模拟输出模块与 2、3 和 4 线设备的接线

什么是模拟输出？

模拟输出是来自控制系统 CPU 的输出，其电流或电压会发生变化。在现场总线技术流行之前，这种输出方式非常常见，通常用于控制各种设备，例如变频驱动器 (VFD) 或伺服驱动器。模拟输出至今仍用于控制相同的设备或设置传感器中的参数。模拟输出有几种不同的类型，并且有几种连接模拟输出下游设备的方法。在本文中，我概述了输出类型之间的一些差异以及如何将模拟输出连接到控制系统。

处理输入和输出时，参考设备非常重要。VFD 将具有模拟输入和模拟输出。VFD 的输出将进入 PLC 的输入，反之亦然。在本文中，“输出”将指 PLC 输出。

图 2. Allen-Bradley 1734-OE2C 点 I/O 输出模块。图片由McNaughton-McKay提供

模拟输出的类型：电压和电流

选择模拟输出时，需要考虑两种类型：电压或电流。电压输出通常为 0-10 VDC 或 (-)10-(+)10 VDC，在参数设置中很常见。电流输出通常为4-20 mA，但也可以采用 0-20 mA。电流或电压的决定因素完全取决于读取此信号的设备。如果连接到 VFD，请查看手册以了解输入端子。设备同时支持电流和电压输入并不罕见，但可能需要配置设备或使用单独的端子。

典型电机驱动装置的 I/O 引脚标识

图 3. 典型电机驱动装置的 I/O 引脚标识。请注意，Ao0- 和 Ao0+ 表示模拟输出。图片由罗克韦尔自动化提供

电气噪声

电气噪声是指高频信号在模拟信号上感应出电压。这会导致模拟设备读数不正确或出现错误。有许多方法可以抵消电气噪声。一种常见的方法是使用屏蔽电缆。这种电缆有特殊的接地线，有助于将电气噪声引流到地面。一些制造商会为屏蔽线提供指定的端子。如果没有端子，请使用机箱接地，而不是 24 VDC 接地。

解决信号噪声问题的另一种常见方法是使用共模抵消，这意味着每个信号（电压或电流）的 (+) 和 (-) 线都成束传输。如果其中一根线受到干扰，第二根线上的噪声也应该相同。那么真正的信号不是 (+) 信号的幅度，而是两根信号线之间的差值（减法）。

2 线、3 线、4 线

这是指设备将使用的电线数量以及设备将如何连接到 PLC。

2 线模拟设备通常为电流模拟设备，并通过相同的两根线传输电源、信号和地线。这些设备通常采用直流供电，用于参数设置信号。由于只有两根线且没有额外的电源，因此限制因素是设备与控制系统之间的距离以及设备可以消耗的电量。

当接收设备由外部电源供电时，也会使用 2 线配置，例如接收速度参考信号的电机控制器，或具有模拟设定点的 PID 控制器。模拟输出将仅包含 2 线：信号和参考。

3 线配置将有一根信号线、一根共用公共线和一根电源线。在这种配置下，电源是隔离的，因此设备可以从控制系统接收电源，从而允许与信号不同的电压设置。

4 线连接将具有电源和接地连接，设备将使用它们为自身供电，以及具有自己的参考公共端的信号。此配置提供了的灵活性。设备可以通过交流或直流供电，并且信号线完全隔离。如果设备需要高负载交流电，则可能需要运行两根电缆而不是一根。

连接电流输出模块

连接模拟电流输出设备与连接电压设备时，会存在细微差异。不同制造商之间或模块是远程模块还是底盘模块之间可能会存在差异。请务必参考制造商的说明，了解正确的接线技术。

电流 - 以 Allen-Bradley 1734-OE2C 为例，我们可以从下图中看到两个通道可以以两种不同的方式连接。该图显示了与通道 1 的 2 线连接和与通道 0 的 4 线连接。两个设备都使用屏蔽电缆连接，漏极线连接到端子 2 和 3。

电流变化的信号连接到端子零和端子一，公共端（参考信号）连接到端子四和端子五。另一个示例是西门子模拟输出模块 6ES7532-5HD00-0AB0。此特定模块可配置为输出电流或模拟信号。

以下是电流输出配置的接线图。通道 0 的输出信号位于端子 1，参考信号位于端子 3，并且没有提供漏极线端子。

4 线和 2 线电流输出

图 4. 4 线和 2 线电流输出。图片由罗克韦尔自动化提供

2 线模拟输出示意图

图 5. 2 线模拟输出示意图。图片由西门子提供

连接模拟电压模块

电压模块的接线方式类似，只是有时会在图纸上标明极性。Allen-Bradley 模块使用 2 线连接，信号线再次连接到端子零和端子一。西门子示例在使用电压配置时接线稍多一些。下图显示了两种配置，一种是无线路电阻补偿的 2 线连接，另一种是带线路电阻补偿的 4 线连接。

2 线电压输出连接，无线路电阻补偿，可能会在发送和接收信号之间产生误差

图 6. 2 线电压输出连接，未补偿线路电阻，这可能会在发送和接收信号之间产生误差。图片由罗克韦尔自动化提供

模拟输出模块上的 2 线 (1) 和 4 线 (2) 连接

图 7.模拟输出模块上的 2 线 (1) 和 4 线 (2) 连接。图片由西门子提供

模拟输出连接

这些只是模拟输出设备如何连接到 PLC 输出模块的一些示例。从上图可以看出，每个制造商都有自己的设备连接方式。请务必参考输出模块的手册，以确保设备正确连接到输出模块。