在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中,壓力、位移、溫度、流量、轉(zhuǎn)速等各類模擬量傳感器因設(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。
開關(guān)量傳感器就是一個(gè)無觸點(diǎn)的開關(guān),開關(guān)量傳感器可作為PLC的開關(guān)量輸入信號(hào)。一般用于開關(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(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)控制是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)過程控制系統(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)傳感器的性能選型搜索:
1、兩線制電流/電壓輸出傳感器(無供電電源,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(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