辨析 | 混淆视听的“有源信号、无源信号”

2021-12-10 10:04:34
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近期看到一篇关于《知识 | 有源信号与无源信号的区别，你分得清吗？》的文章，发现通篇基础知识混淆不清，漏洞百出，借此文章，进行内容辨析，帮助大家正确认识有源信号与无源信号。
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通过网络搜索发现，这篇文章已被行业内多个媒体号传播分享。那么这篇文章问题出在哪？我们看看下面这些错误及正确理解~

原文描述之错误一

 

从事自动化控制工作的仪表人如果不清楚无源信号、有源信号、无源接点(干接点)、有源接点(湿接点)，必然为之困惑。本文是介绍无源信号、有源信号、无源接点、有源接点的干货文章，希望对大家有所帮助。

 

辨析：“不清楚”也不一定“困惑”！不一定会影响工作，因为不一定用得着。这篇文章就属于“不清楚”的，概念和定义不对，把简单问题弄复杂了，反而说的乱了。文章的标题也不是关于学术和技术的标题，倒像个“祖师爷”的提问和训话。学术文章一般不用第一人称，更不用第二人称！也不断然说别人“必然困惑”一类的词汇！这是文风。
 

原文描述之错误二

 

 
 
（1）无源信号和有源信号定义
对于电流信号而言，若设备有独立的工作电源线，那它提供的信号输出(比如4-20mA)为有源信号；若设备本身无独立工作电源，它提供的信号为无源信号。三线制仪表、四线制仪表的输出信号为有源信号，二线制仪表输出为无源信号。

 

 

辨析2：这个定义是错误的！
 
一根线是不能供电的，三线制有一根公共线，并不独立，算有源还是无源呢？电源是来自供电设备，即使四线制仪表也不发电，与二线制仪表一样，用电来自供电设备，同样的电动单元信号接收仪表，一对电源线、一对信号线共三个端子，即可以接二线制变送器、也可以接三线制变送器，算有源还是无源呢？有的仪表采用电池供电，没有电源线，算有源还是无源呢？
 
有源和无源指的是有没有电源，也就是有没有电，用来区分是否需要对信号仪表供电。模拟量信号都是“有源”的，也就是有电的，如果没有电，还有模拟信号吗？无论二线制、三线制还是四线制信号都是有源的，断掉哪一根供电线都没有信号。
 
二线制信号是测量仪表（例如：变送器）的供电和信号是共用线路的，电流回路的两根线既是供电线，又是信号线，所以两根线是电流回路，电流是一样的，没有正负极之分，只有电流方向之分。由于直流信号电流方向不能接反，所以分“电源”和“信号”两根线的属性，避免接错。
 
三线制、四线制仪表的供电与信号是分开的线路，原因是测量仪表需要的电能较大，信号电流与仪表端电压所提供的电能不够，有的仪表需要稳定的电流，不能采用4～20mA的变化电流，所以采用分别的供电回路和信号回路。三线制仪表都是24VDC供电的，为了节省一根线，采用一根公共线作为供电与信号的电流返回线，三根线上的电流值不一样。
 
四线制仪表需要的电能更大，四线制信号的仪表是指：供电回路和信号回路各自独立，采用隔离电路分开，用于隔离的4～20mA标准信号。所以信号一定是隔离的，通常不接地。用于220VAC供电的仪表，不能采用公共线作为电流返回线，所以一定是四线制。
 
有关资料可参见高等院校教材《电动单元组合仪表》。
 
关于信号制的线路见下面图示。P为电源，+为信号接收输入端，⊥为公共端。实际上二线制信号也是有公共端的，从信号接收仪表来说，与三线制相同，仅仅是信号发送仪表的线路不同。三种信号制的信号方向是一致的。
 

 

原文描述之错误三

 

 
 
（2）如何采集无源信号和有源信号
①对于有源信号的采集很简单，首先要接通信号源设备的电源(通常有三线制和四线制两种)让设备正常工作，其次将采集设备输入接口的正端和负端分别与信号源设备的正端和负端对应连接。
②对于无源信号的采集，首先需要一个直流24V电源(因为提供无源信号的二线制仪表无独立的工作电源，当它需要输出4-20mA信号时，它的工作电压需要外部设备来提供。这个DC24V电源可以是独立电源，也可以是无源信号采集设备配电功能提供)；其次二线制仪表、DC24V电源和无源信号采集设备三者之间的应形成正确回路：DC24V电源正极接二线制仪表4-20mA输出的正极，二线制仪表4-20mA输出的负极接入采集设备4-20mA信号输入端正极，采集设备4-20mA信号输入端负极接DC24V电源负极，这样就形成完整的回路。

 

 

辨析3：正规语言中，信号不用“采集”这个通俗词，而用“发送”、“接收”信号。
 
无论是几线制仪表信号，仪表信号的接通应该先接好线路，再通电；而不是先接通电源，再接信号线。而信号接收端都是一样的，所以三种信号制的仪表信号端子都有信号输入端子（通常称为正“+”端子）和信号公共端子（通常称为负“-”端子），有的两线制信号接收仪表为了节省端子，不设公共端子，但一定有接公共端的地方，例如：电源的公共端（通常为负端）。
 
所以，原文的这一段是混乱的！两线制、三线制的模拟仪表和数字仪表（DCS、PLC）都有供电端子，都能直接接线，有时为了把现场仪表供电跟卡件供电分开，采用现场仪表单独供电的方式，但公共端一定是接在一起的。有时是采用电源装置接地的方式接在一起。四线制仪表的供电是单独的，通常采用隔离方式，没有公共端。

 

 

原文描述之错误四

 


辨析4：这张图是错的。
 
PLC如果是二线制输入，一定是一根供电线、一根信号线；如果是三线制输入，一定是一根电源线端子、一根信号线端子、一根公共线端子，如果外接电源，电源线端子是空置的，信号及公共端子分别接现场仪表的两根线。见辨析2的接线图。
 

 

 

原文描述之错误五

 

 
 
（1）无源接点的定义无源接点俗称干接点或无源开关，干接点是一种电气开关，具有闭合和断开的两种状态；2个接点之间没有极性，可以互换。
（2）常见的无源接点信号
①各种开关如：限位开关、行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等；
②各种按键；
③各种传感器的输出，如：环境动力监控中的传感器：水浸传感器、火灾报警传感器、玻璃破碎、振动、烟雾和凝结传感器；继电器、干簧管的输出。
（3）有源接点的定义有源接点俗称湿接点或有源开关，具有有电和无电的两种状态；2个接点之间有极性，不能反接。

 

 

辨析5：严格地说：接点信号是恒定的电压信号，是用来触发信号接收仪表（例如：开关量信号输入、中间继电器）或驱动仪表（例如：电磁阀、磁力开关）的。
 
在模拟逻辑电路TTL中特称“电平”，信号性质也与外电路有所区别，不在此讨论。
 
而接点仅仅是接通或中断信号的元件，接点的通、断状态决定了信号的通断状态，因此广义地泛称为接点信号。为使信号接收仪表接收“开、关”或“通、断”的电信号，必须给接点或者开关供电条件，可能是信号发送端供电（有电源，称为有源接点），也可能是信号接收仪表供电（信号发送端不供电，称为无源接点），这就是有源接点和无源接点的来历。至于“干”、“湿”不过是借用的外来语。
 
开关信号是由外来物理或电驱动的，有单稳态和双稳态之分。单稳态接点有常开与常闭之分，例如：按钮；双稳态接点没有“常”，有两个稳定状态，或开、或关，例如：日常用电的开关。这方面的资料可以参考高等院校教材《数字电路基础》、《继电器电路基础》等。
 
有源仪表、无源仪表的接线图见如下两图（仅以一种接点为例）：
 
 
 
有源接点和无源接点仅以接点端是否供电区分的。供电电压以信号接收仪表的触发电压或驱动仪表的供电电压需要来配备。原理上可以是任意规格的电压，但要符合接点的负荷规格。可以是直流电，也可以是交流电。如果用交流电，是没有极性的，所以原文（3）的说法是错误的！一般电气设备二次回路采用相电压220VAC或220VDC，不会采用380VAC，因为是线电压，没有中线。

 

 

原文描述之错误六

 

 
 

（4）最常见的有源接点信号

 

①把以上的干接点信号，接上电源，再跟电源的另外一极作为输出，就是有源节点信号。工业控制上常用的湿接的电压范围是DC0-30V，标准的是DC24V；电气设备二次回路中通常的湿接的电压范围是AC110-380V，常用AC220V或AC380V湿接点。

 

②把TTL电平输出作为湿接点，也未尝不可；一般情况下，TTL电平需要带缓冲输出的，例如：7407、245、244等，与VCC等构成回路；244、245也可以跟gnd构成回路；才能驱动远方的光耦。

 

③NPN三极管的集电极输出和VCC。

 

④达林顿管的集电极输出和VCC。

 

⑤红外反射传感器和对射传感器的输出。

 

（5）无源接点的优点

 

在工业控制领域应用中，因无源接点(干接点)无极性限制，其数量远多于有源接点，无源接点有如下优点：

 

①随便接入，降低工程成本和工程人员要求，提高工程速度。

 

②处理干接点开关量数量多。

 

③连接干接点的导线即使长期短路既不会损坏本地的控制设备，也不会损坏远方的设备。

 

④接入容易，接口容易统一。

 

 

 

辨析6：无论是有源接点还是无源接点，在接通的时候整个回路都是带电的（见辨析2示意图），所以不存在这些优点。
 
区别仅在于由哪一方仪表端供电。接线时应当注意安全用电和信号干扰，不是可以随便接入的。特别是与电气接点打交道的情况。

 

 

原文描述之错误七

 

 
 
现在现场仪表和二次仪表相连如采用二线制信号，一般是4－20mA，此信号分为有源和无源二种，有源：4－20mA中已有现场仪表提供带有电压的信号。无源：需二次仪表提供配电（DC24V）和现场仪表串联，构成二线制4－20mA的回路，才能正常工作，如二次仪表不带配电是不能产生回路，也就没有电流回路信号了。

 

 

辨析7：这种说法是错误的，可以参见辨析2。
 
仪表信号是电流信号，并不是“带有电压”的信号。根据标准仪表信号定义：4～20mADC是通用标准信号，并没有“有源”或“无源”之分，只需要根据信号线制接线，如辨析2图示。凡是二线制的信号接收仪表一定是配电的，因为供电与信号采用同一电流回路。无论是仪表本身配电还是不采用仪表配电而采用外配电都是一样的。而且如果采用外供电，一定与仪表本身供电采用同一公共端。
 
 

原文描述之错误八

 

 
 

二线制仪表回路最大电流在小于25mA之内，电压又是固定的DC24V，那么功率也就在此范围之内，如现场仪表功耗大于此，那二线制就不能提供此能量，所以只有采用电源单独供电，信号单独输出的方式，也就是四线制信号方式。

 

 

 

辨析8：二线制信号的最小电流值为4mA，仪表供电为24VDC，除掉线路压降和电源波动余量，所能提供的功率不到0.1W。一般二线制变送器在4mA时的工作电压应>10.5V（不同的仪表不一样）。三线制和四线制都能提供大于二线制的供电能量。

 

 

原文描述之错误九

 

 
 
有源和无源是相对于变送器来说的,变送器提供24V的为有源(四线制),变送器不提供24V的为无源(两线制)。
有源是指各类变送器或者信号源等设备已经一组供电回路给它供电。直接输出一组4～20mA正负两线的信号回路,给采集设备直接测量。
无源是指各类变送器或者信号源等设备没有供电回路给它供电。必须要有采集设备供给它工作电源，才可以输出一组4～20mA正负两线的信号回路,给采集设备直接测量。

 

 

辨析9：以上说法是混乱的。
 
再重复一遍：模拟量信号采用4～20mADC通用标准信号，没有“有源”、“无源”之分，只有信号线制之分！ “线制”是指仪表供电和标准信号传输采用的导线数。有二线制、三线制、四线制之分，这样的定义是经典的，教科书的，简明易懂。

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作者：叶向东

责编：甜甜

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