自动控制系统的输入输出信号详解

仪表自动化工程中，设计选用的仪表
、控制设备要能正常运行，除了设备自身因素还有一个容易被忽视的因素————控制系统
、仪表、信号、传输之间的兼容问题
。

I/O信号的仪表控制设备统称为集中控制设备：如DCS、PLC、SIS等控制系统，二次仪表（如控制器、指示器、记录仪、闪光报警器等）等。

集中控制设备接收现场仪表信号的有温度传感器
、流量、压力、液位变送器等模拟信号；集中控制设备输出信号到现场接受设备有信调节阀
，变频器等，集中控制设备之间信号互相传输的有安全栅与控制系统的卡件或盘装仪表等。

输入到集中控制设备的模拟量信号叫AI信号，从集中控制设备输出的模拟量信号叫AO信号。

如果一台仪表或设备的输出信号作为另一台仪表或设备的输入信号的时候
，必须考虑匹配问题
。

比如一台压力变送器输出信号4~20mA到DCS系统，这就应该选择DSC系统4~20mA模拟量输入卡才能匹配，且该卡件必须带配电功能。

信号不匹配的后果

（1）控制系统就接受不到信号
，或者接受到错误信号导致使控制系统发出错误指令。

（2）也有可能损毁控制系统的部件（元件），烧毁模块。

如控制系统开关量输入卡是接受干接点信号
，而发送给它的是220VAC有源接点信号
，或者是模入卡件接受到强电
，这样会导致某个通道，甚至整个机笼卡都会损坏。

信号类型及选用原则
。

1、模拟量信号

模拟量是在时间和数量上都是连续的物理量，其表示的信号则为模拟信号
。模拟量在连续的变化过程中任何一个取值都是一个具体有意义的物理量，如温度


，压力
，电流、流量、液位、速度等
。常用模拟量信号有
：热电阻、热电偶、4~20mA
、1~5VDC
、mV等。

2
、开关量信号

一般指的是触点的“开”与“关”的状态，在计算机设备中也会用“0”或“1”来表示开关量的状态
。

例如有源开关（湿接点），无源开关（干接点）

3、数字量信号

数字量，也就是离散量，指得是分散开来的、不存在中间值的量。例如，一个开关所能够取的值是离散的，只能是开或者关
，不存在中间的状况。所以数字量在时间和数量上都是离散的物理量，其表示的信号则为数字信号
，数字量是由0和1组成的信号

，如循环二进制码

。

4、脉冲量信号脉冲量就是瞬间电压或电流由某一值跃变到另一值的信号量。在量化后
，其变化持续有规律就是数字量，在工业应用中一些流量计就可以输出脉冲信号，如椭圆齿轮量计通常使用其输出的脉冲信号。如果其由0变成某一固定值并保持不变，其就是开关量。

5、通信通信就是信息的传递
，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息
，依据通信协议不同有HART、RS-485等。

三、选用信号类型的原则

在控制系统应用中信号类型应尽可能少，可以减少控制系统输入、输出卡件类型，减少备品备件
，节省投资。

在可能的情况下，仪表信号应选用电流信号（如4~20mA）传输，如果选用电压信号（如1~5VDC）传输，在线路上会有电压降
，线路越长压降越大，因此造成信号衰减。

在同一个工程项目中
，通信信号的标准应尽可能统一
，可以减少系统集成
、调试、维护工作量。

非标准的信号（如振动传感器、速度传感器等）应将其转换成标准信号（如4~20mA），使集中控制设备易于接收
。