在现代化的船舶中，自动化控制系统是确保船舶安全、高效和可靠运行的“神经中枢”。而遍布全船各处的传感器，则是这个系统的“感觉器官”。其中，输出信号为4-20mA的传感器凭借其卓越的性能和可靠性，成为了船用传感器领域的绝对主流。
下面我们分别从以下两点着手跟大家一起聊聊
一、 4-20mA传感器与PLC的接线方式及工作原理
在讲这个之前先给大家分享一个案例
案例：XXX船在港口卸货进行压水时，压载水处理系统（SUNRUI BalClor BWMS Type：BC-5000X1）因为警报F145_EDU_HS01/1_High_High_Alarm而停止，根据警报可以看出是来自1号氢气传感器（Hydrogen sensor）,此传感器的输出信号是4-20mA，警报设定值为H2<20%LEL（传感器输出到PLC的信号为小于7.2mA）为正常，20%LEL≤H2≤40%LEL（传感器输出到PLC的信号为7.2mA≤电流≤10.4mA） 为预警报，H2>40%LEL（传感器输出到PLC的信号为大于10.4mA）系统会自动停止。
笔者之前在别的船也遇到过这种情况，通常是把系统重启后就正常了，所以这次也是尝试重启了系统，不过警报还在，然后又对传感器进行了ZERO CALIBRATION,几次尝试后都没有成功。此压载水处理系统一共有两个氢气传感器，一个安装在电解装置周边，一个安装在氢气排放管路末端的蘑菇头附近（通常在甲板露天），为了确定到底是传感器的问题还是排放的氢气指标确实高，我们把两个传感器进行对调，结果1号氢气传感器安装在2号氢气传感器原来的位置还是来警报，2号氢气传感器安装到1号氢气传感器原来的位置没有警报。由此就判断出问题出在传感器，排除了氢气指标高（积聚的氢气会有爆炸的风险）。
由于船上没有备件，为了让系统能正常运行，准备用一个输出信号同样是4-20mA的压力传感器去替换现在的氢气传感器，氢气传感器（Hydrogen sensor）是三线制的，电源线和信号输出线三个端子分别为24V+、0V、4-20mA。连接到了PLC SLOT13 8-CH ANALOG INPUTS A10 的CH2+和CH2-上。压力传感器是二线制的，电源线和信号输出线两个端子分别PIN1:+、PIN2:-。在连接压力传感器到PLC之前，需要准备一个独立的24VDC电源。以上了解完并准备好独立的24VDC电源后，我们通过以下步骤连接新的压力传感器到PLC上。
1， 将独立24VDC电源的正极（+）连接到压力传感器的PIN1:+
2， 将压力传感器的PIN2:- 连接到 PLC SLOT13 8-CH ANALOG INPUTS A10的CH2 I+
3， 将PLC SLOT13 8-CH ANALOG INPUTS A10的CH2 I-连接到独立24VDC电源的负极（-）
至此，我们就完成了连接，压力传感器在没有压力的情况下，输出信号通常为4mA，这样就等于给了控制器PLC一个正常范围值，接好后警报消掉了，系统正常运行。当然这个只是暂时性的，等到新的氢气传感器收到了还是要及时换上。
分享这个案例的目的是希望大家能通过了解下面聊到的传感器和PLC的接线方式及工作原理，更好地与实际应用结合。
下面我们继续聊聊4-20mA传感器与PLC的接线方式及工作原理
根据输出信号为4-20mA的传感器供电方式的不同，其与PLC的接线主要有三种：
二线制：传感器只有两根线，传感器正极（+）和传感器负极（-），这两根线同时承担了供电和信号传输两大任务。
1， 供电：将直流电源的正极（+24V）连接到传感器的正极（+或V+）端子
2， 信号传输：将传感器的负极（-或I-）端子连接到PLC模拟量输入模块的信号正极输入端（AI+或I+）
3， 完成回路：将PLC模拟量输入木块的公共端/返回端（通常标记为M或AI-或COM）连接回直流电源的负极（0V或GND）
这样就形成了一个闭环回路：电源+ → 传感器+ →传感器内部电路 → 传感器- → PLC I+ → PLC 内部采样电阻 → PLC M → 电源-
三线制：三线制传感器的三根线通常为电源正极（+V或Vcc）（棕色或者红色线）、信号输出正极（I+或者S+）(蓝色或者黑色线)、公共端（COM 或GND或 Power-）
1、 供电：将外部直流电源（通常是+24VDC）的正极（+24V）连接到传感器的电源正极（+V）端子。将同一外部直流电源的负极（0V）连接到传感器的公共端（COM）端子
至此，一个独立的供电回路已经形成：电源+ → 传感器 +V → 传感器内部电路 → 传感器COM → 电源-
2、 信号传输：将传感器的信号输出正极（I+）端子连接到PLC模拟量输入模块的信号正极端子（I+或AI+）
3、 完成回路：将传感器的公共端（COM）端子再次连接到PLC模拟量输入模块的信号公共端/返回端（M或AI-）
至此，信号测量回路形成：传感器内部恒流源 → 传感器I+ → PLC I+ → PLC内部采样电阻 → PLC M → 传感器COM → 返回传感器内部恒流源
四线制：四线制传感器有四根线，其核心特点是供电回路和信号回路完全分离、相互隔离。
四根线分别为电源正极（+V或Power+）、电源负极（-V或Power-）、信号输出正极（I+或Singal+）、信号负极（I-或Singal-）。
两根供电线：专门用于为传感器内部提供工作电源
两根信号线：专门用于输出与测量值成比例的4-20mA电流信号
1、 供电：将外部直流电源（通常是+24VDC）的正极（+24V）连接到传感器的电源正极（+V或Power+）端子。将同一外部直流电源的负极（0V）连接到传感器的电源负极（-V或Power-）端子 。
至此，一个独立的供电回路已经形成：电源+ → 传感器 +V → 传感器内部电路 → 传感器-V → 供电电源-
2、 信号传输：将传感器的信号输出正极（I+或Singal+）端子连接到PLC模拟量输入模块的信号正极端子（I+或AI+）
3、 完成回路：将传感器的信号输出负极（I-或Singal-）端子连接到PLC模拟量输入模块的信号公共端/返回端（M或AI-）
至此，信号测量回路形成：传感器内部恒流源 → 传感器I+ → PLC I+ → PLC内部采样电阻 → PLC M → 传感器I- → 返回传感器内部恒流源
二、 传感器常见故障及解决办法
总结：4-20mA传感器是船舶自动化体系的基石。理解其类型、接线、优劣和故障排除方法，对于船舶电子电气员至关重要，是保障船舶安全、高效运营的基本技能。