工業(yè)傳感器概述

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，壓力、位移、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等各類(lèi)模擬量傳感器因設(shè)計(jì)使用的技術(shù)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(hào)也各有差異，而常見(jiàn)的有0-20mA、4-20mA電流信號(hào)和0-75mV、0-5V、1-5V電壓信號(hào)。

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制和四線制，兩線制和四線制都只有兩根信號(hào)線，它們之間的主要區(qū)別在于：兩線制的兩根信號(hào)線既要給傳感器或者變送器供電，又要提供電流電壓信號(hào)；而四線制的兩根信號(hào)線只提供電流信號(hào)。通常提供兩線制電流電壓信號(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)別斷電和斷線等故障。

根據(jù)模擬信號(hào)傳感器的性能選型

1、兩線制電流/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 兩線制4-20mA隔離配電器典型應(yīng)用圖

1.2兩線制無(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

圖5 隔離型電橋電壓配電器

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(fù)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(yīng)用圖

1.4 兩線制傳感器輸出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 兩線制4-20mA信號(hào)與PLC匹配隔離調(diào)理典型應(yīng)用圖

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(hào)隔離放大后與PLC連接。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 四線制傳感器信號(hào)I/I隔離放大后與PLC連接典型應(yīng)用圖

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 四線制傳感器信號(hào)I/V轉(zhuǎn)換后與PLC連接典型應(yīng)用圖

2.2 四線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。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 四線制傳感器信號(hào)V/I轉(zhuǎn)換后與PLC連接典型應(yīng)用圖

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 四線制傳感器信號(hào)V/V隔離后與PLC連接典型應(yīng)用圖