第二章 工業(yè)模擬信號(hào)體系——從電壓表達(dá)，到電流傳輸，再到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化本章目標(biāo)上一章我們建立了一個(gè)最基礎(chǔ)的認(rèn)知：工業(yè)系統(tǒng)面對(duì)的是連續(xù)變化的物理世界，而控制系統(tǒng)需要通過電信號(hào)感知這個(gè)世界。一個(gè)新的問題隨之出現(xiàn)：如何選擇一種可靠的電信號(hào)，把幾十米、幾百米甚至上千米之外的物理量準(zhǔn)確送入控制系統(tǒng)？例如：現(xiàn)場(chǎng)壓力變送器距離 DCS 控制柜有 300 米電纜。傳輸什么信號(hào)最合適？可以選擇電壓、電流、電阻、頻率，甚至直接使用數(shù)字通信。工業(yè)歷史發(fā)展過程中，逐漸形成了不同的信號(hào)體系。其中最重要的包括：信號(hào)類型代表形式電壓信號(hào)0–10 V、1–5 V、±10 V電流信號(hào)4–20 mA電阻信號(hào)PT100 / PT1000熱電勢(shì)信號(hào)熱電偶 mV數(shù)字通信HART、Modbus、CAN、EtherCAT這些信號(hào)并不是簡(jiǎn)單的技術(shù)選擇，而是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、可靠性、成本與維護(hù)需求共同演化的結(jié)果。2.1 電壓信號(hào)模型2.1.1 電壓信號(hào)的基本思想電壓信號(hào)的核心思想非常簡(jiǎn)單：用電壓大小表示被測(cè)物理量。例如溫度測(cè)量：實(shí)際溫度： 0 ℃ ---------------- 100 ℃ 對(duì)應(yīng)電壓： 0 V ---------------- 10 V比例關(guān)系為：[U = \frac{T}{100} \times 10,\text{V}]溫度輸出電壓0 ℃0 V50 ℃5 V100 ℃10 V控制系統(tǒng)測(cè)量輸入電壓為 5 V，即可得知溫度為 50 ℃。這種方式直觀、簡(jiǎn)單，早期工業(yè)控制大量采用電壓信號(hào)。