第1章：传感器与执行器接入——模拟量信号采集、数字量信号接线、温度/压力传感器校准
大家好，我是老张。在工业现场摸爬滚打了十几年，今天咱们来聊聊设备联网的第一步——怎么把传感器和执行器正确地接进来。
说实话，很多新手工程师一上来就盯着PLC程序或者上位机界面，觉得接线是体力活。但我告诉你，现场80%的故障都出在信号接入这个环节。信号不对，后面全是白忙活。
1.1 模拟量信号：4-20mA与0-10V的采集
模拟量信号，说白了就是连续变化的物理量。比如温度从25℃升到100℃，对应的电流或电压信号也是连续变化的。工业现场最常用的就是4-20mA和0-10V。
1.4-20mA电流环
我个人习惯优先用4-20mA。为什么？因为它抗干扰能力强。电流信号不像电压信号，线长了会有压降，电流信号只要回路不断，多远都能传。
我记得有一次在化工厂，传感器离控制柜有300多米。用0-10V信号，到终端只剩8.2V了，数据完全不准。换成4-20mA，问题立马解决。
关键点：4-20mA的“4mA”代表零值，“20mA”代表满量程。为什么要从4mA开始而不是0mA？因为4mA可以用来检测断线——如果信号掉到0mA，说明线路断了或者传感器坏了。
接线时注意：
- 两线制传感器：电源正接传感器正，传感器负接AI模块正，AI模块负接电源负
- 三线制/四线制：电源和信号分开走，信号线用屏蔽双绞线
- 屏蔽层单端接地，别两端都接，否则会形成地环路
2. 0-10V电压信号
0-10V也有它的优势。比如在一些老设备上，或者需要快速响应的场合，电压信号比电流信号响应更快。
但要注意，电压信号对线长敏感。我建议超过50米就别用0-10V了，除非你用高阻抗输入的采集模块。
| 信号类型 | 优点 | 缺点 | 推荐场景 |
|---|---|---|---|
| 4-20mA | 抗干扰强，传输距离远 | 响应稍慢，需要供电 | 长距离、强干扰环境 |
| 0-10V | 响应快，接线简单 | 易受干扰，传输距离短 | 短距离、高响应需求 |
我的小技巧：现场不确定用哪种信号时，优先选4-20mA。实在不行，买个信号隔离器，把0-10V转成4-20mA，成本不高但省心很多。
1.2 数字量信号：DI/DO接线实战
数字量信号，就是开关信号。要么通，要么断。DI是数字量输入，比如按钮、限位开关、光电传感器；DO是数字量输出，比如继电器、电磁阀、指示灯。
1. DI接线
DI接线分两种：漏型（NPN）和源型（PNP）。
你想想看，很多新手在这里栽跟头。我见过一个项目，采购了NPN传感器，结果PLC模块是源型输入，全部不匹配。现场临时改线，折腾了两天。
- 漏型（NPN）：传感器输出低电平，电流从模块流向传感器
- 源型（PNP）：传感器输出高电平，电流从传感器流向模块
怎么判断？看传感器标签。NPN通常标“N.O.”或“N.C.”，PNP标“P.N.P.”。实在不行，用万用表测一下：传感器动作时，输出端对GND有电压就是PNP，没有就是NPN。
2. DO接线
DO输出一般驱动继电器或者直接驱动小负载。注意，PLC的DO模块输出电流有限，一般0.5A左右。直接驱动大功率设备？别干这种傻事。
我曾经在调试一个传送带系统时，直接用DO驱动了一个接触器线圈。结果接触器吸合瞬间，DO模块烧了。后来才知道，线圈是感性负载，断电时会产生反向电动势。
警告：驱动感性负载（继电器、接触器、电磁阀）时，一定要在负载两端并联续流二极管（直流）或RC吸收电路（交流）。否则你的DO模块寿命会大打折扣。
1.3 温度/压力传感器校准
传感器买回来，直接装上就用？我劝你别这么干。出厂标定和现场环境有差异，必须校准。
1. 温度传感器校准
工业上最常用的是热电偶和热电阻（PT100）。
校准方法其实不复杂：
- 准备一个标准温度源（比如干井炉或恒温槽）
- 把传感器和标准温度计放在一起
- 在0℃、50℃、100℃等几个点记录读数
- 计算偏差，写入PLC或变送器
嗯，这里要注意：热电偶有冷端补偿问题。如果你用的是普通热电偶，冷端温度变化会直接影响测量结果。我建议用带冷端补偿的变送器，或者直接用热电阻。
2. 压力传感器校准
压力传感器校准更直接。用压力校验仪或者标准压力源。
我记得有一次在污水处理厂，一个压力传感器显示0.5MPa，但实际压力只有0.3MPa。查了半天，发现是传感器量程选错了。标称1.6MPa的传感器，输出4-20mA对应0-1.6MPa，但现场实际压力只有0-0.6MPa，精度自然差。
选型原则：传感器量程应该是实际测量范围的1.5-2倍。比如实际压力最大0.6MPa，选1.0MPa或1.6MPa的传感器。量程太大，精度损失；量程太小，容易过载损坏。
校准步骤：
- 零点校准：通大气压（或标准大气压），调整零点
- 满量程校准：加标准压力，调整增益
- 线性度检查：在0%、25%、50%、75%、100%几个点检查
我的习惯：每次校准完，在传感器标签上贴个校准日期和有效期。下次维护时一眼就知道该不该重新校准。别信自己的记忆力，现场一忙全忘了。
好了，这一章的内容就这些。传感器和执行器接入是工业设备联网的基础，看似简单，但细节决定成败。下一章我们聊聊PLC与上位机的通信协议，到时候见。