要把各類(lèi)傳感器模擬信號(hào)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(shù)特點(diǎn)進(jìn)行匹配選型，同時(shí)也要考慮到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)隔離、放大、轉(zhuǎn)換后送到PLC等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。PLC通過(guò)信號(hào)線(xiàn)采集傳感器的模擬或數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)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(hào)輸出，PLC就要接數(shù)字輸入接口。

 

開(kāi)關(guān)量傳感器就是一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)量傳感器可作為PLC的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。一般用于開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備，機(jī)床，機(jī)器等。模擬量傳感器是把不同的物理量(如壓力、流量、溫度)轉(zhuǎn)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(hào)。一般用于過(guò)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(guò)加裝或改造A/D轉(zhuǎn)換模塊，使之輸出信號(hào)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(zhuǎn)換器、微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、通訊接口電路等。

 

常用的模擬量傳感器分為兩線(xiàn)制和四線(xiàn)制，兩線(xiàn)制和四線(xiàn)制都只有兩根信號(hào)線(xiàn)，它們之間的主要區(qū)別在于：兩線(xiàn)制的兩根信號(hào)線(xiàn)既要給傳感器或者變送器供電，又要提供電流電壓信號(hào)；而四線(xiàn)制的兩根信號(hào)線(xiàn)只提供電流信號(hào)。通常提供兩線(xiàn)制電流電壓信號(hào)的傳感器或者變送器是無(wú)源的；而提供四線(xiàn)制電流信號(hào)的傳感器或者變送器是有源的。

 

因此，當(dāng)PLC等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模板輸入通道設(shè)定為連接四線(xiàn)制傳感器時(shí)，PLC只從模板通道的端子上采集模擬信號(hào)，而當(dāng)PLC等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模板輸入通道設(shè)定為連接二線(xiàn)制傳感器時(shí)，PLC的模擬輸入模板的通道上還要向外輸出一個(gè)直流24V的電源，以驅(qū)動(dòng)兩線(xiàn)制傳感器工作。

 

4-20mA和電工標(biāo)準(zhǔn)有關(guān),4-20mA信號(hào)制是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)過(guò)程控制系統(tǒng)用模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)從DDZ-Ⅲ型電動(dòng)儀表開(kāi)始采用這一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制，儀表傳輸信號(hào)采用4-20mA,聯(lián)絡(luò)信號(hào)采用1-5VDC,即采用電流傳輸、電壓接收的信號(hào)系統(tǒng)。因?yàn)樾盘?hào)起點(diǎn)電流為4mA,為變送器提供了靜態(tài)工作電流，同時(shí)儀表電氣零點(diǎn)為4mA，不與機(jī)械零點(diǎn)重合，這種活零點(diǎn)有利于識(shí)別斷電和斷線(xiàn)等故障。

 

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)匹配應(yīng)用方案

 

一、根據(jù)模擬信號(hào)傳感器的性能匹配選型

 

1、兩線(xiàn)制電流/電壓輸出傳感器(無(wú)供電電源，由負(fù)載提供16—24V配電，輸出4-20mA/0-5V)。

 

1.1 兩線(xiàn)制無(wú)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(chēng)重、測(cè)距傳感器正端接16—24VDC,負(fù)端輸出4-20mA電流。

 

圖1 兩線(xiàn)制4-20mA隔離配電器典型應(yīng)用圖（ISO 4-20mA-F）

 

1.2 兩線(xiàn)制無(wú)源電壓信號(hào)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(fù)端接16—24VDC電壓。
 

 

 

圖2 非隔離兩線(xiàn)無(wú)源電壓配電器

 

圖3 隔離型電壓配電器

 

如圖4、圖5所示，應(yīng)力片、稱(chēng)重電橋傳感器正端、負(fù)端接16—24VDC電壓。

 

圖4 隔離型電壓信號(hào)轉(zhuǎn)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(xiàn)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(fù)端輸出4-20mA電流。

 

圖6 兩線(xiàn)制4-20mA電流環(huán)路隔離器典型應(yīng)用圖（ISO 4-20mA）

 

1.4 兩線(xiàn)制傳感器輸出4-20mA電流經(jīng)隔離調(diào)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(zhuǎn)速傳感器正端接12—24VDC,負(fù)端輸出4-20mA電流。

 

 

圖7 兩線(xiàn)制4-20mA信號(hào)與PLC匹配隔離調(diào)理典型應(yīng)用圖（ISO 4-20mA-P）

 

2、四線(xiàn)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(xiàn)制電流輸出型傳感器經(jīng)模擬信號(hào)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(fù)端輸出4-20mA電流。

 

圖8 四線(xiàn)制傳感器信號(hào)I/I隔離放大后與PLC連接典型應(yīng)用圖（ISO EM-A-P-O）

 

2.1.2如圖9所示，壓力、轉(zhuǎn)速傳感器正端接24VDC,負(fù)端輸出4-20mA電流。

 

圖9 四線(xiàn)制傳感器信號(hào)I/V轉(zhuǎn)換后與PLC連接典型應(yīng)用圖（ISO EM-A-P-O）

 

2.2 四線(xiàn)制電壓輸出型傳感器經(jīng)模擬信號(hào)隔離放大后與PLC連接。

 

2.2.1 如圖10所示，壓力、轉(zhuǎn)速傳感器正、負(fù)端接24V電源,輸出端輸出0-5V電壓。

 

圖10 四線(xiàn)制傳感器信號(hào)V/I轉(zhuǎn)換后與PLC連接典型應(yīng)用圖（ISO EM-U-P-O）

 

2.2.2 如圖11所示，液位、流量傳感器正、負(fù)端接24V電源,輸出端輸出0-5V電壓。

 

 

圖11 四線(xiàn)制傳感器信號(hào)V/V隔離后與PLC連接典型應(yīng)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(fù)舉例）

 

1、兩線(xiàn)制時(shí)正極2輸出24vdc電壓，3接收電流，所以遇到兩線(xiàn)制傳感器時(shí)，一種接法是2接傳感器正，3接傳感器負(fù)；跳線(xiàn)為兩線(xiàn)制電流信號(hào)。二種接法是2懸空，3接傳感器的負(fù)，同時(shí)傳感器正要接柜內(nèi)24vdc；跳線(xiàn)為兩線(xiàn)制電流信號(hào)。（以2正、3負(fù)為例）

 

2、四線(xiàn)制時(shí)正極2是接收電流，3是負(fù)極。（四線(xiàn)制好處是傳感器負(fù)極信號(hào)與柜內(nèi)M為不同電平時(shí)不會(huì)影響精度很大，因?yàn)槭莻鞲衅鞅旧黼娏鞯幕芈罚┯龅剿木€(xiàn)制傳感器時(shí)，一種方法是2接傳感器正，3接傳感器負(fù)，plc跳線(xiàn)為4線(xiàn)制電流。（以2正、3負(fù)為例）

 

3、四線(xiàn)制傳感器與PLC兩線(xiàn)制跳線(xiàn)接法：信號(hào)線(xiàn)負(fù)與柜內(nèi)M線(xiàn)相連。將傳感器正與PLC的3相連，2懸空，跳線(xiàn)為兩線(xiàn)制電流。（以2正、3負(fù)為例）

 

4、電壓信號(hào)：2接傳感器正，3接傳感器負(fù)，PLC跳線(xiàn)為電壓信號(hào)。（以2正、3負(fù)為例）

 

 

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