开关量与模拟量：工业自动化中的信号“双雄”
开关量与模拟量：工业自动化中的信号“双雄”
在工业自动化领域，开关量和模拟量是两类核心信号，分别在控制和监测中扮演着不可替代的角色。本文将快速带你了解它们的区别，并解析为何4-20mA电流信号在模拟量传输中成为主流。
开关量：二进制的简洁之美
开关量（或逻辑量）以其简洁的二进制状态——开（1）和关（0）——在自动化系统中占据重要地位。这类信号通常来源于机械或电子开关，如继电器和限位开关，表示设备的开启或关闭状态。开关量信号的特点在于其离散性，即在任一时刻只存在“开”或“关”两个状态。
模拟量：连续变化的精细控制
与开关量的二元性不同，模拟量代表着连续变化的物理量，如电压、电流、压力等。其值可以在一定范围内连续变化，为控制和监测提供更高的精度。在PLC中，模拟量信号通常通过A/D转换器转化为数字信号，以便处理和控制。
数字量：开关量的数字化表达
数字量是开关量的数字化表达，以二进制数字（0和1）呈现，其时间和数值都具有离散特性，适用于开关状态的数字化表示。
技术实现：从模拟到数字
开关量的实现相对简单，只需检测电路的通断状态即可。而模拟量的实现较为复杂，涉及A/D和D/A转换器，将模拟信号转化为数字信号处理后，再将处理后的信号还原为模拟信号。
4-20mA：模拟量传输的黄金标准
在模拟量传输中，4-20mA电流信号因其出色的抗干扰性和故障诊断功能成为工业标准。与0-20mA或0-10V信号相比，4-20mA在长距离传输中对电磁干扰的抵抗能力更强。这是因为电流信号在传输过程中，信号强度不会因电缆长度的变化而减弱，从而有效避免了电磁干扰的影响。此外，电流信号对噪声不敏感，且电流源内阻高，允许信号在长距离上传输而不失真。
此外，4-20mA信号具备断线检测功能：当电缆断开时，信号值会降至0mA，清晰地指示出断线或传感器故障，而不仅仅显示“零”测量值。这种特性为工业应用提供了更高的可靠性。
相比之下，0-10V信号易受导线电阻引起的电压降影响，特别是在较长电缆的传输环境中。而4-20mA信号不会受电压降和电源噪声影响，适合在远距离且环境干扰较大的工业现场使用。因此，在需要长距离传输且对信号稳定性要求高的工业场景中，4-20mA信号是不二之选。
总结
总而言之，开关量和模拟量在工业自动化中各司其职，前者以简洁的二进制信号实现逻辑控制，后者以连续变化的信号实现精确控制。理解它们的特性与应用，对设计和维护高效、可靠的自动化系统至关重要。而4-20mA信号的广泛采用，体现了工业环境中对信号稳定性和可靠性的严格要求。