工业I/O加上软件可配置，解决控制网络升级阵痛

在工业领域，随着定制产品需求的增长与供应链的变革，工业配套设施的灵活性一再被强调。频繁地重新更换各种功能模块配置，不论从成本还是效率上看都是极为不妥的。传统的工业过程控制系统，一般采用一组复杂的通信模块、模拟信号转换器、数字信号转换器以及单独的输入/输出进行针对某一类过程控制的手动配置。
 
这种传统的配置模式已经匹配不了工业4.0升级下的灵活性与高效率。SWIO，Software Configurable I/O，软件可配置IO，是一种增强工业自动化灵活性的I/O升级，SWIO支持通过任意引脚访问任意工业I/O功能，且允许在任意时间配置通道。
 
控制网络如何在演进？
 
起初是采用4至20mA标准以及4至20mA标准加上现场总线技术，众所周知现场总线技术已经应用了很多年，很稳定很简单。但从传感器和执行器角度来说，这种控制网络获得的信息速率极低，大概在1.2kbps，而能传递给该传感器的最大功率约为30至40mw。这是不足以支撑工业4.0升级下的工厂运作的。低数据带宽以及将其集成到计算基础设施的有限范围，阻碍了这些传统端点的应用分析。4 mA至20 mA的模式还限制了可供应给端点的电量和远程操作设备的范围。
 

（控制网络演进，ADI）

 
而10BASE-T1L，作为一种工业以太网网络协议，可以完全替代PLC和DCS的传统功能。10BASE-T1L最先解决的是数据速率和功率输出的问题，大数据速率10 Mbps，端点高达500 mW功率，非本质安全应用高达60 W功率是很明显的一个提升。10BASE-T1L下每个节点的互联网协议地址将联网功能扩展到工厂网络边缘，通过IP地址，不仅可监控节点，还可远程管理节点。
 
这么看来控制网络的演进已经解决了工业4.0的控制网络需求不是吗？答案是否定的。虽然工业以太网已经解决了很多原有控制网络的问题，但是它需要在控制系统中使用全新的仪器仪表和全新的架构，这意味着大量前期投入的损失。在演进的过程中，SWIO的出现，大大提高了传统控制网络向T1L过渡的灵活性，提供传统标准和新工业以太网标准之间的合理分界点。
 
SWIO，控制网络升级转换中的桥梁
 
在过程控制或工厂自动化中，常用的是工业可编程逻辑控制器（PLC）或分布式控制系统（DCS），根据工厂场景的不同，对模拟通道和数字通道的需要不一样，SWIO可以快速地进行模块的重新配置，将整个系统迅速串联起来。SWIO简化了终端客户向智能、边缘连接设备的过渡，促进现场仪器在将工厂过渡到连接的基础设施时的持续使用，实现向其他工业通信标准的过渡。

 

（SWIO多通道可配置性，ADI）

 
SWIO的使用带来的改变是很直接的，传统PLC或DCS依赖于带多个I/O模块的控制柜，同时每一个通道类型所采用步线的系统是不一样的。SWIO会直接节省掉此步骤，通过任意引脚访问任意工业I/O功能，且允许在任意时间配置通道，硬件的需求随之减少。SWIO组件不仅支持其通道作为输入或输出编程，而且支持作为模拟或数字编程。这对于整个控制网络灵敏性，肉眼可见的提升了几个档次。此外，如果对SWIO接口进行高效设置，还能够将其用于读取2线或3线RTD与热电偶。
 
在基于工业以太网的控制网络里，SWIO能作为控制网络之间的桥梁用于以太网系统中的转换装置，通过开发标准化的现场I/O单元，在原本只支持传统标准的传感和执行器中与工业以太网间进行转换。这种软件可配置的I/O无疑需要在转换性能上足够突出。
 
实现SWIO功能必不可少的核心器件
 
多通道配置、转换性能优异，这个核心器件很明显了，就是ADC与DAC。SWIO的可配置通道数取决于DAC的可配置通道数。这种集成式专用转换器，会将ADC与DAC，以及配套的诊断功能集成在一起，包含用于模拟输出、模拟输入、数字输入和电阻温度检测器（RTD）测量的功能。这些功能集成在一个单芯片SWIO解决方案中，并具有与串行端口接口（SPI）兼容的接口。
 
这种集成式的专用转换器在过程控制应用中极为常见，此类器件必须要有可靠的架构，需要在IEC标准在±1 kV电压下对具有非屏蔽电缆的输入/输出端子进行浪涌测试。目前在SWIO应用多会选择具有可选50Hz和60Hz抑制性能的内部16位Σ-∆ADC和单调的13位DAC，这种级别的转换器数据速率不必担心，肯定是足够的。
 
小结
 
作为工业过程控制里充满灵活性的I/O方案，SWIO的可配置性解决了传统控制网络在向工业以太网过渡时的阵痛。对于很多处于工业自动化升级过程中的厂商来说，SWIO带来的便利可能远不止器件的高速率和可配置性带来的灵活性，在成本端、设计时间上其意义也许会更加重大。