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本文系统性讲解两种常见的传感器通信方式——4-20mA 电流环传输与RS485 总线信号传输的接线方式、供电结构、应用场景及传输距离计算依据。对现场仪表布线、电气控制及系统集成提供技术参考。
1. 4-20mA 电流传输方式解析
1.1 原理简介
4-20mA 电流信号传输是一种模拟量输出方式，抗干扰能力强，广泛应用于气体检测、温湿度控制等场合。信号从传感器输出，经电流环送至 PLC 或控制器进行解析。
1.2 接线方式
1.2.1 分线二线制
- 电源与信号线共用，仅需两根导线；
- 安装简便，但对供电稳定性要求较高；
- 如图左上所示，+24V 电源串联至 PLC 的模拟量输入端。
1.2.2 分线三线制
- 电源与信号线分开，共需三根导线（+24V、信号、0V）；
- 增强系统抗干扰能力；
- 适用于远距离信号传输或对信号精度要求较高的场合。
1.3 线缆选型与距离计算
为保证 4-20mA 信号的有效传输，应控制线缆压降不超过设备最小工作电压（如 16V）。下表为常见线缆规格与推荐最大传输距离：
| 电缆规格 | 电阻值 (Ω/Km) | 最大传输距离（米） |
|---|---|---|
| 1.0mm² (17AWG) | 19.5 Ω | 666 米 |
| 1.5mm² (16AWG) | 13.0 Ω | 1023 米 |
| 2.0mm² | 9.6 Ω | 1287 米 |
| 2.5mm² | 8.0 Ω | 1621 米 |
2. RS485 总线信号传输方式
2.1 通信原理
RS485 是一种差分信号通信方式，允许多个设备通过一对双绞线通信（A/B 线），适用于多点分布式监控系统。最多可连接 99 台探测器，且支持 1000 米以上长距离传输。
2.2 接线说明
- 每个探测器并联接入总线；
- +24V 供电可并接一根电源线或就近供电；
- 通信线需为双绞屏蔽线；
- 控制器端为 RS485 接口（A/B），连接终端电阻用于防反射干扰（一般 120Ω）。
2.3 供电建议
- 探测器供电可统一由 PLC 提供，或就近加装 24V 小电压；
- 电缆线径需根据传输长度与功耗计算，避免远端电压低于 18V；
- 示例图中给出远近分布式供电架构，提高供电稳定性。
2.4 总线传输距离与线缆选择
| 电缆规格 | 电缆电阻 (Ω/Km) | 最大总线长度（米） |
|---|---|---|
| 1.5mm² | 19.5 Ω | 800 米 |
| 2.0mm² | 12.7 Ω | 1000 米 |
| 2.5mm² | 9.8 Ω | 1200 米 |
3. 对比与应用建议
| 项目 | 4-20mA 模拟量传输 | RS485 数字通信 |
|---|---|---|
| 抗干扰能力 | 高 | 更高（差分信号） |
| 最大距离 | 一般 < 1.5km | 可达 1.2km（优质布线） |
| 接线方式 | 一对一 | 一对多（总线） |
| 应用场景 | 模拟量采集，单点传感器 | 多点监控，数字传感器、智能设备 |
| 精度与扩展性 | 精度受线阻影响 | 数字信号稳定，支持远程校准 |
4. 小结
在实际工程中：
- 若仅需监测单点或模拟量输入，优先采用 4-20mA；
- 若需集中控制多个传感器或远距离布线，推荐 RS485；
- 对于任意通信方式，都需评估电缆线径、电源距离、环境干扰等因素。
企业可根据自身控制系统特点，选择合适的信号传输方案，并规范布线施工，确保测量稳定性与控制精度。
