung bieten. Seine zweikanaligen, hochgeschwindigkeitsfähigen Eigenschaften, zusammen mit dem voll differentiellen Eingang und der flexiblen seriellen Schnittstelle, machen ihn zu einer wertvollen Komponente in einer Vielzahl von industriellen Automatisierungssystemen. Die Kombination aus Genauigkeit, Zuverlässigkeit und geringem Stromverbrauch gewährleistet, dass das System unter anspruchsvollen Bedingungen effizient arbeiten kann, was zu einer verbesserten Prozesssteuerung und Systemleistung führt.