PLC紧凑I/O与通信模块增强

电子发烧友网报道（文/李宁远）工厂自动化与控制中，PLC的重要性不言而喻，作为一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，PLC通过数字式或模拟式的输入/输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

在其他主控设备性能不断拔高的现在，PLC在成本和性能上都不占优势，但是工业场景仍然十分信任PLC，充分体现了工业场景对其接受度的高度认可。PLC由硬件，软件和编译器三部分组成，其中硬件部分涉及非常多不同的模块，耳熟能详的有I/O模块、CPU模块、通讯模块、电源模块等。这些模块组件是整个PLC系统核心中的核心。

通讯模块，增强PLC与I/O之间的通信

PLC通讯模块实现的主要功能就是与其他设备之间建立同步协议，将PLC系统中的数据与其他控制设备中的数据进行交换和共享，能够控制、监控并采集相关数据，即通过互相的监控指令来监控对方，从而达到生产协调的目的。

这里面有现场总线模块、工业以太网模块和无线通讯模块，根据不同的协议来划分。目前常见的协议有Ethernet/IP、EtherCAT、Modbus、DeviceNet、RS232/RS422/RS485等等。现在的通信模块设计，通常需要考虑很多方面，比如能够用于多协议工业以太网的扩展，增加灵活度这一点现在很被看重，还要求能在恶劣环境中增强对耦合噪声的防护，同时诊断功能的需求也很明显，比如广泛应用的以太网电缆诊断功能。

时间敏感型网络TSN通信，一个有望取代总线的技术，PLC是其很典型的应用。依靠其大幅提高的确定性，TSN在解决延迟和抖动上优势明显。Profinet和EtherCAT 等实时通信接口可在PLC和输入/输出模块之间实现精确的时间敏感型通信，这些接口可以调整TAS的扩展和帧占先机制，从而将标准TSN硬件用于工业以太网。这些工业以太网协议受益于此，PLC与I/O模块间的通信也在这些增强的功能下更快更准确。

PLC中的紧凑I/O模块

以前的PLC系统里，I/O模块一般被设计成CPU模块下的子模块，现在的趋势则是越来越多的PLC设备将I/O模块独立了出来。I/O 模块用于获取现场传感器的信号以及控制执行机构，通信模块适配器用于扩展本地或远程I/O。

在通讯协议的串联下，I/O模块将现场各类传感器/执行器和PLC/适配器连接了起来，各种数字量的输入输出、模拟量的输入输出以及各种传感器的信号等都在I/O模块中被定义。而且现在的I/O模块密度越来越高，一个工业场景中可能就有几百个I/O模块。在密度大增的情况下，I/O模块的可靠耐用很关键。

以工业场景中温度、压力、流量、液位、气体和其他传感器和检测器的输入为例，这些输入都需要模拟输入模块对这些从现场接收的模拟信息进行数字化处理，然后将数字化后的信息传送到PLC的CPU模块中。如此紧凑的输入模块，势必是需要进行隔离的，中断现场传感器和CPU模块之间的接地环路，否则通信就会受到干扰。

这些高通道密度模块在一起，电磁干扰的可能性也大幅提升，温升问题也更容易出现，所以在I/O模块在往紧凑方向发展的同时，设计难度也大增。

因此I/O模块也不断引入新的诊断功能，从最基本的诊断到模块诊断，再到通道诊断，I/O模块的诊断等级也不断提高，保证在紧凑高密度下I/O模块足够可靠。现在很多对PLC性能要求较高的场景都要求I/O模块对过采样、PWM、集成计数等功能提供支持。

小结

PLC硬件模块综合性能也不断升级变得更全面，尤其是和通信相关的性能，进步很明显。在通信方面，对其安全性要求也更高，近几年很多新型PLC在通信安全和功能安全上做了很多革新，包括加密模块的硬件和带安全规范的协议。在工业市场，PLC的硬件功能安全和通信安全愈发重要。