评价和规划支撑
电路评价板
CN-0414电路评价板（EVAL-CN0414-ARDZ）
CN-0418电路评价板（EVAL-CN0418-ARDZ）
CN-0416电路评价板（EVAL-CN0416-ARDZ）
ADALM-UARTJTAG板
Arduino尺度开发渠道（EVAL-ADICUP3029）
规划和集成文件
PLC/DCS Wiki用户攻略
原理图、布局文件、物料清单、软件
电路功用与优势
可编程逻辑操控器（PLC）和分布式操控体系（DCS）被用于监测和操控工业自动化运用中的智能（支撑HART）和模仿现场仪器仪表。
图1所示的电路是一个简略的DCS体系，由一台主机、一个单节点、两个4通道阻隔模仿输入板和两个4通道阻隔模仿输出板组成，这些板由Arduino尺度基板在本地管控。RS-485收发器衔接至PC或其他主机，如此，用户能够运用Modbus协议与节点交流数据。
模仿输入数据从本地读取，经过运用行业规范Modbus协议的串行接口供给，保证在一系列软件运用和库中，保证数据完好性和可兼容性。同样地，模仿输出经过向Modbus寄存器写入来置位，然后被转换为模仿电压或电流信号。
每个节点能够支撑4个模仿输入和输出板的组合。如图2所示，最多16个节点的多节点体系在设计时，能够运用供给的硬件和软件根底架构。该电路支撑点对点HART通讯，能够扩展为多分转站HART网络，在同一通道上集成多个HART器材。
每个板（4个一组）的模仿输入和模仿输出都施行电气阻隔，模仿输入支撑开路检测，简化了毛病检测和确诊进程。在严峻的工业自动化环境中运用时，这些功用能够增强牢靠性和经用性。
图1.PLC（或单节点DCS）Modbus体系功用框图
图2.多节点DCS Modbus体系功用框图
电路描绘
该运用侧重于展现受Modbus主机管控的PLC/DCS体系的开发，而且经过示例阐明怎么运用重要组件的最新功用。单节点体系一般被称为PLC，更大型的体系则一般被称为DCS。
每个节点能够管控多达16个模仿现场器材、传感器或驱动器（兼容HART或仅支撑模仿），体系能够扩展，最多包含16个独自的节点。该体系也可用于通用精细模仿数据收集运用，例如仪器仪表、模仿数据记载，或测验和丈量。
PLC/DCS拓扑
支撑多个衔接拓扑。在单节点（PLC，或单节点DCS）体系中，主机可运用micro-USB电缆，直接衔接至EVAL-ADICUP3029渠道板的USB串行端口，十分适宜要求主机和节点之间间隔小于2米的实验室测验和丈量运用。
在这个点对点拓扑中，电路板四个一组的模仿输入和输出依然与主机坚持阻隔。尽管一般来说与实验室设备不相关，但Modbus协议供给一种便利、规范的与节点通讯的办法。HART衔接支撑对智能传感器和驱动器施行装备。
主机和节点之间的间隔增大到2米以上时，信号完好度、噪音拾取和电气毛病会成为更严峻的危险。在这些情况下，EVAL-CN0416-ARDZ为主机供给牢靠的RS-485衔接。在单节点、点对点体系中，支撑在1 km以上间隔中进行全双工或半双工通讯，详细由波特率决议。
关于多节点体系（称为DCS愈加适宜），EVAL-CN0416- ARDZ供给菊花链端口，支撑可切换的半/全双工操作和可切换的端电极，因而体系能够集成2到16个节点。
由于Modbus被用作串行通讯协议，以经过串行链路，在器材之间发送信息，因而不管规划巨细，都能够完成简略、牢靠且经用的体系。PLC/DCS运用的硬件协议栈包含三个不同的参阅规划。
模仿输入板
图3所示的CN-0414用于丈量4个全差分信号，或许丈量8个单端电压和4个电流信号。该电路的中心是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模仿前端。
其电压输入支撑最高±10 V的输入规模。AD4111具有共同的特性，支撑在±10 V电压输入上进行开路检测，一同选用5 V或3.3 V单电源供电，而之前的解决方案一般都需求大于±10 V的电源。
电流输入支撑0 mA至24 mA输入规模。电路的输入阻抗为250 Ω（AD4111内部为60 Ω），一切输入都以绝缘接地为基准。电流输入上需求250 Ω输入电阻，以使契合HART要求的AD5700-1调制解调器可与AD4111合作运用。
电路的模仿前端AD4111和AD5700-1经过ADuM5411和ADuM3151与处理侧阻隔，比较依据分立式变压器的解决方案，能够节约很多空间。
CN-0414板由9.5 V至36 V直流电源供电，这在工业自动化体系中十分典型，因而能够轻松集成到您的体系之中。
图3.模仿输入板
模仿输出板
图4所示的CN-0418是一款4通道电压和电流输出板，以具有动态功率操控功用的AD5755-1 DAC为根底构建。
此电路供给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，供给完好的支撑HART衔接的模仿输出解决方案。 一同还包含外部瞬变保护电路，这对恶劣工业环境中的运用极其重要。
电流输出和电压输出经过独立引脚供给，一次仅一个输出处于有用情况，因而答应将两个输出引脚连在一同并接到单个端口上。模仿输出受短路和开路保护。
AD5755-1集成依据DC-DC升压转换器电路的动态电源操控功用，在电流输出形式下可下降功耗。
AD5755-1有四个CHART引脚，别离对应于四个输出通道。HART信号能够耦合至这些引脚，并出现在对应的输出端（假如该输出已使能）。
图4.模仿输出板
RS-485收发器板
图5所示的CN-0416是一款阻隔和非阻隔式RS-485收发器板，能够在多个体系或节点之间轻松施行数据传输，尤其是在长间隔下。
该电路运用ADM2682E RS-485收发器来进行阻隔通讯，运用LTC2865 RS-485来进行非阻隔通讯。 这两种器材都能够装备进行全双工或半双工操作，具有开路或端接传输线。
该电路选用板载式RJ-45插孔，因而能够运用常用的CAT5以太网电缆，快速和节点物理衔接。端电极电阻被默认设置为CAT5电缆的特性阻抗100 ？6？8，但在装备之后，能够支撑规范RS-485电缆的120 ？6？8阻抗。
ADM2682E的数据速率能够到达16 Mbps，供给真实安全的接收器输入和经过调整的差动电压阈值。它运用iCoupler数据通道，供给5 kV信号阻隔，运用isoPower集成式DC-DC转换器，供给5 kV电源阻隔。
LTC2865的数据速率能够到达20 Mbps，供给真实安全的接收器输入。由一个内部窗口比较器确认安全情况，无需调理差动输入电压阈值。
图5.RS-485收发器板
兼容HART的现场器材的接线
图6.兼容HART的现场器材的接线
HART网络
HART器材可在点对点或多分转站这两种网络装备中的一种运转。
在点对点形式下，4 mA至20 mA信号被用于传输一个进程变量，而额定的进程变量、装备参数和其他器材数据则经过HART协议以数字方法传输。4 mA至20 mA模仿信号不会遭到HART信号影响，可用于施行操控。HART协议供给拜访辅佐变量和其他数据的权限，这些数据可用于施行操作、调试、保护和确诊。
Modbus协议
在EVAL-ADICUP3029上运转的软件选用Modbus协议——一种事实上的敞开型工业通讯规范。Modbus供给一种与单个节点交流数据的牢靠方法，经过CRC差错检测来保证数据的完好性。作为一项敞开规范，存在很多可用的敞开源和商用Modbus软件库，适用于各种渠道（例如Windows®、Linux®、嵌入式渠道等）。
这些软件也供给简略的命令行接口（CLI）形式，使体系能够从串行端口手动验证，无需主机上装载任何额定的软件。
硬件和软件协议栈
PLC/DCS节点体系软件和硬件协议栈如图7所示。
图7.PLC/DCS节点体系软件和硬件协议栈
装备PLC/DCS硬件之后，用户一般会依据言语（例如C、Python、MATLAB）和主机渠道（例如Linux、Windows、嵌入式渠道）挑选适用的Modbus库。然后，有必要编写简略的测验运用程序，将模仿和HART参数转化为Modbus寄存器地址和值。
CN-0435用户攻略供给此运用程序的Modbus寄存器映射的完好描绘，并运用开源Modbus调试器来验证Modbus的合规性。
此外，还供给多个依据开源Modbus库的顶层运用，包含：
• 检测体系装备：查询一切Modbus节点，显现装备。
• 读写输出坚持寄存器：检查或更改一切受检测板的输出坚持寄存器的情况。
• 读取模仿输入寄存器：检查一切受检测板的输入寄存器的情况。
• 读取模仿数据：读取单个模仿输入或一切模仿输入，在操控台显现数据。
• 写入模仿数据：写入模仿输出，以发生电压或电流。
• 模仿回波：读取模仿输入板的模仿电压或电流，然后将相同数值的模仿电压或电流写入模仿输出板。
常见改变
CN-0435软件读取模仿输入值和写入模仿输出值，无需施行本地处理。该软件能够扩展包含毛病检测和呼应等功用，或许包含闭环PID操控环路，从主机上卸载这些功用，节约通讯总线的带宽。
树莓派能够用作结构紧凑、价格低廉的主机解决方案。树莓派供给有线或无线以太网衔接，能够直接衔接至EVAL-ADICUP3029的USB-UART。
现在最常用的三种Modbus版别别离为：Modbus ASCII、Modbus RTU和Modbus TCP。一切Modbus音讯都选用相同格局发送。这三种Modbus类型的仅有差异在于音讯的编码方法。
能够经过Modbus衔接的器材的数量由物理层和数据协议决议。假如RS-485物理层和Modbus RTU或Modbus ASCII数据协议一同运用，那么能够寻址的节点的最大数量为32，可是，假如以太网物理层和Modbus TCP数据协议一同运用，则能够寻址的节点为247个。
器材的地址是从0至247的数字。发送至地址0的音讯（播送音讯）会被一切从机承受，但1到247这些数值是特定器材的地址。
CN-0414和CN-0418的Arduino尺度保证与支撑广泛的其他自动化通讯协议的开发渠道兼容，包含进程现场网（PROFINET）、进程现场总线（PROFIBUS）、操控自动化技能的以太网（EtherCAT）、EtherNet/IP、Modbus Plus，以及其他协议。
电路评价与测验
以下部分将介绍选用参阅演示所需的设备和一般过程。可运用软件的CLI选项，来安装DCS体系并测验其根本功用。如需检查完好阐明和附加信息，请参阅分布式操控体系（DCS）演示Wiki用户攻略。
设备要求
需求以下设备：
• 具有USB端口和Windows 7（32位）或更高版别的PC
• 串行终端程序，如TeraTerm或Putty
• 一个或多个EVAL-CN0414-ARDZ电路评价板，和/或一个或多个EVAL-CN0418-ARDZ电路评价板，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评价板，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评价板，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体系软件或预置的十六进制文件
• 1 A电源时选用24 V直流电压
开始运用
以下是根本设置过程：
1. 将EVAL-ADICUP3029的USB电缆刺进PC，然后将固件闪存到运用的每个电路板上。
2.装备硬件。遵从分布式操控体系（DCS）演示Wiki用户攻略。保证正确设置每块板上的跳线和开关。或许，关于模仿输入板，衔接传感器或信号源，关于模仿输出板，则衔接执行器或万用表。
3.关于每个节点，按以下次序将渠道和扩展板堆叠在一同：
• 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）之间衔接RJ-45电缆。
5.将RS-485适配器衔接至主机。
6. 按3029_Reset按钮，或重新启动体系。
如需检查完好细节，请参阅分布式操控体系（DCS）演示Wiki用户攻略。
功用框图
图8.单节点PLC模仿I/O体系
图9.DCS模仿I/O体系
了解更多
CN-0414规划支撑包：www.analog.com/CN0414-DesignSupport
CN-0418规划支撑包：www.analog.com/CN0418-DesignSupport
CN-0416规划支撑包：www.analog.com/CN0416-DesignSupport
ADALM-UARTJATG规划支撑包：www.analog.com/ADALM-UARTJATG-DesignSupport
EVAL-ADICUP3029用户攻略
ADICUP3029 GitHub库
数据手册和评价板
CN-0414电路评价板（EVAL-CN0414-ARDZ）
CN-0418电路评价板（EVAL-CN0414-ARDZ）
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ADALM-UARTJATG电路评价板（ADALM-UARTJATG）
ADICUP3029开发渠道（EVAL-ADICUP3029）
