在工業 4.0 中，診斷資料量每年都在成長，使系統變得更具智慧，在線時間更長，終能達到提高生產率之目的。不過，在可編程邏輯控制器 (PLC) 系統、機器人技術和工具機中，有個領域在傳統上仍然缺乏診斷資料的，就是可將電源分配給工廠中的不同控制系統的 24-VDC 電源。
由於缺乏負載診斷資料，所以如果 24-VDC 配電發生問題，通常都需要依靠寫滿了基本步驟的冗長偵錯檢查表 (例如「電源良好 LED 燈是綠燈還是紅燈？」) 或者侵入式調查 (例如模組拆卸)，但這會造成停機時間增加，產能降低。
而電流感測是一種負載診斷，當加入進 24-VDC 配電網路時，可改善資料收集，進而診斷過載電流、斷線和老化的機械系統，或識別負載是正確開啟或完全未開啟。
事實上，使用類比轉數位轉換器 (ADC) 和電流感測放大器，或具有整合電流監控功能的高壓側開關來感測電流的方法，一直都存在。然而，考慮到隔離層、有限數量的 ADC 通道或 ADC 通道佈線等因素，實作電流感測不是所費不貲、就是困難重重。
若要在不使系統過於複雜的情況下加入電流感測，其中一種方法就是使用配備整合式 ADC 的高壓側開關。TPS274C65 將四個 65-mΩ 高壓側開關封裝到 6-mm x 6-mm 四方形扁平無引線封裝中，與市場上提供的類似工業高壓側開關相比，功耗減少 38%。高壓側開關通道和 ADC 可透過序列協定介面通訊來控制和配置。因為所有佈線都在晶片內部，所以在 TPS274C65 中整合電流感測電路和 ADC，能夠使其透過數位輸出模組中的隔離層傳輸電流感測資料，並減少 ADC 通道的佈線。此外，該裝置還可感測內部金屬氧化半導體場效電晶體 (MOSFET) 的溫度，以及感測輸入和輸出端的電壓。
圖 1 是一個方塊圖，說明數位輸出模組中的 TPS274C65 如何協助增加經由隔離層傳送回 PLC 控制器的資料量。
圖 1：數位輸出模組應用中的 TPS274C65
現在讓我們關注 TPS274C65 在數位輸出等工廠應用中的使用、遠端輸入/輸出 (I/O) 模組，以及更大的系統如機器人、電腦數值控制機器和多載波系統。
使用電流感測功能縮短偵錯檢查表
正如我上面提到的，如果沒有診斷資料，就會需要冗長的偵錯檢查表或是模組拆卸等侵入式調查才能修復系統。這對於機器人和工具機等複雜系統來說可能是個問題。TPS274C65 中的整合式 ADC 啟用現場和遠端檢查，以判定不同感測器、繼電器和子系統的正確配電，有助於消除潛在的根本原因，並讓使用者能夠更快發現問題。這種監控還可以讓使用者知道子系統是否未正常運作：例如，假設需要現場偵錯，他們可以帶備用零件。
圖 2 顯示配電網路的指揮中心在數位輸出、遠端 I/O、機器或機器人應用中所呈現的樣貌。這種詳細程度有助於提供更多資訊，以協助尋找離線系統的根本原因。
圖 2：TPS274C65USB 評估模組 GUI
使用電流感測以提供預測性維護和預測性解決方案
進一步來說，具備能夠顯示系統在發生故障之前如何運作的診斷資料，就能建立預測性解決程序，以防止未來機器以同樣方式發生故障。例如，使用電流感測來判斷小型馬達或致動器是否正在消耗更多電流來執行相同的功能，其可能意味著正在老化、即將故障，或者某些機械零件可能需要維修。
TPS274C65 中的整合式 ADC 支援收集此資料以執行預測性維護和預測性解決方案，進而確保停機時間是在計劃之中而非出於意外。例如，擷取電磁閥的負載電流分佈圖可以偵測閥門性能是否隨時間出現變化。閥門是否有任何額外的使用壽命，或者需要更換？
圖 3 顯示整合式 ADC 如何感測電磁閥的負載電流分佈圖。
(a)
(b)
圖 3：TPS274C65 的電流感測能力範例：顯示電磁閥負載電流分佈圖的示波器照片 (a)；電磁閥負載電流分佈圖的 TPS274C65 ADC 讀數 (b)
結論
TPS274C65 在工廠自動化系統中的電流感測功能可以減少停機時間，並提高生產力。不過，這最終仍取決於您如何使用您工具箱中的這個工具來實現智慧配電。
其他資源
- 若要開始評估 TPS274C65 的性能，請查看適用於四通道 65-mΩ 導通電阻高壓側開關的 TPS274C65 評估模組。
- 若要了解有關 TI 不斷擴增的高壓側開關產品組合的詳細資訊，請參閱高壓側開關入口網站頁面。
