PLC与传感器连接方案选型参考

                       传感器模拟信号数据采集与PLC系统匹配方案选型

 

概述

     在工业现场中，压力、位移、温度、流量、转速等各类模拟量传感器因设计使用的技术方法不同。传感器工作配电的方式主要分为两线制和四线制，其输出的模拟信号也各有差异，而常见的有0-20mA/4-20mA电流信号和0-75mV/0-5V/1-5V电压信号。要把各类传感器模拟信号成功采集到PLC/DCS/FCS/MCU/FA/PC系统，就要根据传感器与数据采集系统的功能和技术特点进行匹配选型，同时也要考虑到工业现场传感器与PLC等数据采集系统的供电差异及各种EMC干扰的影响，通常把传感器输出的模拟信号隔离、放大、转换后送到PLC等数据采集系统。PLC通过信号线采集传感器的模拟或数字信号，然后进行处理，如果传感器是模拟输出，PLC就要接模拟输入接口，如果传感器是数字信号输出，PLC就要接数字输入接口。

      开关量传感器就是一个无触点的开关 ，开关量传感器可作为PLC的开关量输入信号。一般用于开关量控制的设备，机床，机器等。模拟量传感器是把不同的物理量(如 压力、流量、温度)转换成模拟量(4-20MA的电流或1-5V的电压)。模拟量传感器作为PLC的模拟量输入模块的输入信号。一般用于过程控制。 数字传感器是指将传统的模拟式传感器经过加装或改造A/D转换模块，使之输出信号为数字量(或数字编码)的传感器，主要包括：放大器、A/D转换器、微处理器（CPU）、存储器、通讯接口电路等。

常用的模拟量传感器分为两线制和四线制，两线制和四线制都只有两根信号线，它们之间的主要区别在于：两线制的两根信号线既要给传感器或者变送器供电，又要提供电流电压信号；而四线制的两根信号线只提供电流信号。因此，通常提供两线制电流电压信号的传感器或者变送器是无源的；而提供四线制电流信号的传感器或者变送器是有源的。因此，当PLC等数据采集系统的模板输入通道设定为连接四线制传感器时，PLC只从模板通道的端子上采集模拟信号，而当PLC等数据采集系统的模板输入通道设定为连接二线制传感器时，PLC的模拟输入模板的通道上还要向外输出一个直流24V的电源，以驱动两线制传感器工作。       4-20mA和电工标准有关,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标准。我国从DDZ-Ⅲ型电动仪表开始采用这一国际标准信号制，仪表传输信号采用4-20mA,联络信号采用1-5VDC,即采用电流传输、电压接收的信号系统。因为信号起点电流为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。

 

 

 

 

 

 

 

 IC封装和标准DIN 35导轨安装的产品图片展示

 

工业现场传感器与数据采集系统匹配应用方案

一、根据模拟信号传感器的性能匹配选型

1、 两线制电流/电压输出传感器(无供电电源，由负载提供16—24V配电，输出4-20mA/0-5V)。

1.1 两线制无源4-20mA输入型传感器，经电流隔离配电器配电后与PLC连接。

如图1所示，称重、测距传感器正端接16—24VDC,负端输出4-20mA电流。
     

 

 

 

 

 

 

图1  两线制4-20mA隔离配电器典型应用图（ISO 4-20mA-F）

 

1.2 两线制无源电压信号输入型传感器，经电压配电器配电后与PLC连接。

如图2、图3所示，位移、电子尺传感器正端、负端接16—24VDC电压。

 

 

 

 

 

 

 

 

图2  非隔离两线无源电压配电器（SY R-O1-A）     图3  隔离型电压配电器（ISO  R-P-O-A）

 

 

如图4、图5所示，应力片、称重电桥传感器正端、负端接16—24VDC电压。

 

 

 

 

 

 

 

 

图4  隔离型电压信号转换放大（ISO V-4-20mA）    图5  隔离型电桥电压配电器（ISO V-4-20mA）

1.3 两线制传感器输出4-20mA电流环路经隔离器隔离后与PLC连接。

如图6所示，压力、流量传感器正端接9—32VDC,负端输出4-20mA电流。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图6  两线制4-20mA电流环路隔离器典型应用图（ISO 4-20mA）

 

1.4两线制传感器输出4-20mA电流经隔离调理匹配（解决输入输出间冲突）后与PLC连接。

如图7所示，温度、转速传感器正端接12—24VDC,负端输出4-20mA电流。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图7 两线制4-20mA信号与PLC匹配隔离调理典型应用图（ISO 4-20mA-P）

 

 

2、四线制电流/电压(输入/输出)型传感器(有自己的供电电源24VDC，输入/输出: 4-20mA或0-5V)。

2.1 四线制电流输出型传感器经模拟信号隔离放大后与PLC连接。

2.1.1  如图8所示，温度、湿度传感器正端接24VDC,负端输出4-20mA电流。

 

 

 

 

 

 

 

图8  四线制传感器信号I/I隔离放大后与PLC连接典型应用图（ISO EM-A-P-O）

2.1.2  如图9所示，压力、转速传感器正端接24VDC,负端输出4-20mA电流。

 

 

 

 

 

 

 

 

图9  四线制传感器信号I/V转换后与PLC连接典型应用图（ISO EM-A-P-O）

 

2.2 四线制电压输出型传感器经模拟信号隔离放大后与PLC连接。

2.2.1  如图10所示，压力、转速传感器正、负端接24V电源,输出端输出0-5V电压。

 

 

 

 

 

 

 

 

图10  四线制传感器信号V/I转换后与PLC连接典型应用图（ISO EM-U-P-O）

 

2.2.2  如图11所示，液位、流量传感器正、负端接24V电源,输出端输出0-5V电压。

 

 

 

 

 

 

 

 

图11  四线制传感器信号V/V隔离后与PLC连接典型应用图（ISO EM-U-P-O）

 

 

二、 PLC与传感器的连接匹配选型

      选择PLC（以2#接头为正，3#接头为负举例）

1、 两线制时正极2输出24VDC电压，3接收电流，所以遇到两线制传感器时，一种接法是2接传感器正，3接传感器负；跳线为两线制电流信号。二种接法是2悬空，3接传感器的负，同时传感器正要接柜内24vdc；跳线为两线制电流信号。(以2正、3负为例)

2、 四线制时正极2是接收电流，3是负极。(四线制好处是传感器负极信号与柜内M为不同电平时不会影响很大，因为是传感器本身电流的回路)遇到四线制传感器时，一种方法是2接传感器正，3接传感器负，plc跳线为4线制电流。(以2正、3负为例)

3、 四线制传感器与plc两线制跳线接法：信号线负与柜内M线相连。将传感器正与plc的3相连，2悬空，跳线为两线制电流。(以2正、3负为例)

4、 电压信号：2接传感器正，3接传感器负，PLC跳线为电压信号。(以2正、3负为例)