模拟量I/O模块详解：变送器用来将电量

1.变送器

变送器用来将电量或非电量转换为标准量程的电流或电压，然后送给模拟量输入模块。

变送器分为电流输出型变送器和电压输出型变送器。电压输出型变送器具有恒压源的性质，PLC模拟量输入模块的电压输入端的输入阻抗很高，例如FX_2N-4AD电压输入的输入阻抗为200kΩ。如果变送器距离PLC较远，微小的干扰信号电流在模块的输入阻抗上将产生较高的干扰电压。例如50μA干扰电流在200kΩ输入阻抗上将产生10V的干扰电压信号，所以远程传送模拟量电压信号时抗干扰能力很差。

电流输出型变送器具有恒流源的性质，恒流源的内阻很大。PLC的模拟量输入模块的输入为电流时，输入阻抗较低，例如电流输入时FX_2N-4AD的输入阻抗为250Ω。线路上的干扰信号在模块的输入阻抗上产生的干扰电压很低，所以模拟量电流信号适用于远程传送。电流信号的传送距离比电压信号的传送距离远得多，使用屏蔽电缆信号线时可达数百米。

电流输出型变送器分为二线制和四线制两种,四线制变送器有两根电源线和两根信号线。二线制变送器只有两根外部接线，它们既是电源线，也是信号线（见图6-1），输出4～20mA的信号电流，直流电源串接在回路中，有的二线制变送器通过隔离式安全栅供电。通过调试，在被检测信号量程的下限时输出电流为4mA，被检测信号满量程时输出电流为20mA。二线制变送器的接线少，信号可以远传，在工业中得到了广泛的应用。

图6-1 二线制变送器

2.模拟量与数字量的转换

在工业控制中，某些输入量（例如压力、温度、流量、转速等）是连续变化的模拟量，某些执行机构（例如伺服电动机、电动调节阀等）要求PLC输出模拟信号，而PLC的CPU只能处理数字量。模拟量首先被传感器和变送器转换为标准量程的电流或电压，例如4～20mA和0～10V，PLC用模拟量输入模块中的A-D转换器将它们转换成数字量。温度检测模块直接连接温度传感器（热电偶或热电阻），可以省去温度变送器。

模拟量输出模块中的D-A转换器将PID控制器的数字输出量转换为模拟量电压或电流，再去控制执行机构，例如变频器或电动调节阀。

模拟量I/O模块的输入/输出信号可以是电压，也可以是电流。可以是单极性的，例如0～5V和4～20mA；也可以是双极性的，例如±10V和±20mA，模块一般可以输入多种量程的电流或电压。带正、负号的电流或电压转换后的数字用二进制补码表示。

A-D、D-A转换器的二进制位数反映了它们的分辨率，位数越多，分辨率越高。模拟量输入/输出模块的另一个重要指标是转换时间。

3.模拟量I/O模块、特殊适配器和功能扩展卡的特性(www.xing528.com)

模拟量I/O模块、特殊适配器和功能扩展卡的简要特性见表6-1和表6-2。详细的特性和使用方法见随书光盘中的《FX系列特殊功能模块用户手册》和《FX3G、FX3U、FX3UC PLC用户手册模拟量控制篇》。

模拟量模块的电压输入电路的输入电阻一般为200kΩ，电流输入电路的输入电阻一般为250Ω。满量程的总体精度一般为±1％。表中标注的是模拟量输入模块的电压转换得到的二进制数的位数，电流转换的分辨率一般比电压转换的精度低一些。

表6-1 模拟量I/O模块与功能扩展卡的特性

表6-2 模拟量特殊适配器的特性

^*FX3U的适配器为200μs，FX_3G对应的适配器为250μs，每个扫描周期更新数据。

模拟量输出模块在电压输出时的外部负载电阻一般为2kΩ～1MΩ，电流输出时小于500Ω。

FX系列的模拟量模块的外部模拟电路与PLC内部的数字电路之间有光隔离，模块各通道之间没有隔离。光隔离可以提高系统的安全性和抗干扰能力。模拟量输入/输出扩展板没有光隔离。

模拟量功能扩展板和模拟量特殊适配器在程序中不占用I/O点，模拟量I/O模块在程序中占用8个I/O点。

温度检测模块实际上是温度变送器与模拟量输入模块的组合，传感器（热电阻或热电偶）直接与模块连接，不需要温度变送器，可以节省硬件成本和安装空间。

温度调节模块FX_2N-2LC有2通道温度输入和2通道晶体管输出，提供自调整PID控制、两位式控制和PI控制，可以检查出断线故障。模块可以使用多种热电偶和热电阻，有冷端温度补偿，分辨率为0.1℃，采样周期为500ms。