仪表与传感器接线笔记：4 线制与 2 线制

适用范围：压力 / 温度 / 流量 / 液位变送器、传感器、调节阀定位器等现场仪表 接入 PLC 模拟量输入（AI）或远程 I/O 站。 先说一句：这是我个人做项目时的整理，判据尽量标了出处，文末附录 A 列了核对依据。 但厂家型号、模块版本、现场回路条件各不相同，落地前请务必对照该设备的接线手册和 端子图核实一遍 —— 本文帮你理清思路、避开常见的坑，不能替代厂家文档。 读法建议：第 0 章讲原理，1 分钟看完两种制式的根本差别；第 1、2 章是接线方法与 现场要点；第 3 章是 PLC 模块与仪表的实际接线组合；第 4 章以后是速查表、规范与故障 排查。赶时间就直接翻第 4 章和第 6 章。

0. 先说清原理与区别

0.1 两种制式的本质区别

用一句话概括：4 线制把"电从哪来"和"数从哪走"分成两条路；2 线制让它们挤在同一条路上。

4 线制：供电和信号各走各的回路，只在 0V 汇流排上单点交汇。

供电回路：24V+ → 仪表电源+ → 仪表内部电路 → 仪表电源− → 0V
信号回路：仪表信号+ → AI+ → AI 内部采样电阻 → AI− → 0V

供电电流只在供电回路里流动，不流经信号线——这就是 4 线制的全部价值。

2 线制：供电与信号合并成一条串联回路，同一股电流既给仪表供电、又携带测量值。

24V+ → 芯1 → 仪表(取电+调制) → 芯2 → AI 采样电阻 → 0V
        └────── 这一股电流，既是电源也是信号 ──────┘

仪表内部把"取电"和"调制电流"做成串联关系：取电电路从回路里"抽"出自己需要的电压，

再把剩余的电量以 4–20mA 的恒流形式"放"回回路。回路电流 = 仪表总耗电。

抓住这一句就够了：2 线制里，"电流大小"这个物理量被同时征用了两件事—— 既表示"有多少电可用"，也表示"测量值有多大"。这是它所有限制的根源。

0.2 一张表看清区别

判断口诀：看信号线和电源线是不是同一对线。同一对 → 2 线制；两对 → 4 线制。

（3 根线的仪表是 4 线制的变体——两根负线共用一根，见 1.5。）

两条旁证（比数线更快）：

• 仪表端子若只能接 2 根线，或铭牌写着 "loop powered / 2-wire" → 2 线制；
• 通道组态里选的是 0–10V → 那台仪表一定是 4 线制（2 线制做不出电压信号）。

0.3 为什么 2 线制只能用 4–20mA

很多人以为"4–20mA 是行业习惯"，其实它是 2 线制物理约束逼出来的唯一解。

下面五条，前三条是物理约束，后两条是工程与标准约束。

① 仪表自己要吃电 —— 0 mA 在物理上不存在

2 线制仪表的全部电能都来自回路。即使被测量为 0，内部的传感元件、放大器、稳压电路

仍在耗电。所以信号下限不可能是 0 mA——那等于仪表断电。

• 4–20mA 的 4 mA 就是"活零位"：它同时是零位读数，也是仪表的最低工作电流；
• 厂家标称的"最小工作电流"（常见 3~3.8 mA）正是这个下限，各型号不同，选型看铭牌；
• 信号的实际变化区间是 16 mA（4 → 20mA），不是 20mA；
• 若想用 0–20mA，则 0 mA 必须同时是"零位"和"仪表断电"——自相矛盾。

现场现象：把 2 线制仪表接到 0–20mA 组态的通道上，读数永远到不了 0， 最低停在 4 mA ——这不是仪表坏了，是物理规律。

② 断线也是 0 mA —— 必须留出判别窗口

2 线制只有两根线。一旦断线、松动、仪表失电，回路开路，AI 看到的电流就是 0 mA。

如果信号范围本身从 0 开始，"零位"和"断线"就无法区分，故障会被误判为正常。

4–20mA 天然留出 4 mA 的判别空间。配合 NAMUR NE 43（西门子、E+H、罗斯蒙特等主流

仪表都遵循的通用约定），电流被划分为"有效测量区"和"故障区"：

注意 20.5 mA 不是故障线。20.5~21.0 mA 是"不应出现"的死区。变送器正常超量程 最多冲到 20.5 mA，必须 ≥21.0 mA 才算故障。把 20.5 当故障阈值会让仪表一超量程就误报。

这就是为什么 AI 通道的"断线诊断"功能只有在 4–20mA 组态下才有意义。

智能变送器还可以在组态里选择故障方向：故障时输出低（≤3.6mA）还是输出高（≥21mA）——

这个选择直接决定故障时工艺往哪个方向跑，是安全相关的决定，不是随便设的。

（比如液位池：故障偏低会让程序以为池子空了而停泵，池子却在继续进料。）

③ 24V 要被"仪表 + 采样电阻 + 电缆"三分 —— 满量程只能做到 20 mA 级

2 线制是串联回路，24V 供电必须依次被三处消耗：

供电电压 = 电缆压降 + 仪表内部压降(最低工作电压) + 采样电阻压降
  24 V   =   余量   +       10~12 V          +   2 ~ 5.6 V

采样电阻压降 = 20mA × 模块输入电阻。注意这个值因模块而异，现场必须查手册：

• 若把满量程提到 50 mA：按 250Ω 算就是 12.5 V，仅采样电阻就吃掉一半供电， 仪表和电缆的预算被挤光——回路根本撑不住；
• 若为省压降改用小采样电阻（如 50 Ω）：4 mA 时只有 0.2 V，信号摆幅太小， 噪声与漂移占比急剧放大，有效分辨率崩掉；
• 所以要在"信号摆幅够大（利于精度）"和"供电余量够用（利于长距离）"之间折中， 这才是 20 mA 满量程被全行业采用的原因。具体阻值听模块手册的，别套用别人的经验值。

④ 电流信号优于电压信号 —— 2 线制必须是电流型

而 2 线制不可能做电压输出：电压输出需要两根专用信号线，可 2 线制的两根线已经被供电

任务占满了。要输出电压就得多两根线——那就是 4 线制了。

⑤ 4–20mA 是国际标准（IEC 60381-1 / ISA-SP50.1），互换性压倒一切

PLC 模块、隔离器、安全栅、显示表、记录仪、DCS 通道全部按 4–20mA 设计。

这决定了现场默认选择，也决定了选型、备件、调试的整套生态——新人接手也只需要学一套。

小结（五条记住就够用）

① 仪表要自己吃电 → 零位不能是 0 ② 断线也是 0 mA → 必须留判别窗口（NE 43） ③ 24V 被三分 → 满量程只能 20 mA 级 ④ 电流优于电压 → 只能走电流 ⑤ 全行业标准 → 互换性

反过来看 4 线制：有独立供电，仪表不缺电；信号对是两根专用线，不承担供电任务，

所以它既可以是电流源（4–20mA）也可以是电压源（0–10V、0–5V）。2 线制被上面五条锁死在

4–20mA 上，没有这个自由度。

所以现场看到"0–10V 的 AI 通道"，那台仪表一定是 4 线制——这是判断制式最快的旁证。

（反过来不成立：4 线制同样可以输出 4–20mA，它只是"有能力"输出别的。）

各制式的接线方法与现场要点见第 1、2 章；具体模块怎么接见第 3 章。

1. 4 线制接线（通用方法）

1.1 原理：为什么叫"4 线制"

4 线制的本质是供电与信号彻底分离，一条仪表回路被拆成两条互不相干的回路：

供电回路：24V电源 → 仪表电源端(+) → 仪表内部电路 → 仪表电源端(−) → 0V
信号回路：仪表信号端(+) → AI+ → AI内部采样电阻 → AI− → 0V

两条回路只在 0V 汇流排上单点交汇（也可能完全隔离，见 1.4 第 5 条）。

供电电流只在供电回路里流，绝不流经信号线——这是 4 线制的全部价值所在。

与 2 线制的根本差别：2 线制把供电和信号压在同一对线上，供电电流和信号电流是

同一股电流；4 线制把这股电流拆成两条回路，供电电流不再流经信号线。

由此带来两个直接好处：

• 仪表功耗不再受信号回路约束 —— 带加热器、电磁阀、液晶背光的大功率仪表只能用 4 线制；
• 供电电流产生的共模压降不进入信号回路 —— 抗干扰能力天然优于 2 线制。

两种制式的完整对比与"2 线制为什么只能 4–20mA"，见第 0 章。

1.2 线缆构成

• 一对：传感器供电（棕 = +24V，蓝 = 0V）
• 一对：信号输出（4–20mA 或 0–10V）

线色只是厂家惯例，不是国标/行标。务必以仪表铭牌和说明书接线图为准，见第 7 章。

1.3 接线示意

1.4 要点

• 信号线必须用屏蔽双绞线，屏蔽层在 PLC 侧单端接地（一般只在控制柜侧接 0V/PE）， 传感器侧悬空或经小电容接地。
• 信号线与动力线、变频器输出线、PWM 线不得同槽，交叉必须垂直。
• 4 线制不必核算信号回路压降（供电回路和信号回路独立），因此适合远距离、高精度场合。
• 屏蔽层两端都接地会形成地环流，是"读数漂移、时好时坏"的头号原因。只接一端。
• 信号地与电源地的关系要看仪表说明书，三种情况：
• 信号− 与电源− 内部共地（最常见）：按普通接法，AI− 与 0V 相连即可；
• 信号输出隔离（隔离型变送器）：AI− 接 0V 或浮空均可（推荐接 0V，共模抑制更好）；
• 信号输出不隔离、电源也不隔离：AI− 必须接 0V，与电源负共点，否则测量无参考点。

不要把两对线的"负"随便并在一起当成公共地。如果仪表信号输出是隔离的， 强行把信号− 与电源− 短接，会破坏隔离、引入地环流。以仪表手册的接线图为准。

具体接到某个 PLC 模块上怎么接，见第 3 章 接线组合实例。

1.5 特例：三线制仪表（本质是 4 线制，只是两根负线共用一根）

现场有一类仪表引出 3 根线：电源正（V+）、信号正（OUT+）、公共线（COM）。

它的本质仍是 4 线制——供电回路和信号回路依然是两条独立回路，

只不过原来各自回负的两根线（电源−、信号−）在仪表内部已经接在一起，

从一根公共线（COM）引出来。省的是那根负线，不是少了一路回路。

4 线制：V+ / V− ‖ OUT+ / OUT−        （两对线，负线各自回）
三线制：V+ ‖ OUT+ ‖ COM(=V−=OUT−)    （两根正线 + 一根共用负线）

接线要点：

• V+ → 柜内 24V+；OUT+ → AI+；COM → AI−； 同时 COM（AI−）在柜内与 24V 电源的 0V 单点相连，全系统共用一个参考点；
• COM 是全场最关键的一根线：它是供电回路和信号回路的公共回线，断了它 = 同时断电 + 断信号。压端子时务必压实，别与其它回路的负线混拉；
• 通道组态仍按电流 / 4~20mA。三线制有些型号能输出 0–10V （按电压通道接 OUT+ 与 COM）——能输出电压这件事本身就是它属于 4 线制的证据 （见 0.3 ④：2 线制做不出电压信号）；
• 功耗限制比 2 线制宽松：仪表自己有独立的供电回路，可支持带简易显示的中等功耗模块；
• 与 2 线制的判别：三线制 3 根线、且电源正与信号正是分开的两个端子； 2 线制只有 2 根线、电源与信号共用一对。数端子就行。

别和 Pt100 热电阻的"三线制"搞混。热电阻的三线制是引线电阻补偿： 三根线都接在同一支电阻桥路上，目的抵消导线电阻，接法是桥臂测量， 与本文讲的"4–20mA 变送器三线制"完全是两回事。遇到热电阻请按其说明书接， 别套用本节的 V+ / OUT+ / COM 逻辑。

2. 2 线制接线（通用方法）

2.1 原理：一条回路，两件事

2 线制的核心是回路共用：同一对线既是供电线，又是信号线。

仪表内部把"取电"和"调制电流"做成了串联关系：

               ┌───────── 仪表内部 ─────────┐
  24V+ ──芯1──►│ 取电电路(稳压) → 传感元件  │
               │        ↓                   │
               │   电流调制 (4~20mA)         │
  0V ◄──芯2────│ ◄──── 恒流源/电流吸收      │
               └────────────────────────────┘
                  ▲
                  └── 同一电流既给仪表供电，又携带测量值

回路必须包含三个环节，缺一不可：

电源(24V) → 仪表(取电+调制) → 测量输入(AI采样电阻) → 回到电源

对 PLC 侧来说，它只需要做一件事：让这 4–20mA 电流从自己的采样电阻上流过，

测量这个电流就等于测量了被测量。

2.2 为什么只能用 4–20mA（结论回顾）

完整推导见 0.3，这里只留现场用得上的结论：

由此推出的两条现场判据：

• 读数最低停在 4 mA、永远到不了 0 → 2 线制仪表的正常表现，不是故障；
• 0–10V 的 AI 通道 → 那台仪表一定是 4 线制（2 线制做不出电压信号）。

2.3 2 线制接线的五大要点（现场最常翻车处）

① 极性不能反

反接的后果：

• 多数变送器直接不工作，无输出（内部有极性保护时是"不动作"，不是"烧毁"）；
• 少数能工作但零点偏移、量程飘移；
• 是否烧毁取决于仪表有没有反接保护——不能拿"上次反接没事"当经验；
• 若反接到 AI 模块侧，可能让电流倒灌进通道的钳位二极管，长期有损坏 AI 模块的风险。

施工铁律：断电接线 → 用万用表电阻档核对通断和极性 → 上电后用 mA 档串联实测回路电流 （量程下限应为 4 mA 左右）→ 再接 PLC 通道。 注意：mA 档必须串在回路里，不能并联（并联等于把回路短路）。

② 长距离要核算回路压降（但别自己吓自己）

4–20mA 是电流信号，串联回路里电流处处相等，线阻不改变电流值，

所以长距离不会因为线阻产生读数误差。但线阻要消耗供电电压，账要算清楚：

可用压降预算 = 供电电压 − 变送器最低工作电压 − AI 采样电阻压降
            = 24V − 12V − 2~5.6V   （采样电阻按模块手册取）
            ≈ 6 ~ 10 V
允许回路电缆电阻 = 压降预算 ÷ 20mA ≈ 300 ~ 500 Ω

电缆电阻估算：R = ρ × L / S（铜 ρ≈0.0175 Ω·mm²/m，往返双芯要乘 2）。

例：0.75 mm² 单芯 0.0233 Ω/m，双芯往返 0.047 Ω/m → 350Ω 预算对应 理论 7.4km；

即使留 5 倍裕量也有 1.4km。所以 2 线制 4–20mA 跑几百米毫无压力，

现场真正的限制是抗干扰（供电与信号共线，线缆越长越容易拾取干扰）、

模块手册规定的最大屏蔽电缆长度（如 ET 200SP 该模块为 200m），

以及本安回路的电缆电容/电感参数限制。

需要核算的场景只有两种：

• 供电电压偏低（比如开关电源跌到 21~22V），预算被压缩；
• 变送器最低工作电压高（部分变送器要求 16~18V），预算剩 1~2V， 此时 0.5mm² 细线跑 300m 就可能不够，换 1.0/1.5mm² 或就近供电。

③ 必须是 4–20mA，不是 0–20mA

推导见 0.3，此处只给现场速判两条：

• 读数最低停在 4 mA、永远到不了 0 → 2 线制仪表的正常表现，不是故障；
• 读数恒为 0 mA（或显示 < 3.6 mA） → 断线、反接、未上电或回路未闭合，逐项排查。

④ 电源容量要按回路总电流核算

2 线制回路的电流就是仪表的总耗电——4~20mA 既是信号值，也是回路的工作电流，

不存在"信号电流 + 自耗电流"相加的关系（4mA 时回路总电流就是 4mA）。

单点回路电流 ≈ 4 ~ 20 mA（随被测量变化）
电源容量      = Σ(各回路最大电流 20 mA) + 柜内其他 24V 负载 + 30% 裕量

⑤ 仪表自耗电超限的场合，2 线制根本不能用

带液晶背光、加热器、电磁阀的仪表，自耗电可能超过 4 mA 的供给能力。

厂家会在铭牌标"最小工作电流 xx mA"或"供电电压需 ≥ xx V"。

这类仪表必须选 4 线制——这是选型阶段就该确认的，接线补救不了。

具体接到某个 PLC 模块上怎么接（模块有没有馈电、端子怎么排），见第 3 章。

3. 接线组合实例（PLC 侧 × 仪表侧）

现场真正的接法由两边各是什么制式决定。最常见的是下面几种组合，

每种都先看图再对端子，别凭感觉接。

3.1 PLC 4 线制通道 ← 仪表 4 线制（最简单，两对线各走各的）

两对线各自独立：供电对走到 24V 电源，信号对走到 AI 通道，互不干扰。

• 仪表电源+ → 柜内 24V+；仪表电源− → 0V；
• 仪表信号+ → AI+；信号− → AI−；
• 通道组态：电流 / 4~20mA。

3.2 PLC 2 线制（馈电）通道 ← 仪表 2 线制（最省事）

PLC 模块自带回路馈电（如 ET 200SP AI 8xI 2-/4-wire BA，6ES7134-6GF00-0AA1），

BaseUnit 端子 9~~16（Uv）直接输出 +24V（总输出电流上限 0.7 A），

端子 1~~8 是各通道电流输入 I0+…I7+。两根线直插模块即可，柜内不用再拉 24V：

• 仪表(+) → Uv（9~~16 任一）；仪表(−) → 对应通道 I+（1~~8）；
• 电流在模块内部经采样电阻与 M 回到电源负，回路自动闭合；
• BaseUnit 选 A0/A1 型；带 AUX 端子的底座须将 AUX 与 M 短接；
• 注意 Uv 总电流上限（0.7A），多个带液晶/加热的仪表要核算总耗电。

该模块只支持电流信号（0–20 / 4–20 / ±20 mA），不能直接接 0–10V 电压信号。 模块输入电阻 100Ω，最大屏蔽电缆长度 200m。

3.3 ET 200SP 6ES7134-6GF00-0AA1 用 4 线制时：多通道共用 M 端子

这块模块同样能接 4 线制仪表，端子定义是：

• 信号+ → 对应通道的 I+（端子 1~8，即 I0+…I7+）；
• 信号− → M 端子（所有通道共用，M 是模块的公共负端）；
• 若仪表需要由模块供电：电源+ → Uv（端子 9~16 任一），电源− → M。

问题出在 M 只有一个端子：接 3 路 4 线制仪表，就有 3 个信号−

（加上由模块供电时的电源−）全都要回到 M，一个端子压不下这么多线。

西门子官方的解法是——**用带 AUX 端子的底座（A0 型）或加装电位分配器模块，

把 AUX（端子 1A~10A）与 M 短接，AUX 就成了 M 的分线排**，

每路信号−、电源−就近接到任意 AUX 端子上：

• AUX 本质上就是 M（0V）的短接排，短接后才等效；不短接就接负端进去，回路不通；
• 走线习惯：信号先入屏蔽双绞进 I+，信号− 就近压到 AUX，别绕回柜内 0V 母排； 电源负仅在仪表需要模块供电时才接 Uv / AUX；
• 官方答复原文：四线制变送器需要由模块供电，则电源+接 9~~16 任一端、 电源−接 M 端，信号+按通道接 1~~8 端、信号−接 M 端；若用带辅助端子的底座， 把 M 端和辅助端子连接，则信号−、电源−可接到辅助端子上，端子更多、接线更方便；
• 底座不带 AUX 时：负端只能全挤在 M 上——接法合法，但一个端子最多压 2 根线， 3 路以上根本压不下，检修拆一路还要动一片。建议换带 AUX 的底座， 或在柜内做一块 0V 端子排，M 先引到端子排再分出去：

• 与 2 线制接法（3.2）的区别：2 线制不需要外部接 M——回路在模块内部经采样电阻闭合； 4 线制必须接 M——信号−要在模块外部回到公共负端。这也是两种接法最直观的判别点。

引用出处：西门子工业支持中心"找答案"（四线制变送器接 6ES7134-6GF00-0AA1 的答复） 与该模块设备手册《AI 8xI 2-/4-wire BA》(A5E34941324-AA) 第 2、3 章。 发布前请复核"找答案"编号是否仍可访问（该类页面会随时间下线）， 手册文档号 A5E34941324-AA 是稳定的引用锚点。

3.4 PLC 4 线制（无源）通道 ← 仪表 2 线制（最常见、最容易接错）

S7-1200 的 SM 1231（6ES7231-4HD32-0XB0 等）内部只有采样电阻 + ADC，

不带馈电——通道端子上的 L+/M 是模块自身工作电源，不是馈电输出。

2 线制仪表接到这种通道，必须外串一台 24V 电源把回路补全：

• 仪表(+) → 外串 24V+；仪表(−) → AI+；AI− → 0V（三点串成一个回路）；
• 只把仪表接到 AI+/AI− 就完事 → 回路没有电源，读数恒为 0（头号接错）；
• 极性接反不烧模块，但读数为 0；
• 该模块输入电阻 280Ω（20mA 时压降 5.6V），核算压降时别套用 250Ω；
• TIA 组态：通道 → 测量类型"电流" → 范围 4~20mA → 开断线诊断； 数值 4mA=0、20mA=27648，默认地址 IW64 起。

S7-1200 的 SM 1231 / SM 1234 / SB 1231 全系都是无源输入， 西门子手册（S7-1200 System Manual, A5E02486680-AK）的两线制接线图里 24V 电源一律画在模块外部。别再找"模块馈电"选项了，它没有。

3.5 怎么判断手上的模块是"馈电"还是"无源"

三个查手册动作，动手前做完：① 模块是否只支持电流；② 电流输入电阻多少欧； ③ 最大屏蔽电缆长度多少米。这三个数直接决定压降预算和能不能远传。

4. 现场速查对照表

5. 通用接线规范（两种制式都适用）

• 屏蔽线单端接地：控制柜侧接 PE 或 0V，现场侧屏蔽层不接（防环流）。 若现场干扰极强，可现场侧经 1 nF~10 nF 电容接地（高频泄放、低频断开）。
• 信号线不与动力线同槽，必须分开走线槽，间距 ≥ 200 mm；无法避免时垂直交叉。
• 不用信号线做接地体，也不用管道、桥架做信号回流。
• 每根信号线两端编号（永久性标号管），并与图纸一致。
• 正负极在端子排上做明确标识（+ / − 或 A / B），避免反接。
• AI 通道单点接地，共用一根 0V 汇流排，禁止"就地接地、到处都接"。
• 投运前逐回路通断/短路测试，记录结果。

6. 常见故障速查（现象 → 原因 → 处置）

倒数第三、二行是一对镜像，最容易记反：组态范围设小了读数就偏大，设大了就偏小。 判别捷径：看 0 mA 时报不报警——4–20mA 组态下 0 mA 必报断线，0–20mA 组态下永远不报。

7. 常见线色对照（厂家惯例，非强制标准）

线色只是各厂家的惯例，不是国标/行标的强制规定，不同厂家（甚至同厂不同系列） 都可能不一致，尤其"黑"在某些品牌里是 +24V、"白"是信号−。 一律以仪表铭牌或说明书的接线图为准，绝不凭线色猜。 施工时线缆两端加标号管，按图核对——这是避免反接最有效的一步。

8. 安全提示

• 本安回路（Ex ia/ib）：严禁带电插拔，接线必须全部在断电状态完成。
• 本安回路的电平/电流/功率/电容/电感必须与安全栅匹配，超出会引燃。
• 防爆区域必须使用防爆接线盒，电缆须符合防爆型式（d 隔爆 / e 增安 / n 型等）。
• 高压/大电流回路与本安回路同一根电缆内禁止混装。

附录 A：本文引用与核对依据

编写：2026-10-17 · 修订：2026-10-17 · 用途：现场施工接线指导与故障排查