这是一个工业自动化领域非常核心的概念。我们来详细解释一下4-20mA输出信号的含义以及标准接线方法。

第一部分：4-20mA输出信号是什么意思？

这是一种模拟电流信号，用于将流量计的测量值（流量）转换为一个标准的、远距离传输的信号，发送给PLC、DCS或显示仪表等接收设备。

它的核心特性如下：

信号范围：

4mA 对应 流量最小值（通常是0点，也可能是设定的量程下限）。

20mA 对应 流量最大值（量程上限）。

4-20mA之间的任意电流值，线性对应 此时的瞬时流量。

例如：流量计满量程是 0-100 m³/h，那么 4mA = 0 m³/h，12mA = 50 m³/h，20mA = 100 m³/h。

为什么是4mA，而不是0mA？（关键优势）

“活零”与断线故障诊断：这是4-20mA标准最重要的优点。如果信号线断开或传感器彻底故障，环路电流会变为 0mA。控制系统可以轻易地区分“0mA（故障）”和“4mA（流量为零，系统正常）”，从而实现断线报警。

为变送器自身供电：4mA的最低电流，可以为流量计内部的信号转换电路（两线制变送器）提供工作能量，实现 “两线制” 接线（详见下文）。

其他优点：

抗干扰能力强：电流信号在传输过程中，不易受线路电阻变化和电磁干扰的影响，比电压信号（如0-10V）更适合远距离传输（可达数百米至上千米）。

标准化：这是国际通用的工业信号标准，几乎所有控制器都具备4-20mA输入接口。

第二部分：怎么接线？

接线方式主要取决于流量计的信号输出类型。最常见的两种是：两线制 和 四线制。

1. 两线制接线（最常见、最主流）

在这种方式下，电源线和信号线是同一对线。流量计（变送器）像一个可变的“电阻”，控制着回路中的电流大小，同时依靠回路电流为自己供电。

工作原理：来自电源/接收器的直流电压（通常24VDC）施加在环路上。流量计通过调整自身的“阻抗”，将代表流量的电流（4-20mA）叠加在供电电流上。

接线步骤：

准备一个24VDC直流电源（通常由PLC的AI模块或独立的配电隔离器提供）。

将电源的 正极（+） 连接到流量计的 正极（+） 端子。

将流量计的 负极（-） 端子连接到PLC/接收器 模拟量输入模块的正极（AI+）。

将PLC/接收器 模拟量输入模块的负极（AI-） 连接到电源的 负极（-）。

这样就形成了一个完整的串联电流回路。

接线示意图：

[ 24VDC 电源 + ] -----> [ 流量计 + ]

[ 流量计 - ] -----> [ PLC AI + ]

[ PLC AI - ] -----> [ 24VDC 电源 - ]

（注意：务必参考具体流量计和PLC的说明书，端子标识可能略有不同，如“Power+/Signal+”和“Power-/Signal-”）

2. 四线制接线

这种类型现在较少见，主要用于一些老式或大功率的仪表。其特点是电源线和信号线完全独立。

工作原理：流量计有独立的电源端子（如AC 220V或DC 24V）为其供电。同时，它有一个独立的、无源的4-20mA电流输出端子，这个输出相当于一个“电流源”。

接线步骤：

电源回路：将外部电源（如220VAC）连接到流量计的电源输入端（L, N）。

信号回路：将流量计的电流输出正极（IO+）连接到PLC的AI+，将电流输出负极（IO-）连接到PLC的AI-。PLC的AI模块通常需要设置为无源输入模式，或者外部配电阻（如250Ω）将电流转换为电压测量。

接线示意图：

[ AC 220V 电源 ] -----> [ 流量计电源端子 ] (独立供电)

[ 流量计 IO+ ] -----> [ PLC AI + ]

[ 流量计 IO- ] -----> [ PLC AI - ]

接线注意事项与通用步骤

首先查阅手册：在接线前，最重要的一步是仔细阅读流量计和PLC/接收器的说明书，确认信号类型（两线制/四线制）、端子定义和供电要求。

断电操作：确保所有设备在接线时处于断电状态。

使用屏蔽电缆：为防止电磁干扰，应使用双芯屏蔽电缆。将屏蔽层在控制柜端单点接地（通常接在PLC的接地端子排上），传感器端悬空不接。

检查回路阻抗：确保整个电流回路（包括导线电阻、PLC输入阻抗等）的总阻抗不超过变送器规定的最大负载电阻（通常在250Ω-750Ω之间）。超过会导致信号误差。

极性正确：直流电流回路必须注意正负极，接反会导致无信号或损坏设备。

防爆场合：在危险区域，需使用符合防爆要求的接线方式和设备（如安全栅）。

总结

特性 两线制 四线制

电源 与信号共用同一对线（通常24VDC） 独立供电（如220VAC）

信号 回路电流（4-20mA） 独立电流输出（4-20mA）

接线 2根线 电源2根 + 信号2根 = 4根线

应用 最主流、最常用，节省布线 老式或需要独立供电的仪表

优点 布线简单，成本低，支持断线检测 信号与电源隔离，互不干扰

对于绝大多数现代流量计，你遇到的都将是两线制接线。记住那个串联回路：电源+ → 流量计+ → 流量计- → PLC AI+ → PLC AI- → 电源-，就掌握了核心接法。