概述众所周知，输入/输出模块（I/O模块）是自动化系统的基本组成部分，用于连接传感器、执行器和控制器。西门子提供了各种系列产品和对应的 I/O 模块，来满足用户不同应用场景的需求。常用的系列产品有 S7-1500、ET200MP、ET200SP、ET200 PRO、ET200eco和ET200AL等，如下图所示。西门子 PLC I/O 模块具有以下特点：产品种类丰富：西门子提供各种类型和规格的 I/O 模块，包括数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、温度采集模块以及高速计数器模块等性能强：具有高速（如过采样）、高精度（如16位）、高稳定性的特点，能满足各种工业的需求；功能强大：模块的快速响应（如硬件中断）、随时可改变模块参数（通过编程）、输出模块 stop 后响应（保持上一个值/替代值等）、共享输入/输出功能等；灵活连接：支持多种总线连接方式，如：PROFINET、PROFIBUS等，方便根据实际需求选择；易于选型配置和维护：支持多种选型配置工具，如：TIA Portal、STEP 7、选型工具（TIA Selection Tool）等，方便用户进行模块的参数配置，提供多种方式的故障诊断（如：HF 模块自带的诊断、读取数据记录的诊断、OB 诊断等），便于用户维护。作为一个自动化工程师，无论是新入门小白，还是历练了很多年的老工程师，搞定 I/O 模块juedui是一门基本功。接下来，让我们一起走进 I/O 模块的世界，检验一下我们的基本功是不是扎实。下文会通过三个方面：基础知识、重要参数、特殊应用来为大家介绍。2基础知识2.1  模拟量模块 4线制、2线制，接线如何区别？常见的电流变送器可分为2线制和4线制。按字面上意思，2线制变送器，仅两根线，2根线即是电源线又是信号线；而4线制变送器，有4根线，电源线和信号线分开，2根电源线（接电源正和负），2根信号线（输出信号正和负）。变送器与模块的接线如下图所示。2线制变送器接入模拟量输入模块4线制变送器接入模拟量输入模块2.2  数字量输出保护回路在数字量输出负载为感性负载时，为了防止输出回路在接通或断开时的高压瞬变干扰，需要增加抑制回路，否则可能导致 PLC 运行中断甚至设备损坏。根据负载的情况，分为直流和交流两种。不同的负载采用不同的抑制回路。可以参考下列的方式来选择合适的抑制回路。根据实际应用场景，要保证所有的器件参数与实际应用相符合。a. 用于直流输出和控制直流负载的继电器输出的保护电路在大多数应用中，只需在直流感性负载两端增加一个二极管 (A)。应用大电感或频繁开关的感性负载，要求更快的关闭时间，建议可再增加一个稳压二极管 (B)。 请确保正确选择稳压二极管，以适合输出电路中的电流量。b. 用于开关 AC 感性负载的继电器输出的保护电路使用继电器输出控制115 VAC/230 V AC负载时，应当在继电器触点输出负载上跨接 RC 回路，或使用压敏电阻（MOV） 来限制峰值电压，注意选择 MOV 的工作电压比正常的线电压至少高出20%。2.3  模拟量等电位在模拟量接线中，模拟量除了需要连接信号线外，有的现场还需要做等电位线缆的连接。这里的等电位线缆连接是指信号负、模块参考位MANA、供电负以及接地之间的连接，如下图中虚线所示连接。等电位连接是可选的，不是必须连接。只有当出现共模电压 UCM/绝缘电压UISO超出模块允许的范围时，才需要考虑等电位连接，否则可能会发生测量错误/故障（如信号上溢）。注意：Ucm/UISO允许电压差的值可在各模块的技术数据中找到。3重要参数3.1  Ucm、UISO 是什么含义模拟量信号采集中，为了保证输入信号能被正确无误的采集，需要注意输入模块的两个参数：Ucm 和 UISO。其中，Ucm 是共模受限电位差，一般指测量输入和模拟地 MANA 之间、测量输入参考点之间所允许的电位差。可能会导致电位差 Ucm 的原因有：环境中存在 EMC 干扰使用了接地的变送器使用了长电缆UISO 是绝缘受限电位差，一般指模拟地 MANA 和中央地参考点之间、测量输入和中央地参考点之间所允许的电位差。可能会导致电位差 UISO 的原因有： 超出最大线路长度。为了保证模拟量输入模块的正确测量，需要确保Ucm 和UISO 的值在模块的允许范围内，如果超出，需要考虑做前面所说的等电位连接，具体连接分两种情况，如下图。3.2  数字量模块源型/漏型接法区别？数字量输入/输出模块在选型的时候，除了考虑点数和性能外，还需要考虑与外部连接传感器匹配的问题。这是因为数字量模块有源型和漏型的区分，模块类型不同连接的信号也不同。有的模块可以支持两种类型（如：S7-1200 的输入模块，但不能同时），有的模块仅支持接一种类型，所以选择的模块一定要与外部连接的信号匹配，否则无法连接。数字量输入一般是漏型输入，即高电平输入有效，外接 PNP 的信号；如果数字量输入是源型输入，即低电平输入有效，外接 NPN 的信号。数字量输出一般是源型输出，即高电平输出有效，外接 NPN 的信号；如果数字量输出是漏型输出，即低电平输出有效，外接 PNP 的信号。3.3  模拟量输入干扰频率抑制参数如何选择？模拟量输入模块使用干扰频率抑制功能，主要用来抑制由交流电压电源频率产生的噪声。交流电压电源频率可能会对测量值产生不利影响，尤其是对低电压范围内的测量信号，如：热电偶。因为是针对供电电源频率所产生的噪声抑制，由于国内采用的 220V AC 供电的频率 50HZ 的，所以在模拟量输入的组态中，选择的干扰抑制频率是50HZ，即干扰抑制效果zuihao，如下图。注意：模块转换时间的长短设置取决于设定的干扰频率抑制。设置的频率越高，转换时间越短。在各模块的技术数据中，有抑制频率对应转换时间的对照关系信息。因此，在应用中需要根据实际情况综合考虑，是选择好的干扰抑制效果，还是选择短的转换时间。3.4  模拟量输入滤波参数如何选择？模拟量输入模块的滤波功能，实际就是采样多个模拟值，然后取平均，最终得到“稳定”的数据值，滤波可以抑制测量信号中的峰值，进一步改善干扰频率抑制。可以根据所使用的模块，组态中有 4 种（无：1次采样、弱：4次采样、中：16次采样、强：32次采样）等级的滤波，默认是无，如下图。滤波等级可确定生成平均值时所需的模拟值采集次数。 滤波系数越大，滤波效果越好。注意：滤波等级越强，采样次数越多，转换时间也会越长，所以选择是需要综合考虑。