高集成工控隔离PLC数字输入子系统Corona架构详解 隔离

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PLC产品市场趋势

在离散、制程和混合式自动化产品，以及工业、楼宇自动化和广泛的制造行业领域中，PLC产品（可编程逻辑控制器）均保持稳固增长。随着新兴亚洲市场对更高自动化程度和更高能效的需要，PLC产品将会继续以高于全球平均水平的速度增长，进而推动这些市场向更高端的自动化方向发展——开发更复杂的机械用于出口。

以中国为例，过去其工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比滞后了几十年，而随着经济的增长，中国工业发展的内外部环境发生了深刻变化，自动化已成为趋势。然而，目前中国的工业自动化程度还偏低，例如机械行业，80%的设备仍采用传统的继电器和接触器控制。但随着竞争的日益加剧，越来越多的制造业将采用自动化技术对生产过程进行控制，以提高经济效益和竞争实力，PLC产品将成为中国工业制造业自动化产业升级的重要推手。

研究数据显示，目前在中国本土销售的PLC总量为30～40亿元人民币(不含随进口主设备配套的PLC)，年增长率为15～20%。ARC咨询集团公布的研究报告表明，在未来5年内，各行各业对自动化产品领域的资本投资将继续保持强劲势头，某些行业的增长率甚至达到或超过20%。在未来五年内，中国PLC市场的综合年增长率预计将达到14.1%，到2015年这一市场将超过16亿美元。

与此同时，发达市场的制造业复兴、工业4.0和回潮正在成为未来制造业的另一个重要发展趋势，尤其表现在那些需要对消费者喜好快速响应的行业。回潮产业将会大规模采用自动化技术以应对发达国家更高的薪资结构，而这一趋势将对PLC市场产生长期的积极影响，因为回潮市场自动化程度的提高对PLC的要求也会相应增加，如支持信息驱动制造以及车间与MES和ERP层连接，甚至某些情况下要求车间直接与客户连接。另外，PLC可以处理海量数据，并将它们返回到高层系统。这一趋势的最终发展方向就是自动优化的网络、物理系统和模块化车间和工厂。

传统数字输入架构的问题

PLC产品前景看好，与此同时应用系统对其性能的要求也越多。如果你正在进行一项工业控制或工业自动化的系统设计，又或者是相关的电机控制和过程自动化系统设计，你也许要仔细地为诸多数字/二进制传感器的输出电压检测做好安排，毕竟，整个系统的有序运行必须依靠这些传感器和开关对信号的实时监测并反馈给中央处理单元以实现控制才能实现。

在传统的数字输入架构中，工程师会利用PLC数字输入模块中的两个高功率电阻分压器检测传感器输出电压。而为了隔离每路传感器通道，需要使用独立的光耦。根据复杂度的不同，一个系统常常要使用多个光耦(图1)。


图1. 传统工业传感器监测系统原理图，其中电阻分压器和光耦用于监测和检测传感器输出至系统PLC的信号。

这种方法对于低通道数的隔离系统当然没有问题，传统上也一直如此。但是，随着工控系统复杂度的增加，这种架构的问题愈来愈明显，你首先要担心电阻分压器消耗的功率是不是太大，形成电路板(PCB)“热点”，如果是这样，该设计必须支持高温工作以及增加散热器；此外，还要考虑热点对系统可靠性的负面影响。另一个会让人焦虑的是，传统架构的高通道数量的模块一定要多光耦设计，这势必增加系统成本和功耗，并因此增加模块的体积，浪费宝贵的电路板空间。假如你只能使用这样的PLC数字输入单元进行设计，那就得一直承受这些问题的困扰。