它能夠傳輸與可變特性相關(guān)的信號，這與離散控制僅傳輸開 / 關(guān)信號有著明顯的區(qū)別。然而，對于眾多新手用戶以及技術(shù)人員而言，不同信號標(biāo)準(zhǔn)之間的差異往往會造成理解上的混亂。接下來，我們將深入比較模擬電壓和電流這兩種常見的模擬信號類型。

兩種模擬信號類型

模擬信號主要分為電壓和電流兩種類型。在這兩種類型中，各自都存在不同的數(shù)字范圍，并且電壓和電流這兩種總體類別在各種傳感器中都廣泛存在。很多時(shí)候，人們理解模擬信號存在困難，這通常與他們了解控制系統(tǒng)的方式有關(guān)。當(dāng)人們開始 STEM 或工程教育時(shí)，可能會在 PLC 出現(xiàn)在工作臺上之前，就借助微處理器（例如常見的 Arduino 或 Raspberry Pi 平臺）開啟可編程控制的學(xué)習(xí)之旅。這些微處理器通常使用模擬電壓輸入，其范圍一般為 0 - 5 或 0 - 3.3 伏。所以，人們在職業(yè)生涯初期就開始學(xué)習(xí)如何測量分壓器上的可變電壓，這也成為連接模擬輸入的標(biāo)準(zhǔn)過程。但當(dāng)進(jìn)入實(shí)際的現(xiàn)實(shí)世界車間（或者在 PLC I/O 類課程中，如果幸運(yùn)的話），就會面臨一個(gè)現(xiàn)實(shí)，即大量模擬信號實(shí)際上提供的是電流。然而，在以往的培訓(xùn)中，恒壓電源是討論的重點(diǎn)，而恒流電源幾乎未被提及。

模擬電流信號的優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)進(jìn)入自動化車間后，會發(fā)現(xiàn)模擬電流信號具有一個(gè)主導(dǎo)性的特征，那就是可靠性。在自動化系統(tǒng)中，如果傳感器和控制器之間的信號丟失或改變，這是完全不可接受的。而且，即使成本存在差異（通常差異較小），也會被輸出質(zhì)量的差異所掩蓋。在這兩方面，電流信號占據(jù)明顯優(yōu)勢。

信號丟失檢測：模擬電流信號的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是能夠保證傳感器信號到達(dá)控制器。工業(yè)傳感器常見的電流標(biāo)準(zhǔn)范圍是 4 - 20 mA，這意味著即使過程變量處于值，電路上仍有低于閾值的電流在傳輸。如果電流降至 0 mA，控制系統(tǒng)能夠檢測到接線故障，這相當(dāng)于內(nèi)置了診斷工具。此外，如果電流輸出超過 20 mA，模擬輸入卡通常允許稍微提高輸入感應(yīng)范圍，該范圍可被檢測為過高值，同時(shí)能將電流保持在人類交互的安全閾值以下（許多研究表明，高于 25 mA 會導(dǎo)致嚴(yán)重的、有時(shí)甚至是致命的呼吸肌并發(fā)癥）。

信號質(zhì)量保持：信號降級比完全斷開的信號更為常見。在實(shí)際應(yīng)用中，信號線通常與機(jī)器一起鋪設(shè)，這些機(jī)器會在電線上施加不穩(wěn)定的感應(yīng)電壓（EMI 效應(yīng)）。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，控制器不會檢測到故障，而是檢測到過程變量的變化，從而錯(cuò)誤地調(diào)整輸出信號。而當(dāng)使用恒流電源時(shí)，當(dāng)流過導(dǎo)線的電流因外部因素而升高或降低時(shí)，傳感器的電壓將快速響應(yīng)。這種響應(yīng)速度通常足夠快，使得控制器可以濾除原因和糾正之間的短尖峰。此外，EMI 并非的問題，電線的尺寸和長度也會影響電路的電阻。模擬恒流源能夠提高自身的電壓來克服電阻的增加，并繼續(xù)提供適當(dāng)?shù)碾娏鳌哪撤N程度上說，它就像一個(gè)閉環(huán)控制信號，會隨著外部因素對系統(tǒng)的影響而增加或減少輸出。

模擬電壓信號的優(yōu)點(diǎn)

盡管電流信號具有一些戰(zhàn)略優(yōu)勢，但電壓信號仍然有其存在的原因。

設(shè)備簡單性：之前提到的那些使用分壓器讀取變化信號的小型微處理器，因其價(jià)格便宜且易于創(chuàng)建而被廣泛應(yīng)用。這在電位計(jì)中體現(xiàn)得尤為明顯，電位計(jì)是一種常見的工業(yè)旋鈕，用于調(diào)節(jié)電機(jī)速度、設(shè)定點(diǎn)和其他屬性。只需 3 條電線即可將其連接到模擬控制器，無需額外組件。而將該設(shè)備轉(zhuǎn)換為恒流模擬信號則既困難又耗時(shí)。大多數(shù)傳感器（將物理特性轉(zhuǎn)換為電信號的設(shè)備）會改變通過電路的電流或電阻。如果這在 4 - 20 mA 范圍內(nèi)不方便，則需要添加放大器和穩(wěn)壓器。相比之下，將該簡單傳感器與單個(gè)固定電阻器配對，就可以創(chuàng)建 0 - 10 伏的理想分壓器。

易于測量：盡管可靠性在很多情況下是重要因素，但在某些情況下可能并非關(guān)鍵問題。如果信號線較短且不受干擾影響，我們可以選擇在出現(xiàn)故障時(shí)容易排查和更換的信號。電壓很容易用電壓表測量，因?yàn)檫@種連接是儀表引線和負(fù)載線之間的高阻抗并聯(lián)連接。而載流電線需要極其靈敏的霍爾效應(yīng)非接觸式傳感器，否則在連接在線電流表時(shí)必須斷開電路。顯然，斷開電路對于運(yùn)行操作來說不太理想。

電壓和電流哪個(gè)更好？

如同許多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)辯論一樣，很難明確指出模擬電壓和電流哪個(gè)更優(yōu)。準(zhǔn)確的說法是，對于任何一個(gè)系統(tǒng)，兩者都可能具有巨大的優(yōu)勢，因此需要徹底了解如何安裝、排除故障以及圍繞任一系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。盡管電壓和電流信號都存在，但 4 - 20 mA 標(biāo)準(zhǔn)對于自動化傳感設(shè)備來說更為常見。如果您的經(jīng)驗(yàn)僅涉及電壓信號，那么投入時(shí)間研究當(dāng)前的信號標(biāo)準(zhǔn)將是有益的。通過正確的設(shè)計(jì)選擇，您能夠設(shè)計(jì)出盡可能完美的系統(tǒng)，以平衡信號可靠性與故障排除的簡易性，從而設(shè)計(jì)出具有彈性、面向未來的控制系統(tǒng)。