【導讀】在工業(yè)現(xiàn)場中，壓力、位移、溫度、流量、轉速等各類模擬量傳感器因設計使用的技術方法不同。傳感器工作配電的方式主要分為兩線制和四線制，其輸出的模擬信號也各有差異，而常見的有0-20mA、4-20mA電流信號和0-75mV、0-5V、1-5V電壓信號。
要把各類傳感器模擬信號成功采集到PLC/DCS/FCS/MCU/FA/PC系統(tǒng)，就要根據(jù)傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能和技術特點進行匹配選型，同時也要考慮到工業(yè)現(xiàn)場傳感器與PLC等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的供電差異及各種EMC干擾的影響，通常把傳感器輸出的模擬信號隔離、放大、轉換后送到PLC等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。PLC通過信號線采集傳感器的模擬或數(shù)字信號，然后進行處理，如果傳感器是模擬輸出，PLC就要接模擬輸入接口，如果傳感器是數(shù)字信號輸出，PLC就要接數(shù)字輸入接口。
開關量傳感器就是一個無觸點的開關，開關量傳感器可作為PLC的開關量輸入信號。一般用于開關量控制的設備，機床，機器等。模擬量傳感器是把不同的物理量(如壓力、流量、溫度)轉換成模擬量(4-20MA的電流或1-5V的電壓)。模擬量傳感器作為PLC的模擬量輸入模塊的輸入信號。一般用于過程控制。數(shù)字傳感器是指將傳統(tǒng)的模擬式傳感器經(jīng)過加裝或改造A/D轉換模塊，使之輸出信號為數(shù)字量(或數(shù)字編碼)的傳感器，主要包括：放大器、A/D轉換器、微處理器（CPU）、存儲器、通訊接口電路等。
常用的模擬量傳感器分為兩線制和四線制，兩線制和四線制都只有兩根信號線，它們之間的主要區(qū)別在于：兩線制的兩根信號線既要給傳感器或者變送器供電，又要提供電流電壓信號；而四線制的兩根信號線只提供電流信號。通常提供兩線制電流電壓信號的傳感器或者變送器是無源的；而提供四線制電流信號的傳感器或者變送器是有源的。
因此，當PLC等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模板輸入通道設定為連接四線制傳感器時，PLC只從模板通道的端子上采集模擬信號，而當PLC等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模板輸入通道設定為連接二線制傳感器時，PLC的模擬輸入模板的通道上還要向外輸出一個直流24V的電源，以驅動兩線制傳感器工作。
4-20mA和電工標準有關,4-20mA信號制是國際電工委員會(IEC)過程控制系統(tǒng)用模擬信號標準。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一國際標準信號制，儀表傳輸信號采用4-20mA,聯(lián)絡信號采用1-5VDC,即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統(tǒng)。因為信號起點電流為4mA,為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時儀表電氣零點為4mA，不與機械零點重合，這種活零點有利于識別斷電和斷線等故障。
工業(yè)現(xiàn)場傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)匹配應用方案
一、根據(jù)模擬信號傳感器的性能匹配選型
1、兩線制電流/電壓輸出傳感器(無供電電源，由負載提供16—24V配電，輸出4-20mA/0-5V)。
1.1 兩線制無源4-20mA輸入型傳感器，經(jīng)電流隔離配電器配電后與PLC連接。如圖1所示，稱重、測距傳感器正端接16—24VDC,負端輸出4-20mA電流。
圖1 兩線制4-20mA隔離配電器典型應用圖（ISO 4-20mA-F）
1.2 兩線制無源電壓信號輸入型傳感器，經(jīng)電壓配電器配電后與PLC連接。如圖2、圖3所示，位移、電子尺傳感器正端、負端接16—24VDC電壓。
圖2 非隔離兩線無源電壓配電器
圖3 隔離型電壓配電器
如圖4、圖5所示，應力片、稱重電橋傳感器正端、負端接16—24VDC電壓。
圖4 隔離型電壓信號轉換放大（ISO V-4-20mA）
圖5 隔離型電橋電壓配電器（ISO V-4-20mA）
1.3 兩線制傳感器輸出4-20mA電流環(huán)路經(jīng)隔離器隔離后與PLC連接。如圖6所示，壓力、流量傳感器正端接9—32VDC,負端輸出4-20mA電流。
圖6 兩線制4-20mA電流環(huán)路隔離器典型應用圖（ISO 4-20mA）
1.4 兩線制傳感器輸出4-20mA電流經(jīng)隔離調理匹配（解決輸入輸出間沖突）后與PLC連接。 如圖7所示，溫度、轉速傳感器正端接12—24VDC,負端輸出4-20mA電流。
圖7 兩線制4-20mA信號與PLC匹配隔離調理典型應用圖（ISO 4-20mA-P）
2、四線制電流/電壓(輸入/輸出)型傳感器(有自己的供電電源24VDC，輸入/輸出:4-20mA或0-5V)。
2.1 四線制電流輸出型傳感器經(jīng)模擬信號隔離放大后與PLC連接。
2.1.1 如圖8所示，溫度、濕度傳感器正端接24VDC,負端輸出4-20mA電流。
圖8 四線制傳感器信號I/I隔離放大后與PLC連接典型應用圖（ISO EM-A-P-O）
2.1.2如圖9所示，壓力、轉速傳感器正端接24VDC,負端輸出4-20mA電流。
圖9 四線制傳感器信號I/V轉換后與PLC連接典型應用圖（ISO EM-A-P-O）
2.2 四線制電壓輸出型傳感器經(jīng)模擬信號隔離放大后與PLC連接。
2.2.1 如圖10所示，壓力、轉速傳感器正、負端接24V電源,輸出端輸出0-5V電壓。
圖10 四線制傳感器信號V/I轉換后與PLC連接典型應用圖（ISO EM-U-P-O）
2.2.2 如圖11所示，液位、流量傳感器正、負端接24V電源,輸出端輸出0-5V電壓。
圖11 四線制傳感器信號V/V隔離后與PLC連接典型應用圖（ISO EM-U-P-O）
二、PLC與傳感器的連接匹配選型
選擇PLC（以2#接頭為正，3#接頭為負舉例）
1、兩線制時正極2輸出24vdc電壓，3接收電流，所以遇到兩線制傳感器時，一種接法是2接傳感器正，3接傳感器負；跳線為兩線制電流信號。二種接法是2懸空，3接傳感器的負，同時傳感器正要接柜內(nèi)24vdc；跳線為兩線制電流信號。（以2正、3負為例）
2、四線制時正極2是接收電流，3是負極。（四線制好處是傳感器負極信號與柜內(nèi)M為不同電平時不會影響精度很大，因為是傳感器本身電流的回路）遇到四線制傳感器時，一種方法是2接傳感器正，3接傳感器負，plc跳線為4線制電流。（以2正、3負為例）
3、四線制傳感器與PLC兩線制跳線接法：信號線負與柜內(nèi)M線相連。將傳感器正與PLC的3相連，2懸空，跳線為兩線制電流。（以2正、3負為例）
4、電壓信號：2接傳感器正，3接傳感器負，PLC跳線為電壓信號。（以2正、3負為例）
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