PLC模拟输入和信号详解

PLC模拟输入和信号详解

PLC（可编程逻辑控制器）的模拟输入是工业自动化领域的重要组成部分，它能够处理连续变化的物理量，如温度和压力。本文将详细介绍PLC的模拟输入和信号，包括电压模式、电流模式以及特定温度测量设备的输入方式。

什么是PLC模拟输入？

模拟值是连续变化的值，例如温度和压力。虽然我们倾向于用数字方式思考这些值，但在某个时刻，我们必须将它们从连续的世界转换到数字世界，这就是PLC模拟输入的作用。

电压信号（范围在正负20伏左右）和电流信号（以毫安为单位）是常用的模拟输入类型。每个PLC制造商都有处理这些信号的I/O模块，以及其他更专业的模块。

电压模式模拟输入

下图是一个简单的电路，它将位置转换为0到5伏的信号，并连接到通用的PLC电压模拟输入。

当旋钮在零位时，PLC的输入为零伏，而在旋钮的另一端，PLC将看到5伏。PLC程序看到的转换结果取决于PLC及其配置。例如，一些较旧的Allen-Bradley SLC模型会返回一个0到8191的整数，对应于0到5伏的输入。通常，更新的PLC型号允许更多的灵活性，可以将数值缩放到应用程序所需的任何范围。

PLC程序可以使用这个输入来控制各种设备，例如灯泡的亮度、热源的输出、电机的速度或计数器的速度。

电流模式PLC模拟输入

虽然电压输入几乎能满足一般应用的需求，但由于其他设备的电气噪声干扰，电流模式信号传输对于需要传输较长距离的信号来说是一个更好的选择。因此，许多应用使用电流输入。

从PLC的角度来看，电流模式接口通常是一个带有附加高精度电阻的电压模式接口。虽然这个电阻通常在PLC模块内部，并通过跳线或连接位置切换，但本质上是相同的。

下图是一个由设备供电的电流源示例。现场设备从另一个电源获取电力。

由于回路中可用的电压有限，我们通常将测量端的总电阻限制在500欧姆。这通常作为现场设备安装说明的一部分。

另一种常见的模拟设备使用4到20毫安的信号作为其电源，从而减少了现场端所需的复杂性。

下图是一个"环路供电"的示例。电路的主要添加部分是在PLC端的单独电源。

注意，测量设备的正负连接与前一个示例不同。电流从环路供电设备的正极终端流出，通过负极终端进入PLC的正极终端。

特定温度测量设备的输入

接下来，我们将介绍两种常见的温度测量设备：热电偶和电阻温度检测器（RTD）。

热电偶输入

较老的温度设备是热电偶。这种设备根据温度在毫伏范围内产生一个小信号，具体取决于"接点"处的温度，即两种不同金属接触产生电压的点。

热电偶测量模块被设计用来将这些微小信号转换为温度读数，它们有一些较为苛刻的特点。连接热电偶到模块的电线必须专门用于该类型的热电偶，错误的电线会使信号变得无用。由于信号电压很低，电线需要良好的屏蔽，并且要小心地远离高压线路。

此外，这些传感器需要"冷接点补偿"，这个功能通常内置在大多数热电偶模块中，但有些可能需要外部设备来实现这个目的。

热电偶的温度范围由一个字母指定，例如，"Type J"热电偶是一种常见的类型，具有众所周知的特性。

RTD或电阻温度检测器输入

较新的RTD或电阻温度检测器通常比热电偶更坚固和准确，但老式的传感器仍然很常见，因为它们被设计在旧设备中，而且能够处理RTD无法处理的温度范围，包括高达白热（1600°C）的特殊应用。

顾名思义，设备的电阻随其温度变化，因此测量输出相对直接。它们通常有三线和四线配置，以及几种温度范围。

总结

本文提供了一个关于PLC模拟输入的基本介绍，涵盖了最常见的类型。每种类型都有其独特之处，PLC制造商和型号之间的实现方式也有所不同，因此本文只提供了通用原则，没有足够的细节来在任何特定的PLC系统中实现它们。此外，本文没有尝试涵盖所有类型的设备，每个制造商都有独特的测量方法，还有许多其他类型的传感器没有包含在这里。