动机可编程控制器的发展与运用

                  动机可编程控制器的发展与运用
动机可编程控制器（PLC）的，计算设备的发明人理查德e莫莉1968年已被广泛应用于工业，包括制造系统，运输系统，化工设备等，不胜枚举当时，临立会取代hardwired logic软连线逻辑或所谓梯形图编程语言和视觉类似hardwired逻辑并因而减少了配置时间从6个月至6天[24，000莫莉，1999]虽然基于PC控制已经开始进入的地方，基于PLC的控制仍将技术中的大部分工业应用将坚持由于其较高性能，而且价格低廉，和优越的可靠性，在恶劣的环境中，此外，根据一项研究PLC市场的霜冻和苏利文[1995]，增加的年销售量为15万plus每年提供硬件价值超过8亿美元，已预言，尽管价格计算硬件正在稳步下降。发明者的临立会，理查德e莫莉认为公平的PLC市场为50亿元的产业在当前时间。虽然plc被广泛应用于工业实践，编程控制器的控制系统仍然非常依赖试错。alike软件工程，PLC的软件设计，目前正面临两难的软件危机或以类似的方式。莫莉强调自己在这方面最有力的说明[穆迪和莫莉，1999年，第110，如果楼房像软件项目，一个单一的啄木鸟可以摧毁文明。尤其是，实际问题可编程才能消除软件错误，以减少维修费用的老梯子逻辑节目。虽然硬件成本plus正在不断下降，减少扫描时间梯形图仍然是一个问题，在业，使低成本plc可用。在一般情况下，生产力的PLC发电是落后于其他领域，例如VLSI设计那里有效率的计算机辅助设计工具的作法。现有的软件工程方法，不一定适用于PLC的软件设计，因为PLC的编程需要同时考虑硬件和软件。软件设计变得，因此，越来越多的主要成本动因。在许多工业设计项目，超过so0/a的人力，用于控制系统的设计与安装，预计进行测试和调试PLC程序[40998，1999]。此外，当前PLC的控制系统是不恰当的设计，以支持日益增长的需求弹性和可重构制造系统。另外一个问题，推动需要有一个系统的设计方法论，是不断增加的软件复杂的大型项目。目的和意义论文的目的这一论断，是建立一个有系统的软件设计方法可编程操作自动化系统。设计方法涉及高层次的描述基于国家转型模式处理自动化控制系统为离散事件系统，分步设计过程，并订定设计规则提供指导和测量，以建立一个成功的设计。有形的结果，这项研究是为了找到一个方法，以减少不确定性，在管理控制软件发展过程中，即减少编程和调试的时间，它们的变化，越来越灵活的自动化系统并使软件的重用，通过模块。其目的是为了克服目前的规划策略，是基于经验的个人软件开发商。
一个有系统的方法来设计PLC的软件可以克服的缺陷，在传统的方式编程制造控制系统，可以产生广泛影响的几个工业应用。自动化控制系统是模拟的正式语言或，equivalently，由国家机器。正式交涉，提供一个高层次的描述系统的行为被控制。国家机器可以分析评价，以查明他们是否达到预期目标。其次，状态机的描述提供了一种结构性的代表转达的合理要求和制约因素，如详细的安全规则。第三，明确界定的控制系统的设计成果，有利于代码自动生成一个有能力生产控制软件可执行商业鲜明的逻辑控制可以减少编程的筹备时间及人力成本。设计和操作知识，可以重复使用的实时性，因此，给予相当大的竞争力，工业实践。更高程度的自动化设计和软件质量的研究显示，编程方法自动化系统尚未能赶上急速增加，使用电脑资源。比如，编程plc仍依靠传统的节目风格，梯形逻辑图。由于延误和资源规划的一大绊脚石的进步制造业。测试和调试可能消耗超过50%的统筹分配给PLC程序设计。标准[电工60848，1999年；国际电工委员会-61131-3，1993年；IEC61499标准，1998年；ISO15745-1，[1999]已形成固定和传播国家-国际艺术设计的方法，但他们通常不能参与推进知识有效的计划和制度设计。有系统的方式会增加设计水平的自动化，通过重用现有软件组件，并将提供方法，使大规模的制度设计管理。同样的，这将提高软件的质量和可靠性，将相关的系统高安全标准特别是那些有危害的环境影响，如机场的控制，以及公共铁路。系统复杂的软件业，被视为表现破坏者和复杂发生器。不断缩小的硬件价格有所斩获，需要软件的表现而言，代码优化和效益。结果是，庞大而低效率的软件代码，一方面保持收益硬件性能另一方面。其次，软件proliferates变成复杂到无法控制的程度；软件重新设计并维持必要的现代自动化系统变得几乎不可能。尤其PLC程序已从几行代码是25年前为上千行代码类似数目的算点。提高安全性，比如新政策对防火而灵活的现代自动化系统加上复杂的程序设计过程。因此，生命周期的软件成本，是一项长期生长所需的全部费用。80-90%这些费用都进入软件维修，调试，改造和扩建，以满足不断变化的需求[蒙斯teal，1998]。
设计理论发展的今天，首要重点大部分设计开发研究，是基于机械和电器产品。其中的副产品，这项研究是为了提高我们的基本了解设计理论和方法扩大到该领域的工程系统设计。一个制度设计的理论，进行大规模而复杂的制度尚未完全建立。尤其至于如何简化复杂或复杂的设计任务，尚未解决的一个科学的方法。此外，建设桥梁设计理论和最新成果的认识论的正式交涉，在计算机科学和运筹学如离散事件系统建模，可以促进未来的发展，工程设计。应用在逻辑硬件设计，从逻辑的角度来看，PLC的软件设计类似的硬件集成电路设计。现代超大规模集成电路设计是非常复杂的数百万件，产品开发时间为3年，[云妮，1996]。设计过程通常是分离成组件设计和系统设计阶段。在构件设计阶段，单一功能的设计和论证。在系统设计阶段，部件的整理和整个系统的性能和功能测试，通过模拟。一般来说，一个完整的验证是不可能的。因此，一个系统的方法，如对PLC的程序设计可能会影响到逻辑的硬件设计。1.3结构的论文图1.1显示提纲以下论文。第二章阐明了重大的挑战和问题进行研究，并论述了有关的背景和术语。有人会争辩说，一个系统的设计PLC的软件能有助于更高的灵活性和可重构制造系统。重要的问题，就是如何处理复杂的工程设计等方面的设计和营运体系将辩论。研究方法适用于这个论断是介绍从讨论设计理论和方法是什么可以从这一领域。第三章涵盖了美国最先进的控制技术和当前的实践在设计和PLC编程软件。影响电气和软件工程所揭示以及可能适用的方法，由计算机科学讨论。利弊的评价，并会导致一个结论，即一种新的方法，是需要足够的面对日趋复杂的PLC软件设计。第四章占主体的论断，抓住了本质特征的设计方法。虽然设计理论视为处于前科学阶段，它有先进的机械，软件和系统工程方面的一些建议的设计模式及其评价整个真实世界的例子。根据文献，在第二章和第三章潜在适用的设计理念和方式的选择和应用语境PLC的软件设计。公理化设计选定为基本设计理念，因为它提供了指导设计师不受任何限制某一设计方面。提前设计概念PLC的软件设计，一个正式的五线谱基于状态形式主义介绍。此外，设计过程中，开发整理活动需要有优先顺序，显示了相关设计成果。在第五章，增加了一些个案研究结果充分显示了适用性的开发设计方法。这些例子都是从一个复杂的参考系统，以及灵活的组装系统。所取得的见解评价结论段落。第六章介绍先进的计算机设计工具，PLC的软件设计概念层次。该软件是在Visual Basic中使用控件提供模块化和重用Web的协作编程环境。其主要组成部分的PLC软件建模编辑结构（单元）与行为设计版面规格接口和模拟引擎，可以验证开发的模式。第七章是结论性的论断。它涉及的成就方面的研究目标和问题。一个批判的评价是一起展望未来研究的问题。
一般而言，采用带整体地层和电源层的多层PCB可获得最佳信号完整性。
MAX12553、MAX12554和MAX12555需要高速布板技术，包括裸焊盘可靠接地。
保持MAX12553、MAX12554和MAX12555模拟部分的内层地平面完整性，空隙必须最少。过孔交错排列，保持非常小的过孔间隙，将空隙减少到最低程度。另外，在关键元件下方应布设完整的地，尤其是接引脚1和引脚2的REF电容、接引脚3的COM旁路电容、接模拟信号输入引脚5和引脚6的小电容。
将不同的输入和输出信号限定在不同的PCB层，如：所有模拟信号输入位于X层、所有数字信号输出位于Y层、所有时钟信号位于Z层等。尽量将每一层夹在两层地之间或使用微带线。
使用与地相对的电源平面来减小信号感应，将总体噪声降至最低。功率走线应宽一些，以降低IR压降和电感。对于GND和VDD（电源线），建议采用多个18mil规格的过孔。
MAX12553、MAX12554和MAX12555的所有GND和裸焊盘必须连至同一地平面。MAX12553、MAX12554和MAX12555依靠EP实现与地的低电感连接，通过多个过孔连至指定地层。所需的过孔数量取决于孔的尺寸。作为指导原则，Maxim建议采用5x5（总共25个）矩阵的13mil规格的过孔。最少需要12个过孔。
MAX12553、MAX12554和MAX12555最关键的输入、输出是模拟信号输入、基准引脚、时钟和数字输出。最关键的引脚是1、2、3、5、6、9、10、38和39。
ADC周围连接旁路电容和关键电容的走线应尽可能的宽，以减小电阻和电感。建议采用宽度大于或等于10mil的走线。如果元件无法直接连至地平面，则其接地线应尽可能宽。这还应包括PCB设计中的接地热焊盘。
如果旁路电容使用热焊盘与GND连接，每个旁路电容使用两个热焊盘，GND端使用过孔以减小电感。
高速数字信号走线应远离敏感的模拟信号线、时钟线、REFP（引脚1）和REFN（引脚2）。
所有信号线（包括REFP和REFN）都应尽可能短并且避免90°折线。
确保差分模拟输入网络对称，并且所有寄生效应是均衡的。
所有旁路电容应尽可能靠近器件，最好在PCB同侧，可采用表贴器件减小电感（在下面的布板建议中有更详细的介绍）。
通常所有GND旁路过孔尺寸应为18mil。
为实现最佳性能，需要独立的模拟和数字电源。
MAX12553、MAX12554和MAX12555可接受差分或单端时钟输入。
MAX12553、MAX12554和MAX12555可接受差分或单端模拟输入，差分输入可提供最佳性能。
EP作为器件的主要接地途径，必须正确连接到指定地平面。
使用地线“隔离”ADC电路和PCB上的其它任何相邻电路。例如：一个PCB上有多个ADC时，利用地平面将每个ADC的相关电路隔离开来。
（引脚1，REFP）：通过一个位于PCB顶层的高频陶瓷电容（最大1.0µF）将REFP旁路至GND。所有REFP走线应尽可能短。
（引脚2，REFN）：通过一个位于PCB顶层的高频陶瓷电容（最大1.0µF）将REFN旁路至GND。所有REFN走线应尽可能短。
（引脚1，REFP和引脚2，REFN）：REFP和REFN之间并联两个容值分别为10µF和1µF的高频陶瓷电容。与引脚1和引脚2连接的任何电容都必须具有良好的高频性能。
（引脚3，COM）：COM通过一个高频性能良好的2.2µF陶瓷旁路至GND。
（引脚5&6，INP&INN）：为获得最佳总体AC性能，这些引脚与地之间都应接并联电容，容值依应用而定，范围为5.6pF到12pF。这些电容值可被包含在任何驱动ADC的抗混叠滤波器谐振电路中，并且应被放在电路板顶层。
（引脚12-15，36，VDD）：使用高频性能良好的0.1µF和2.2µF陶瓷电容各一个并联，将VDD旁路至GND。
（引脚17，34，OVDD）：使用高频性能良好的0.1µF和>2.2µF陶瓷电容各一个并联，将OVDD旁路至GND。
（引脚19-32，D13-D0）：包括数据输出引脚与各自负载的串联电阻。这些电阻可限制从输出逻辑驱动器进入芯片内部GND的高频边沿电流。选定的阻值与负载电容一起产生的RC时间常数约为1ns。Maxim公司采用非常小而且低成本的电阻阵列，基本是多只0402电阻构成一组。评估板使用的是Panasonic公司的EXB-2HV-221J。
将MAX12553、MAX12554和MX12555放置在PC板顶层。
接着，在引脚1与引脚2之间放置一个1µF电容。该电容应位于PCB顶层，并且尽量靠近这两个引脚。REFP和REFN（引脚1、2）之间跨接的电容应在制造公差允许范围内尽量靠近DUT。
下一步，放置引脚1至地和引脚2至地的旁路电容。这些电容应尽可能靠近共用的1µF电容，同时用过孔将电容的GND一端与指定模拟地相连（也与器件EP相连）。如果第二层有一个地平面，则该地平面应延伸到这三个器件的下方以减少引脚1和引脚2上的电感。对于REFP和REFN旁路电容的接地过孔，Maxim公司采用18mil的钻孔直径，选择较大尺寸是因为过孔电镀后会减小3mil。孔的最终尺寸应为约为15mil。
接下来，在引脚1与引脚2之间放置一个10µF电容。如果顶层没有足够空间安装此电容，也可以像评估板那样把它放在PCB底层，利用过孔传输信号。该电容与器件引脚间的走线总长应减至最小。
与引脚1和引脚2连接的走线应尽可能短，并且应当是匹配的。即：它们应当是对称的，而且长度应相同。
接着，放置引脚3至GND的2。2µF电容，尽可能靠近器件。如果需要，该电容可放在PCB底层，采用13mil过孔与引脚3连接。走线应尽可能短。
所有GND引脚（引脚4、7、16和35）应与MAX12553、MAX12554和MAX12555器件下方的覆铜相连。
应遵循以下原则：正确连接MAX12553、MAX12554和MAX12555的EP与指定接地层（最好是第二层），需要使用足够多的过孔以降低电感，过孔数量取决于孔的尺寸。作为指导原则，Maxim公司建议采用5x5（总共25个）的13mil过孔矩阵，最小过孔尺寸应为12mil。
模拟输入应是均衡的。也就是说，从驱动源（放大器和滤波器等）到差分输入端的走线应该等长，元件布局应相互对称，这样，所有的寄生参数才会均衡。走线长度应尽可能短，以降低电感、减小干扰。
将输入引脚5和引脚6的旁路电容放置在PCB顶层靠近器件引脚的位置，尽量减小走线长度。
时钟布线建议（引脚9和引脚10）。
时钟输入与模拟输入和基准一样敏感。应像对待模拟信号那样对时待时钟信号。避免将时钟线靠近任何数字输出信号线。如果板上有多个ADC，则需隔离时钟线对，以尽量降低噪声并减小来自其它ADC的干扰。时钟信号线不应与数字输出信号线布在同一层。如果布在同一层，应尽量使这两类信号线之间保持较大间距，并在这两类信号线之间布隔离的GND，以降低可能产生的任何耦合。
结论
本应用笔记是器件和评估板数据资料的补充，用户可在应用中根据提供的建议优化器件性能。