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工业机器人设计工程师指南(17)

  【2022.10.24.】

  6.3 你的工厂比五年级学生更聪明吗?【这是最后一节】
  展望工厂自动化的未来,IO-Link是工业4.0的一个有利接口。你可以使用IO-Link的双向、独立于制造商的通信协议来开发高效且可扩展的 "智能工厂"。
  TI 的TIOL111 IO-Link收发器和TIOS101数字输出开关将有助于实现工厂中的下一代传感器和执行器,同时提供进一步优化产品供应和简化物料清单的功能。
  你可以利用TIOL111和TIOS101器件之间的引脚兼容性来开发具有IO-Link和标准输入/输出 (SIO) 功能的完整传感器组合,而无需为每种产品使用两个单独的PCB。每个器件都支持预定的接口,同时还支持高水平的集成保护,包括:
  • 16 kV 国际电工委员会 (IEC) 61000-4-2 静电放电 (ESD)
  • 4-kV IEC 61000-4-4 电气快速瞬变 (EFT) 标准 A
  • 1.2-kV/500-Ω IEC 61000-4-5(浪涌)
  • ±65V 瞬态容差
  • 反向极性高达±55 V
  • 过流/过压/过温

  这种保护水平可以通过消除或大大减少原先提供保护的外部瞬态电压抑制(TVS)二极管元件的尺寸来简化设计,从而与上一代或竞争性解决方案相比,减少了整体的物料清单和相关成本。传感器的物理尺寸继续缩减。这些传感器中最小的可能是圆柱形的传感器,如图1所示。

图1
  图1. 一个IO-Link圆柱形传感器

  图1顶部的传感器是带有圆柱形外壳的成品。中间的线是传感器的内部PCB。该PCB的尺寸为17.5毫米乘2.5毫米。为了适应这些小的外形尺寸,需要一个同样小的设备来实现IO-Link或SIO输出。对这些系统要求的了解推动了TIOL111和TIOS101的新封装开发。DMW封装是当今最小的、热增强型IO-Link封装之一。DMW封装的尺寸为3.0毫米乘2.5毫米,它还支持用于热传导的导热垫和直通式引脚布局。直通式引脚布局(图2)通过在一个X轴上支持与微控制器的逻辑接口,在另一个X轴上支持24V IO-Link接口,进一步帮助PCB布局和器件安置。

图2
  图2. TIOL111/TIOS101 直通式封装

  TIOL111和TIOS101具有仅1.75V的低残余电压 - 使用IO-Link和SIO的传感器尺寸坚固、密封,通常非常小。这种小而封闭的外形尺寸带来了许多设计挑战,其中热性能是最具挑战性的挑战之一。通过支持250 mA时1.75 V的超低剩余电压,TIOL111和TIOS101为功耗和相关的系统热管理提供了一个卓越的基础。表1显示了高端和低端的驱动电流输出和剩余电压。

表1
  表1. 功率耗散=剩余电压×10

  可配置的电流限制是一个额外的保护功能,可以保护传感器,并可能防止网络关闭。通过一个0kΩ至100kΩ的电阻,TIOL111和TIOS101可以支持50mA至350mA的电流限制。该限制器可通知可编程逻辑控制器(PLC)出现过流情况,并关闭该器件的输出,同时定期监测过流情况。可配置的限流电阻被放置在ILIM_ ADJ引脚上(见图3)。

图3
  图3. TIOL111应用示意图

  如图4所示,在ILIM_ADJ引脚上使用一个0Ω的电阻将默认为最大电流限制为350 mA。

图4
  图4. 电流限制与RSET的关系

  TIOL111和TIOS101的这些及其他特点和优势可以实现最小的传感器外形尺寸,同时提供支持多种平台和当前配置要求的灵活性。

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