উচ্চ-চ্যানেল-ডেনসিটি ডিজিটাল I/O মডিউল তৈরি করা হচ্ছে

বিল্ডিং হাই-চ্যানেল-নেক্সট-জেনারেশন ইন্ডাস্ট্রিয়াল অটোমেশন কন্ট্রোলারের জন্য ঘনত্ব ডিজিটাল I/O মডিউল

[ভূমিকা] শিল্প 4.0 এর তরঙ্গ ল্যান্ডস্কেপ জুড়ে ছড়িয়ে পড়ার সাথে সাথে কারখানার পরিবেশে স্মার্ট সেন্সরগুলি ক্রমবর্ধমানভাবে প্রচলিত হয়ে উঠছে। সেন্সরগুলির ব্যাপক গ্রহণ একটি উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন আনছে: লিগ্যাসি কন্ট্রোলারের মধ্যে I/O-ডিজিটাল এবং অ্যানালগ উভয়-এর বড় ভলিউম প্রক্রিয়া করার প্রয়োজন৷ ফলস্বরূপ, উচ্চ-ঘনত্বের I/O মডিউল তৈরি করা যা পরিচালনাযোগ্য আকার এবং তাপীয় প্রোফাইল বজায় রাখে তা গুরুত্বপূর্ণ হয়ে উঠেছে। এই নিবন্ধে, ADI ডিজিটাল I/O এর উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে।

সাধারণত, PLC-তে ডিজিটাল I/O তে বিচ্ছিন্ন উপাদান থাকে যেমন প্রতিরোধক/ক্যাপাসিটর বা পৃথক FET ড্রাইভার। 2 থেকে 4 গুণ বেশি চ্যানেল পরিচালনা করার সময় কন্ট্রোলারের আকার ছোট করতে, শিল্পটি বিচ্ছিন্ন থেকে সমন্বিত সমাধানগুলিতে স্থানান্তরিত হচ্ছে।

ডিজিটাল ইনপুটগুলির জন্য, মনে রাখবেন যে এটি ক্লাস 1/2/3 ইনপুট সহ বিভিন্ন ধরনের ইনপুট সমর্থন করে এবং কিছু ক্ষেত্রে, 24V এবং 48V ইনপুট। সমস্ত পরিস্থিতিতে, নির্ভরযোগ্য অপারেটিং বৈশিষ্ট্যগুলি সর্বাগ্রে, এবং এমনকি খোলা-সার্কিট সনাক্তকরণও গুরুত্বপূর্ণ৷

ডিজিটাল আউটপুটগুলির জন্য, সিস্টেমটি লোড চালানোর জন্য বিভিন্ন FET কনফিগারেশন নিয়োগ করে। ড্রাইভ কারেন্টের নির্ভুলতা সাধারণত একটি মূল বিবেচনা। অনেক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ডায়াগনস্টিকসকেও ফ্যাক্টর করতে হবে।

নীচে, আমরা অন্বেষণ করব কিভাবে সমন্বিত সমাধানগুলি এই চ্যালেঞ্জগুলির কিছু মোকাবেলা করতে সাহায্য করতে পারে৷

উচ্চ-চ্যানেল-ঘনত্ব ডিজিটাল ইনপুট মডিউল ডিজাইন করা

ট্র্যাডিশনাল ডিসক্রিট ডিজাইন 24V/48V সিগন্যালকে মাইক্রোকন্ট্রোলার দ্বারা ব্যবহারযোগ্য সিগন্যালে রূপান্তর করতে প্রতিরোধক বিভাজক নেটওয়ার্ক নিয়োগ করে। বিচ্ছিন্ন আরসি ফিল্টার সামনের প্রান্তেও ব্যবহার করা যেতে পারে। যখন বিচ্ছিন্নতা প্রয়োজন হয় তখন কখনও কখনও বহিরাগত অপটোকপলার ব্যবহার করা হয়।

চিত্র 2 ডিজিটাল ইনপুট সার্কিট নির্মাণের জন্য একটি সাধারণ পৃথক পদ্ধতির চিত্র তুলে ধরে।

চিত্র 2. বিচ্ছিন্ন যুক্তি ব্যবহার করে ঐতিহ্যগত ডিজিটাল ইনপুট ডিজাইন

এই ধরনের ডিজাইন নির্দিষ্ট সংখ্যক ডিজিটাল ইনপুটের জন্য উপযুক্ত, বিশেষ করে প্রতি বোর্ডে 4 থেকে 8। এই সংখ্যার বাইরে, নকশা দ্রুত অবাস্তব হয়ে ওঠে। এই বিচ্ছিন্ন পদ্ধতিটি বিভিন্ন সমস্যা প্রবর্তন করে, যার মধ্যে রয়েছে:

● উচ্চ শক্তি খরচ এবং বোর্ডে সংশ্লিষ্ট হট স্পট।
● প্রতিটি চ্যানেলের জন্য একটি পৃথক অপটোকপলার প্রয়োজন।
● অতিরিক্ত উপাদান কম FIT হারের দিকে পরিচালিত করে এবং বড় ডিভাইসের প্রয়োজন হতে পারে।

আরও সমালোচনামূলকভাবে, বিচ্ছিন্ন নকশা পদ্ধতিটি বোঝায় যে ইনপুট ভোল্টেজের সাথে ইনপুট কারেন্ট রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়। একটি 2.2KΩ ইনপুট প্রতিরোধক এবং 24V VIN বিবেচনা করুন। যখন ইনপুট 1 হয় (যেমন, 24V এ), তখন ইনপুট কারেন্ট হয় 11mA, 264mW এর পাওয়ার ডিসিপেশনের সমান। একটি 8-চ্যানেল মডিউল 2W এর বেশি খরচ করে, যখন একটি 32-চ্যানেল মডিউল 8W অতিক্রম করে। নীচের চিত্র 3 দেখুন:

চিত্র 3. ডিসক্রিট লজিক ব্যবহার করে তৈরি ডিজিটাল ইনপুট মডিউলের আনুমানিক বিদ্যুৎ খরচ

48V ডিজিটাল ইনপুট সংকেত সমর্থন করার জন্য (একটি সাধারণ প্রয়োজন নয়), একটি অনুরূপ প্রক্রিয়ার প্রয়োজন হয়, ক্ষেত্রের প্রান্তে ভোল্টেজ থ্রেশহোল্ড সামঞ্জস্য করার জন্য একটি বহিরাগত প্রতিরোধক যোগ করার প্রয়োজন হয়। এই বাহ্যিক প্রতিরোধকের মান এমনভাবে সেট করুন যাতে পিনের "বর্তমান সীমা * R + থ্রেশহোল্ড" ফিল্ডের শেষে ভোল্টেজ থ্রেশহোল্ড স্পেসিফিকেশন পূরণ করে (ডিভাইস ডেটা শীট পড়ুন)।

অবশেষে, যেহেতু ডিজিটাল ইনপুট মডিউলটি সেন্সরগুলির সাথে সংযোগ করে, নকশাটিকে অবশ্যই নির্ভরযোগ্য অপারেশনাল বৈশিষ্ট্যগুলি পূরণ করতে হবে৷ একটি পৃথক সমাধান ব্যবহার করার সময়, এই সুরক্ষা বৈশিষ্ট্যগুলি অবশ্যই সাবধানে ডিজাইন করা উচিত। একটি সমন্বিত ডিজিটাল ইনপুট ডিভাইস নির্বাচন করার সময়, নিশ্চিত করুন যে নিম্নলিখিতগুলি শিল্পের মান অনুযায়ী নির্ধারিত হয়েছে:

● প্রশস্ত ইনপুট ভোল্টেজ পরিসীমা (যেমন, 40V পর্যন্ত)।

● ক্ষেত্রের শক্তি ব্যবহার করার ক্ষমতা (7V থেকে 65V)।

● উচ্চ ESD সহনশীলতা (±15kV ESD এয়ার গ্যাপ) এবং বৃদ্ধি ক্ষমতা (সাধারণত 1kV)।

ওভারভোল্টেজ এবং অতিরিক্ত তাপমাত্রা ডায়াগনস্টিক প্রদান করাও এমসিইউকে যথাযথ পদক্ষেপ নিতে সক্ষম করার জন্য উপকারী।

উচ্চ-চ্যানেল-ঘনত্ব ডিজিটাল আউটপুট মডিউল ডিজাইন করা

একটি সাধারণ বিযুক্ত ডিজিটাল আউটপুট ডিজাইনে একটি মাইক্রোকন্ট্রোলার দ্বারা চালিত ড্রাইভার সার্কিট সহ একটি FET বৈশিষ্ট্য রয়েছে। মাইক্রোকন্ট্রোলার চালানোর জন্য FET কনফিগার করতে বিভিন্ন পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে।

একটি উপরের-সাইড লোড সুইচকে একটি বহিরাগত সক্ষম সংকেত দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যা একটি প্রদত্ত লোড থেকে পাওয়ার সাপ্লাই সংযোগ বা সংযোগ বিচ্ছিন্ন করে। একটি নিম্ন-সাইড লোড সুইচের তুলনায়, একটি উপরের-সাইড সুইচ লোডে কারেন্ট সরবরাহ করে, যখন একটি নিম্ন-সাইড সুইচ লোডের গ্রাউন্ড কানেকশনকে সংযোগ বা সংযোগ বিচ্ছিন্ন করে, লোড থেকে কারেন্ট আঁকতে থাকে। যদিও উভয়ই একটি একক FET ব্যবহার করে, তবে নিম্ন-সাইড সুইচের সমস্যা হল যে লোড মাটিতে ছোট হতে পারে। উচ্চ-সাইড সুইচগুলি গ্রাউন্ড শর্টস প্রতিরোধ করে লোডকে রক্ষা করে। যাইহোক, কম{10}}সাইড সুইচগুলি কার্যকর করা কম ব্যয়বহুল৷ কখনও কখনও, আউটপুট ড্রাইভারকে একটি পুল সুইচ হিসেবেও কনফিগার করা হয়-যার জন্য দুটি MOSFET-এর প্রয়োজন হয়। নীচের চিত্র 6 দেখুন:

চিত্র 6. ডিজিটাল আউটপুট ড্রাইভারের জন্য ব্যবহৃত বিভিন্ন কনফিগারেশন

ইন্টিগ্রেটেড ডিও ডিভাইসগুলি একাধিক ডিও চ্যানেলকে একক উপাদানে একত্রিত করতে পারে। যেহেতু উচ্চ-পার্শ্ব, নিম্ন-সাইড, এবং পুল-পুল সুইচগুলি বিভিন্ন FET কনফিগারেশন নিয়োগ করে, তাই প্রতিটি ধরনের আউটপুট ড্রাইভার বাস্তবায়নের জন্য স্বতন্ত্র ডিভাইস ব্যবহার করা যেতে পারে।

ইন্ডাকটিভ লোডের জন্য ডিম্যাগনেটাইজেশনে নির্মিত-

ইন্টিগ্রেটেড ডিজিটাল আউটপুট ডিভাইসগুলির একটি প্রধান সুবিধা হল তাদের অন্তর্নির্মিত-ইন্ডাকটিভ লোডের জন্য ডিম্যাগনেটাইজেশন ক্ষমতা।

একটি ইন্ডাকটিভ লোড হল একটি কুণ্ডলী ধারণ করে এমন যেকোন যন্ত্র যা শক্তিপ্রাপ্ত হলে সাধারণত যান্ত্রিক কাজ করে-যেমন সোলেনয়েড ভালভ, মোটর এবং অ্যাকুয়েটর। কারেন্ট দ্বারা উত্পন্ন চৌম্বক ক্ষেত্রটি রিলে বা কন্টাক্টরগুলিতে স্যুইচ পরিচিতিগুলিকে সোলেনয়েড ভালভ পরিচালনা করতে বা মোটরের শ্যাফ্ট ঘোরাতে পারে। বেশিরভাগ ক্ষেত্রে, প্রকৌশলীরা ইন্ডাকটিভ লোড নিয়ন্ত্রণ করতে উচ্চ-সাইড সুইচ ব্যবহার করেন। সুইচটি বন্ধ হয়ে গেলে এবং লোডের মধ্যে কারেন্ট প্রবাহ বন্ধ হয়ে গেলে ইনডাক্টরটি ডিসচার্জ করাই চ্যালেঞ্জ। অনুপযুক্ত স্রাব থেকে নেতিবাচক প্রভাবগুলির মধ্যে রয়েছে: রিলে পরিচিতিগুলি আর্ক হতে পারে, বড় নেতিবাচক ভোল্টেজ স্পাইকগুলি সংবেদনশীল আইসিগুলিকে ক্ষতি করতে পারে এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি শব্দ বা ইএমআই তৈরি হয় যা শেষ পর্যন্ত সিস্টেমের কার্যকারিতাকে প্রভাবিত করে৷

বিচ্ছিন্ন সমাধানগুলিতে, ইন্ডাকটিভ লোড ডিসচার্জ করার জন্য সবচেয়ে সাধারণ পদ্ধতি হল একটি ফ্রিহুইলিং ডায়োড ব্যবহার করা। এই সার্কিটে, যখন সুইচ বন্ধ থাকে, ডায়োডটি বিপরীত-পক্ষপাতমূলক হয় এবং পরিচালনা করে না। যখন সুইচ খোলে, ইনডাক্টর ফরোয়ার্ড জুড়ে ঋণাত্মক সরবরাহ ভোল্টেজ-ডায়োডকে পক্ষপাতিত্ব করে, শূন্য কারেন্ট সহ একটি স্থিতিশীল অবস্থায় না পৌঁছানো পর্যন্ত এটির মধ্য দিয়ে কারেন্ট সঞ্চালন করে সঞ্চিত শক্তি নষ্ট করে।

অনেক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, বিশেষ করে শিল্পের জন্য যেখানে প্রতিটি I/O কার্ডে একাধিক আউটপুট চ্যানেল থাকে, এই ডায়োডটি প্রায়শই বড় হয়, উল্লেখযোগ্যভাবে ব্যয় এবং নকশার পদচিহ্ন বৃদ্ধি করে।

আধুনিক ডিজিটাল আউটপুট ডিভাইসগুলি একটি সক্রিয় ক্ল্যাম্পিং সার্কিট ব্যবহার করে অভ্যন্তরীণভাবে এই কার্যকারিতা বাস্তবায়ন করে। উদাহরণ স্বরূপ, ADI একটি পেটেন্ট করা SafeDemag™ বৈশিষ্ট্য নিযুক্ত করে যা ডিজিটাল আউটপুট ডিভাইসগুলিকে ইনডাক্টর দ্বারা বাধা না দিয়ে নিরাপদে লোড বন্ধ করতে সক্ষম করে। আরো বিস্তারিত জানার জন্য, ওয়েবসাইটে আবেদন নোট অ্যাক্সেস করতে এখানে ক্লিক করুন.

ডিজিটাল আউটপুট ডিভাইস নির্বাচন করার সময়, বেশ কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ বিবেচনা করা আবশ্যক। ডেটা শীটে নিম্নলিখিত স্পেসিফিকেশনগুলি সাবধানে পর্যালোচনা করুন:

● সর্বোচ্চ ক্রমাগত বর্তমান রেটিং পরীক্ষা করুন এবং উচ্চতর বর্তমান ড্রাইভার অর্জনের জন্য প্রয়োজন হলে একাধিক আউটপুট সমান্তরাল হতে পারে তা নিশ্চিত করুন।

● যাচাই করুন আউটপুট ডিভাইস একাধিক উচ্চ -বর্তমান চ্যানেল চালাতে পারে (তাপমাত্রার সীমা ছাড়িয়ে)। রেজিস্ট্যান্স, সাপ্লাই কারেন্ট, এবং থার্মাল রেজিস্ট্যান্সের মান যতটা সম্ভব কম তা নিশ্চিত করতে ডেটা শীটটি দেখুন।

● আউটপুট বর্তমান ড্রাইভ নির্ভুলতা বিশেষ উল্লেখ এছাড়াও গুরুত্বপূর্ণ.

নির্দিষ্ট পরিসরের অপারেটিং অবস্থার-- বাইরে থেকে পুনরুদ্ধারের জন্য ডায়গনিস্টিক তথ্য অত্যাবশ্যক৷ প্রথমত, প্রতিটি আউটপুট চ্যানেলের জন্য ডায়াগনস্টিক তথ্য বাঞ্ছনীয়। এর মধ্যে রয়েছে তাপমাত্রা, ওভারকারেন্ট, ওপেন-সার্কিট এবং শর্ট-সার্কিট সনাক্তকরণ। একটি চিপ-স্তরের দৃষ্টিকোণ থেকে, গুরুত্বপূর্ণ ডায়াগনস্টিকগুলির মধ্যে রয়েছে তাপীয় বন্ধ, ভিডিডি আন্ডারভোল্টেজ এবং এসপিআই ডায়াগনস্টিকস। ইন্টিগ্রেটেড ডিজিটাল আউটপুট ডিভাইসগুলিতে এই ডায়াগনস্টিকগুলির কিছু বা সমস্ত সন্ধান করুন।

প্রোগ্রামেবল ডিজিটাল ইনপুট/আউটপুট ডিভাইস

IC-তে DI এবং DO একত্রিত করা কনফিগারযোগ্য পণ্য তৈরি করতে সক্ষম করে। এটি একটি 4-চ্যানেল পণ্যের একটি উদাহরণ যা ইনপুট বা আউটপুট হিসাবে কনফিগার করা যেতে পারে।

চিত্র 7.4 চ্যানেল বাস্তবায়ন সমাধানের জন্য কনফিগারযোগ্য DI/DO পণ্য

এটি একটি ডিআইও কোর বৈশিষ্ট্যযুক্ত, স্বতন্ত্র চ্যানেলগুলিকে ডিআই (টাইপ 1/3 বা টাইপ 2) বা উচ্চ-সাইড বা পুশ-পুল মোডে ডিজিটাল আউটপুট হিসাবে কনফিগার করতে সক্ষম করে৷ DO-তে বর্তমান সীমা 130mA থেকে 1.2A পর্যন্ত সেট করা যেতে পারে। বিল্ট ইন-ডিম্যাগনেটাইজেশন ফাংশন। টাইপ 1/3 এবং টাইপ 2 ডিজিটাল ইনপুটগুলির মধ্যে স্যুইচ করার জন্য শুধুমাত্র পিন কনফিগারেশন প্রয়োজন, বহিরাগত প্রতিরোধকের প্রয়োজনীয়তা দূর করে।

এই ডিভাইসগুলি শুধুমাত্র কনফিগার করা সহজ নয় কিন্তু শিল্প পরিবেশের জন্য যথেষ্ট কঠোর। এটি উচ্চ ESD সুরক্ষা, 60V পর্যন্ত পাওয়ার সাপ্লাই ভোল্টেজ সুরক্ষা এবং লাইন-থেকে-গ্রাউন্ড সার্জ সুরক্ষায় অনুবাদ করে।

এটি একটি উদাহরণ হিসাবে কাজ করে যে কীভাবে একটি সমন্বিত পদ্ধতি বৃহত্তর সম্ভাবনাগুলি আনলক করতে পারে (কনফিগারযোগ্য DI/DO মডিউল)।

উপসংহার

উচ্চ-ঘনত্বের ডিজিটাল ইনপুট বা আউটপুট মডিউল ডিজাইন করার সময়, চ্যানেলের ঘনত্ব একটি নির্দিষ্ট থ্রেশহোল্ড অতিক্রম করে গেলে বিচ্ছিন্ন সমাধানগুলি অব্যবহারিক হয়ে ওঠে। ইন্টিগ্রেটেড ডিভাইস বিকল্পগুলি অবশ্যই তাপ ব্যবস্থাপনা, নির্ভরযোগ্যতা এবং আকার বিবেচনার জন্য সাবধানে মূল্যায়ন করা উচিত।

ইন্টিগ্রেটেড DI বা DO ডিভাইস নির্বাচন করার সময়, নির্ভরযোগ্য অপারেটিং বৈশিষ্ট্য, ডায়াগনস্টিকস, এবং একাধিক ইনপুট{0}}আউটপুট কনফিগারেশনের জন্য সমর্থন সহ মূল ডেটা পয়েন্টগুলি মনোযোগ দেয়।