与离散/数字（开/关）电路不同，模拟信号在一定范围的电压或电流范围内变化。 以前面数字接线示例中描述的同一容器为例，如果我们用液位变送器替换开关，接线会发生什么变化？
PLC模拟信号接线技术
下图具有相同的断路器面板，但现在它正在馈送直流电源。
电源可以位于其自己的机柜中，也可以位于编组面板中。 无论如何，直流电源均在编组面板中分配。 单个保险丝可以为多个电路供电，或者每个电路都可以熔断。
变送器的正极端子馈入 +24 VDC。 4–20 mA 电流信号从变送器的 (-) 端子传送至 PLC。
电缆采用双绞线和屏蔽电缆。 信号电缆用发射机编号进行编号，内部电线也进行编号以提供电源信息。
屏蔽层端接于编组面板，所有屏蔽层均聚集于此并端接至与机柜隔离的接地片。 注意：应小心确保屏蔽层仅在一处接地。
多点接地的屏蔽可能会向信号注入较大的噪声尖峰。 这种情况称为接地环路，并且可能是一个非常难以隔离的问题，因为该问题是间歇性的。
应使用“安静”接地将所有屏蔽层在一点接地。 安静接地是指连接到专用接地三元组的接地，或者连接到隔离变压器的中心抽头的接地。
噪声接地是指物理上远离变压器的接地，并且是为电机、灯光或其他噪声设备提供服务的接地。 这就是基本的两线模拟输入电路。
以下是有关各种模拟可能性的一些具体信息：
A. 电路保护（熔断器）
模拟电路始终为低电压，通常为 24 VDC。 因此，为了人员安全，不需要熔断各个模拟电路。 此外，大多数模拟 I/O 模块都带有板载限流电路。
因此一般不需要熔断器来保护模块。 如果这两个条件成立，并且设计者应与制造商确认这一点，则可以根据需要避免每点熔断。
如果设计者希望通过不熔接每个点来节省资金，则应考虑将电路分组到损坏控制区域。
例如，如果有一对泵，即主泵和备用泵，则这两个泵的仪器应位于单独的保险丝组中，以防止单个熔断保险丝将它们全部烧毁。 有关详细信息，请参阅索引中的 I/O 分区。
b. 抗噪性
模拟电路容易受到电子噪声的影响。 例如，如果模拟电缆靠近电机的高压电缆，那么模拟信号电缆将充当天线，拾取电机产生的磁耦合噪声。
还存在其他噪声源，例如来自对讲机的射频 (RF) 辐射。 模拟信号电缆上的噪声会导致读取信号值时出现错误，进而导致控制系统出现多种问题。
减轻噪音的一些方法包括：
• 双绞线电缆：
使用双绞线可以大大降低电子噪声。 大多数仪器使用两根电线来传输信号。 电流通过一根电线流出到设备，并通过另一根电线从设备返回。
如果这些电线是绞合的，则每根电线中感应的噪声将非常接近相同。
每个导体中的感应电流大小相同，但流向相反，从而抵消了大部分噪声。
• 屏蔽：
噪声抑制的进一步改进是屏蔽，即在导体周围使用接地编织物或箔屏蔽。 如前所述，屏蔽层不应在多个地方接地，以避免形成接地环路。
大多数仪器制造商建议将现场仪器的屏蔽层接地。 然而，更好的地方是在编组面板中。
如果场地位于一处，则更容易验证和管理场地。 而且，可以确保此时良好的接地。
• 导管：
噪声抑制的最后一个改进是接地金属导管。 除了数据通信电缆和特别关键的电路之外，很少需要这样做。
C. 电阻温度检测器 (RTD)
RTD 由一根特殊的电线制成，当电线暴露在不同的温度下时，其电阻会以可预测的方式发生变化。
目前选择的材料是 100 欧姆铂，但有时也使用其他类型，例如 10 欧姆铜。 对于铂 RTD，额定值为 0°C 时 100 欧姆。
电阻随温度的变化非常小，导致电压变化在毫伏范围内。
RTD 连接到针对 RTD 进行调谐的惠斯通电桥电路。 但这种调整是在替补席上进行的。
现场环境又如何呢？ 我们已经讨论了毫伏信号固有的线路衰减困难（第 4 章）。 RTD 电路中通过使用一个或两个感测输入克服了这一问题。
这些输入有助于消除因长线路和沿线温度变化而产生的铜损影响，并且是 RTD 电缆中必须包含的附加电线，因此称为三线和四线 RTD。
d. 热电偶
正如我们所讨论的，热电偶利用了温度变化产生的电动势 (EMF)，该电动势影响了层压在一起的两种不同金属。
该 EMF 表现为毫伏 (DC) 信号。 当这些不同金属的某些组合连接在一起时，随着接合处温度的变化，会产生可预测的温度与电压曲线。
在两条电线的开路端测量信号，并使用毫伏每度刻度将电压转换为工程单位。
因此，热电偶是一种两线装置。 它容易受到辐射和感应噪声的影响，因此如果延伸距离很长，通常会安装在屏蔽电缆中。 热电偶信号也容易因线路损耗而降低，因此需要尽量缩短电缆长度。
此外，使用正确的延长线也很重要。 热电偶通常带有一个短尾纤连接，必须将延长线连接到该尾纤连接上。 如果使用不同的电线材料（例如铜）将信号延伸到 PLC，则会产生虚假“冷端”，从而导致反向电动势部分抵消信号。
因此，应使用适当的延长线，或者需要在铜线和热电偶线之间安装称为冷端补偿器或冰点基准的装置。
热电偶 I/O 模块已经具有板载冷端补偿，因此需要使用合适的热电偶延长线。
特定类型的热电偶表现出不同的温度特性。 J 型热电偶由铁丝与康铜丝连接而成。
此配置提供了 0 至 750°C 之间相对线性的曲线。8 K 型热电偶具有与镍铝线配对的镍铬线，有时称为铬镍合金/铝镍合金。
K 型热电偶的有效温度范围为 -200 至 1250°C。 其他组合会产生不同的响应曲线。
e. 0–10 毫伏 (mV) 模拟
模拟信号首先是通过电压调制产生的。 在过去，发射器会产生微弱的信号，必须捕获该信号，然后进行过滤和放大，以便可以用来移动录音机上的笔或仪表上的指针。 毫伏信号的致命弱点是它对电噪声的敏感性。
该信噪比问题随着电缆长度的增加而增加。 因此发射器需要靠近指示器或记录器。
如今，毫伏信号总体上被馈送到传感器，传感器将小信号转换为电流或其他介质（如数字数据值），在离开传感元件附近之前不易受到噪声和分贝 (dB) 损失的影响。 然而，一些记录仪和数据采集系统仍然以毫伏信号运行。
F. 4–20 毫安 (mA) 模拟
为了克服毫伏信号的线路衰减缺点，开发了 4-20 mA 电流环路。
由于其性能大大提高，这种传输模拟信号的方法很快成为行业标准。 市场上大多数现场仪表都有传感元件（传感器）和传输元件。
发射器调谐到传感器，传感器可以提供从调频模拟到毫伏直流的任何类型的信号。
无论信号的形式如何，发射器都会对其进行解释并将其转换为 4 至 20 mA 之间的输出电流，并且在该范围内其幅度与输入成正比。 将输出调整为输入的过程称为缩放。
因此，发送器成为所谓的可变电流源。 就像电池作为电压源一样，无论施加的负载量如何，都试图保持恒定的电压，电流源无论负载如何，都试图保持恒定的电流（对于给定的输入信号）。
由于电流在串联电路的所有点上都很常见，因此电缆长度问题（如毫伏信号问题所示）就被消除了。
当然，如果施加足够的负载，则可以克服设备强制恒定电流通过电路的能力。 因此，设计者必须知道电流源能够产生多少能量。
一般来说，当今的仪器能够在 1000 欧姆的电路电阻下维持 20 mA。 由于典型仪器的输入电阻不超过 250 欧姆，因此可以通过单个电流源为多个仪器供电，而无需隔离器。
例如，单个发射器应该能够将其信号馈送到 PLC、图表记录器和累加器，成本为 750 欧姆，加上线路电阻。 这应该仍然在典型发射机的舒适范围内。
注意：市场上仍然有额定值为 600 欧姆的仪器，因此设计人员在考虑复杂电路时应始终进行检查。
为了确定电路可用的能量，设计人员必须能够识别该能量的提供者。 这项任务有时并不像看起来那么简单，问题的答案将极大地影响电路的接线。
从发射器的角度描述，模拟电路有两种主要类型。 具有两根线的发射器被认为是吸收电流的无源设备，而具有四线的发射器是产生电流的有源设备。
下图描述了三个温度变送器，每个温度变送器连接到同一 PLC 模块上的不同 I/O 点。
一个发射器直接供电（即四线），而其他发射器则间接供电（即两线）。 每个发射器都连接到一个控制设备 - 在本例中为 PLC 输入。
从 PLC 的角度来看，所有 4-20 mA 电流输入实际上都是电压输入。 电阻器（如图所示的用户提供的外部电阻器或内部电阻器）用于将电流转换为电压。
计算机点本身实际上是高阻电压表，这使它们与现场设备具有良好的隔离性，并最大限度地减少输入电路的额外负载。
PLC 上的 I/O 点显示为每个点可用的内部电源，因此该模块能够作为回路的电压源。
下面详细解说两线和四线设备的区别：
1. 四线电路
如下所示，四线发射器是一种提供能量来为环路供电并生成电流调制信号的发射器。
例如，大多数液位变送器都是四线设备。 除了信号连接之外，四线设备还始终具有电源连接。 然而，并非所有此类供电发射器都是四线的。
如果有源发射器的输出被标记为无源，则从信号电路的角度来看，该设备可以被视为两线单元。
大多数录音设备都是外部供电的，但在电路上是无源的。 在这些情况下，外部电源仅用于设备的内部电子设备。
信号电路与该电源隔离。 请注意，底部电路中显示的记录器是一个有源的无源设备。
2. 两线电路
两线设备被称为环路供电。 这意味着该设备通过吸收从电流环路生成信号所需的能量来发挥作用。
这也称为“电流吸收”。 这种命名法可能有点令人困惑，因为灌电流的发射器仍然是电路的信号源。 电流环路的电源由其他地方提供。
就电流而言，分类为两线制的发射器通常必须是电路中的第一个设备。
换句话说，变送器的正极端子必须直接连接到电压源的正极端子。 电压源通常是 24 VDC 电源。
(a) 独立电源的两线电路
参考上图，PLC I/O 点 2 描绘了带有外部直流电源的两线电路。
请注意，必须在 PLC 处卷绕电线（按极性排列），以便 I/O 点上出现正确的极性。
这是因为电流现在与之前的示例相反，因为发射器必须成为环路中的第一个负载，而不是环路的能源。
(b) PLC 内部电源的两线制电路
如今，大多数 PLC 系统都能够通过简单地将发射器的正极端子连接到 PLC 的不同端子来自行获取回路电流。
然后将变送器的负极端子连接到 I/O 点的正极，并将 I/O 点的负极跳接到 PLC 系统的 DC 公共端。
I/O 点 3 示例中对此进行了描述。 在该示例中，循环中添加了一个记录器。
