工业现场传感器信号采集与PLC等系统的匹配应用

   在工业环境中，各类传感器如压力、位移、温度、流量和转速等，因其设计和技术方法的不同，展现出多样化的工作配电方式和模拟信号输出。这些传感器主要分为两线制和四线制两种类型，其输出的模拟信号也各有特色，常见的有0-20mA、4-20mA电流信号以及0-75mV、0-5V、1-5V电压信号等。

   为了成功地将这些传感器的模拟信号采集到PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）、FCS（现场总线控制系统）、MCU（微控制器单元）、FA（工厂自动化）以及PC（个人电脑）等数据采集系统中，我们必须根据传感器与数据采集系统的功能和技术特点进行精确的匹配选型。同时，我们还需要考虑工业现场传感器与PLC等数据采集系统在供电上的差异，以及可能存在的各种电磁兼容性（EMC）干扰。

   在实际应用中，我们通常会将传感器输出的模拟信号进行隔离、放大和转换，然后再送到PLC等数据采集系统中。PLC通过信号线采集传感器的模拟或数字信号，并根据信号类型（模拟或数字）接入相应的输入接口进行处理。对于模拟输出的传感器，PLC需要连接模拟输入接口；而对于数字信号输出的传感器，PLC则需要连接数字输入接口。

   开关量传感器是一种无触点的开关，其输出信号可作为PLC的开关量输入信号，广泛应用于机床、机器等设备的开关量控制中。模拟量传感器则能将不同的物理量（如压力、流量、温度）转换成模拟量（如4-20mA的电流或1-5V的电压），这些模拟信号作为PLC模拟量输入模块的输入信号，用于过程控制。

   值得注意的是，两线制和四线制传感器在信号线和供电方式上存在显著差异。两线制的两根信号线既要为传感器或变送器供电，又要提供电流电压信号；而四线制的两根信号线则仅用于提供电流信号。通常，两线制传感器或变送器是无源的，而四线制传感器或变送器则是有源的。

   因此，在PLC等数据采集系统的模板输入通道设定时，我们需要根据传感器的类型进行相应的配置。当连接四线制传感器时，PLC仅从模板通道的端子上采集模拟信号；而当连接两线制传感器时，PLC的模拟输入模板通道还需要向外输出一个直流24V的电源，以驱动两线制传感器工作。

   此外，4-20mA信号制是国际电工委员会（IEC）过程控制系统用模拟信号的标准。我国从DDZ-Ⅲ型电动仪表开始便采用这一国际标准信号制，其中仪表传输信号采用4-20mA，联络信号则采用1-5VDC。这种信号制的优点在于，信号起点电流为4mA，为变送器提供了静态工作电流，同时仪表电气零点为4mA，不与机械零点重合，这种活零点有利于识别断电和断线等故障。