I/O 设备
发布时间：2006-06-19
输入/ 输出系统在PLC 领域的应用越来越广；以太网和无线通讯是位于前5位中的通讯方法。受访者预期会比2004 年购买更多I/O 设备。
I/O模块最为常见的应用是作为PLC系统中的一个插槽或者构成分布式I/O系统；插槽式的PLC连接方式在过去获得了最大的增长。排名前5位的通讯连接方式是以太网、4-20 mA、Modbus RS-485、DeviceNet和无线通讯协议。并且在最近一次对Control Engineering订阅者的调查中，多达94%的受访者表示在接下来的12个月中用于I/O模块的支出将会等于或是高于今年的同类支出。
为了更好理解订阅者们对于“I/O模块”的应用和需要，Control Engineering 与Reed Corporate Research公司合作，对2006年2月和2004年12月所获得的调查结果进行了分析比较。两次调查受访者的构成不同，其反应也不同。
在2006年2月调查的受访者中，74%的人为本厂内部的需求进行I/O模块的选型、推荐或者采购；46%的人是为OEM的需求而进行。在2004年12月的调查中，81%的受访者为本厂内部的需求这样作，41%的人是为了OEM的需求这样作。
在2006年的调查中，37%的受访者主要在连续过程和间歇过程中都使用I/O模块，而16%的受访者只在连续过程中使用I/O模块；28%的受访者在离散制造中使用I/O模块，13%的受访者在公用事业中使用I/O模块，2%的受访者只在间歇过程中使用I/O模块，4%的受访者在其它方面使用I/O模块。
在2004年的调查中，45%的受访者主要在连续过程和间歇过程中都使用I/O模块，而23%的受访者只在连续过程中使用I/O模块；16%的受访者在离散制造中使用I/O模块，7%的受访者在公用事业中使用I/O模块，5%的受访者只在间歇过程中使用I/O模块，4%的受访者在其它方面使用I/O模块。
I/O模块的类型
在2006年的调查中，离散和模拟输入以及离散输出占了I/O模块使用的最大部分（超过90%），并且还将在接下来的一年里继续保持这个地位。
在2004年的调查中，模拟输入、离散输入、网络接口、离散输出以及模拟输出占了I/O模块使用的最大部分（超过90%），并且也被预计将继续保持其使用率最高的地位。
在2004年和2006年的调查中，各种模块的最高使用率（约95%）和最低使用率（约50%）数据基本保持不变。在使用率最高和使用率最低的模块之间，少数模块的使用率变化超过了10个百分点。PID从2004年的86%降低到2006年的74%。回路控制从2004年的79%下降到2006年的68%。而具备网络连接功能的模块和在线智能功能的模块的使用率从2004年到2006年有了些微的增加。
I/O模块的应用
在2006年的调查中，81%的受访者在PLC系统中应用I/O模块；59%是以PLC插槽的形式；51%是以分布式I/O系统的形式；46%是来自PLC控制供应商的DIN-rail导轨安装式I/O模块；35%是基于PC的系统；25%是应用于DCS系统；22%是来自与控制器不同的供应商的DIN-rail导轨安装式I/O模块；20%是网络网关；10%为可编程自动控制器（PAC）；14%是单点I/O模块；9%为平头式IP67模块；7%为模件式IP67模块；2%是其它形式。
从2006年到2004年最大的改变是：在2006年PLC插槽的应用增加了12个百分点；基于PC系统的减少了9个百分点。这个降低其实应该与PAC的引入一起考虑，PAC是2006年调查中一个新的选择，它可以说明基于PC系统减少的原因（PAC具备类似PLC的坚固耐用特性，并且包含PC的逻辑能力）。
Rockwell Automation ArmorBlock I/O产品经理Thomas Trombley认为：某些新的I/O技术使得应用更加灵活，因为任何一个I/O模块都可以被用作输入或是输出，这大大简化了所有控制应用中的组态工作。
通讯方法
在2004年和2006年的调查当中，以太网和4-20 mA在目前和将来的通讯方法中占据着统治地位，使用率双双超过70%。下一个最接近的是DeviceNet，2004年的使用率为59%，2006年的使用率为43%。
在2006年的调查当中还增加了有关无线通讯、以太网和其它协议的问题。2006年应用的网络从高到低排列依次为以太网、4-20 mA、Modbus RS-485、DeviceNet、无线协议、ControlNet、其它私有协议、Profibus-DP、HART、CANopen、其它、FOUNDATION fieldbus、 Interbus、LonWorks、Optomux和Seriplex。Pepperl+Fuchs (P+F)公司的智能系统经理Helge Hornis还在这个名单中增加安全网络的名字，他认为安全网络在应用中具有重要意义，尤其是在工厂自动化领域。
Honeywell公司的产品经理Robert Bristow注意到FOUNDATION fieldbus在过程信号方面的应用有巨大的增长。Bristow认为在某些应用中，将有很大一部分采用了该协议，而且他预计这种趋势还会继续。
以太网协议，无线通讯
在I/O模块中应用以太网协议的受访者当中，使用率从高到低的排列为：TCP/IP、EtherNet/IP、Modbus/TCP、UDP/IP、FOUNDATION fieldbus HSE、Profinet、SERCOS III、Ethernet-Powerlink、EtherCat、其它、以及OptoMMP。在位于前列的协议当中，TCP/IP的使用率为80%、EtherNet/IP为78%，大大领先于Modbus/TCP的38%和UDP/IP的28%。
Opto 22公司认为以太网毫无疑问在特性/技术/通讯方面是最为有利的媒介。他们已经发展了特别的电路板来替换已经使用了20年的老系统，使其可以支持以太网，实现与商务应用之间便捷的信息交换。Opto 22公司将以太网视为主流的工厂底层通讯技术。Opto 22公司的高级应用工程师Tom Edwards说，“目前以太网占我们所销售产品的50%。到了明年的这个时候，如果这个数字又增加了10%到20%，我不会感到惊讶。”
GE Fanuc Automation公司的控制器产品经理Bill Black认为以太网受到人们偏爱的原因很多，其中包括安装简单、硬件费用低（交换机和集线器都是通用的，无需定制）、人们对于以太网技术的熟悉程度较高。
这并不意味着所有的东西都安装在测量点和执行器那里，Black警告说。“尽管现在有大量小型的I/O模块使得用户可以把控制分散化，但是趋势依旧是在控制机柜中维持至少一半的I/O连接……即使现在已经有大量的DIN导轨安装I/O模块产品可供选择，但是这类产品以每一点的平均费用来衡量依然很昂贵，并且网络也仍然被认为太过复杂，”Black说。
AutomationDirect公司的PLC、I/O和PC控制产品经理Jeff Payne说：通讯“也许是PLC市场在过去5年中的最大改变”，这个变化正在革命性地改变着PLC进行编程的方式以及与其它PLC和应用HMI、SCADA或DCS的PC之间的中继数据。“通讯始终处于PLC和I/O产品决策过程中决定因素的前三位。一方面串行通讯的应用目前仍然非常普遍、可靠和便宜，而另一方面以太网正迅速成为通讯媒介的重要选项，” Payne说，这是由于网络速度、接线简单以及可以使用通用的网络组件（如交换机和集线器等）等原因。
排名在前六位的无线通讯协议（已经被使用或计划使用）是802.11（无论哪一种）17%、以太网（无论哪一种）8%、蓝牙5%、私有协议5%、WiFi（未明确）5%和ZigBee 5%。还有6种其它协议也被提及了。28%的受访者由于 “不知道/未决定/正在评估”而未确定是否在I/O模块上采用无线通讯，其它原因以27%的比率紧随其后。
采购
在2006年的受访者中，过去的12个月里平均购买了155个I/O模块。每个受访者于过去的一年中在I/O模块上平均花费了111,737美元。
P+F公司的Hornis认为过程自动化的应用已经影响了这种购买趋势。受过程自动化领域反应的影响，他认为：“大量工厂自动化的应用中，所使用的I/O模块数量大大少于上述提及的155个模块。其次，平均采购价格（720美元）太高了”。
在2006年的调查中，47%的受访者预计在接下来的12个月当中I/O模块的采购将会增加；47%的受访者预计I/O模块的采购量将会持平。只有6%的受访者预计需求会减少。在2004年的调查中，预计接下来的12个月中采购量将会增加的受访者为43%，略低于2006年的调查；而那时有53%的受访者预计采购量将会持平。仅有4%的受访者预计需求会减少。
终端用户越来越多地要求“OEM公司来定义系统，将其交付使用，并且保证系统性能，” Schneider Electric公司的高级产品经理Joe Benedetto说，“我们还不断发现终端用户不需要采购PLC昂贵的大型I/O系统。因此，如果他们在一个地方只需要50或100个I/O点，他们可以购买分布式I/O系统，因为其价格比较低廉。”许多分布式I/O系统已经应用于PLC，因为它们比大型I/O系统的价格便宜，需要的盘柜空间更少，Benedetto说到。
在2006年的这些采购中，其主要特征是技术支持、库存的可用性、通讯能力和使用方便性。网络能力排列在第五位，费用因素紧随其后。
受访者对I/O模块产品特征的反应表明了技术支持的关键地位，GE Fanuc公司的Black说。“用户需要安装、调试和故障诊断简单，并且支持方便的系统。”Schneider Electric公司的Benedetto指出：技术支持排在所有特征的第一位，是因为“许多终端用户不再具备他们以前曾经拥有的自己的技术支持人员，因此他们只能依靠制造商来提供支持。在许多情况下，对产品的支持能力就像产品本身的性能一样重要。”库存的可用性也非常重要，因为“停工时间的损失是极其巨大的.....对于不同应用，每分钟都以上万美元计算。但是控制系统建造商和其它OEM公司不愿维持一个巨大的存货，因为这会造成不必要的费用。OEM公司希望制造商有立即可用的产品。”
I/O设备产品
希望了解更多此类产品，请访问下列网址。
更强的灵活性，更为便捷的I/O线路终止
Rockwell Automation公司为Allen-Bradley Flex I/O系列产品增加了高密度的12路模拟I/O模块、HART模拟模块和带可选扩展板的D-Shell连接器I/O基座。这些产品据称可以提供更多的灵活性、更强的通讯能力并且可以在相同的空间里配置更多的I/O终端。这种12路的模拟模块具备更高的分辨率（16bit）；其输入信号经过过滤具有更好的噪声抑制性能，并且可以驱动需要12V电压的更大负载。Flex I/O系列产品有输入模块（1794-IE12）、输出模块（1794-OE12）和输入/输出组合模块（1794-IE8XOE12）。新的8路HART模拟I/O模块（1794-IE8H HART和-OE8H HART）允许Flex I/O系列产品与具有HART功能的智能现场设备进行通讯。这些设备可以用于ControlNet 或 EtherNet/IP网络，并且能够连接到HART现场设备、HART手持式编程终端、Rockwell Automation公司的控制器以及现场设备工具（FDT）兼容的软件。带有新型D-Shell连接器和可选扩展板的Flex I/O底座可以使连接和终止更加快速。
www.rockwellautomation.com
Rockwell Automation公司
无需机柜的数字I/O模块
Siemens Energy & Automation公司的Simatic ET 200eco数字I/O模块非常划算，它无需机柜即可在过程现场实现IP67防护水平的安装。Eco代表 “容易连接、容易调试、价钱经济”。M12和Ecofast连接系统现在已经上市。其特点包括紧凑、坚固、外壳便于维护、无需中断电源或总线连接的热插拔，而且连接模块灵活可变。
www.sea.siemens.com
Siemens Energy & Automation公司
高速计数设备
GE Fanuc公司用于RX3i的新型高速计数器允许对一个设备上的8个独立的32-bit计数器进行组态和控制。它可以被组态支持A型、B型、C型、D型、 E型和Z型计数器，计数速率最高可达1.5 MHz时钟频率。它还能被组态为可打开任意一个14个板载输出通道，且这些输出可由PLC独立进行控制；8个输入通道中的任何通道都能够向控制器返回中断信号。据称，该模块还提供扩展的诊断功能，是涡轮机控制、计量校验、速度测量、材料处理、运动控制和过程控制的理想选择。PACSystems RX3i包括一系列的底板，非常便于对现有的90-30系列I/O模块进行改造。
www.gefanuc.com
GE Fanuc公司
3种新型通讯设备
AutomationDirect公司的DL05/DL06小型PLC家族有3种新型的通讯设备。D0-DCM模块（129美元）增加了2个串行通讯接口，支持Modbus、Modbus RTU、DirectNet以及用于任何DL05 或 DL06型号PLC的K-Sequence，它采用RS-232或RS-422/485数据接口，通讯速率高达115.2 Kbps。F0-CP128协处理器模块（185美元）提供了3个串行通讯接口，具备基本的编程组态能力，其时钟频率高达100 MHz，可选RS-232或RS-485数据接口，通讯速率高达512 Kbps。由于采用了自动检测技术，H0-ECOM100以太网通讯模块（199美元）能够以10或100 Mbit的速率进行主/从数据通讯。它还支持IP和IPX。Modbus TCP/IP客户/服务器协议允许PLC作为客户端运行（主站）或者作为服务器运行（从站）。
www.automationdirect.com
AutomationDirect公司
适合任何控制器的I/O模块
某些OEM或终端用户想要制造模块化的机械和控制体系结构，并且想将I/O点分散在机械设备上而无需担心控制器的类型，Schneider Electric公司为满足这类用户的要求用一套新的设备扩展了该公司的Telemecanique Advantys STB分布式I/O系统。该扩展产品以每个I/O点较低的平均价格，为用户提供特性较低的系统。它还使OEM能够以模块化的系统来优化机械设备的分布式I/O连接，这使得用户可以用一个现场总线节点来分散连接整个机械设备或过程。
www.telemecanique.com
Schneider Electric公司
以太网I/O内嵌交换机
与将单独的I/O模块和交换机结合到一起的做法相比，Phoenix Contact公司一种新型的带有内建以太网交换机的在线模件式I/O模块，能够降低总体安装费用并且减少安装空间达50%。ILB ETH 24 DI 16 DIO 16-2TX模块是Inline Block I/O家族的最新成员，它有2个非控制的10/100 Mbps RJ45接口、16路数字输入通道以及16个既可以作为输出也可以作为输入的通道。2个RJ45接口可以连接到以太网网络和分离的以太网设备。内建的Web服务器可以对以太网接口进行简单的远程配置，还可以监视设备的诊断情况和I/O状态。该设备支持Modbus TCP（最多8个连接）、OPC、XML轮询（只能读取）。SNMP 和 BootP服务使其能够远程进行配置及获取诊断信息。紧凑的单模块设计使其在分布式控制台或控制机柜门上的安装非常简单。
www.phoenixcon.com
Phoenix Contact公司
数字I/O设备
NI PCI-6521、PXI-6521和 PCI-6520工业数字I/O设备能够提供8路±30V直流差别数字输入和8路非锁定的机械继电器输出，其中5路是A型继电器，3路是C型继电器。数字输入为符合工业标准的24V逻辑电压和60V连续的通道到通道隔离型。
www.ni.com
National Instruments公司
用于远程传感器的I/O模块
Omron Electronics公司的远程传感器I/O（SRT1-ND08S）具有8路输入、8路输出以及混合4路输入/4路输出模块。该设备采用便于接线的绝缘配置，简化了2线和3线传感器与CompoBus/S网络之间的连接。它还具有远程指导、诊断和批量选择功能，可以通过PLC进行设定和监视。该设备采用DIN导轨和螺丝进行安装。
www.omron.com/oei
Omron Electronics公司
I/O系列的多种设备
Honeywell公司的 Experion PKS Series C I/O与控制器产品具有安装面积较小、维护及安装简单、使用寿命长等优点，为过程I/O产品提供了新的选择。该产品系列有多种模块：Series C C300控制器、现场总线接口、控制防火墙和HART模拟模块。其“垂直设计”与可移动双层接线终端，使接线操作更为方便，大大减少了安装和维护的费用。该系列采用高密度、模块化结构，其倾斜布置有利于热量均匀散发，延长模块使用寿命，降低了用于冷却的费用。冗余设计为用户提供了高可用性和更长的生命周期。
www.honeywell.com
Honeywell公司
I/O升级但不改变现场接线
FlexConnect Solutions for Provox Discrete Control I/O连接于Provox Series 20的接线终端面板。这使用户不必影响现有的现场接线就可以进行I/O连接。输入和输出被自动匹配到适当的DeltaV的I/O连接上，这大大减少了仪表检查的时间，并加快了启动速度。
www.easydeltav.com
Emerson Process Management公司
隔离模拟模块
Opto 22公司发布了4种新型的隔离模拟模块：Snap-Aiarms-i，用于交流/直流的电流测量；Snap-Aivrms-i，用于交流/直流的电压测量；Snap-Aima2-i，用于监测非常微弱的电流；Snap-AOA-23-iSRC，带有内建的隔离回路电源，可以向其它工业设备输出电流值。这些模块与所连接的现场设备电气隔离，消除了由于所连接设备的操作电压不同而带来损害的可能性。当某些正常设备与发生过载或故障的设备共用同一模块时，上述产品可保护正常设备免受损害。在安装 4-20 mA仪表时，Snap-AOA-23-iSRC设备的内建隔离回路电源能够显著减少易出故障的接地回路。
www.opto22.com
Opto 22公司
灵活的数字I/O模块
随着CSDIO14数字模块的发布，Red Lion公司的模块化控制器变得更加灵活。CSDIO14数字模块可以提供8路数字输入通道和6路输出通道，非常适合于需要简单I/O或逻辑功能的应用。它能够为基于PC和HMI的应用提供离散量输入和输出。通过采用图形化逻辑引擎，CSDIO设备还能够为无需PLC的应用提供控制功能。该公司声称：基于内建的PLC和以太网协议，只需几分钟即可完成最复杂的PID、数据采集或I/O系统的配置。
www.redlion.net
Red Lion公司
AS-i网关、扫描器可连接到A-B公司的PLC
Pepperl+Fuchs公司的AS-Interface网关和扫描器能够支持并且连接Allen-Bradley 公司的MicroLogix、ControlLogix、PLC 5、SLC500和CompactLogix平台。AS-i网关和扫描器由PLC供电，能够提供可移动的终端连接，可以方便地进行RS-232、PLC或按键编程。先进的LED或LCD显示能够对网络状态提供极佳的可视化指示，先进的诊断功能可以方便地进行故障处理。VBM-CLX-DM AS-i扫描器模块支持ControlLogix PLC平台，并且可以通过2个按键、LED和LCD显示屏进行快速、方便的调试。I/O数据和状态信息被映射在PLC处理器的I/O数据中。内建模拟Profile 7.3是标准配置；还可以进行扩展寻址。
www.am.pepperl-fuchs.com
Pepperl+Fuchs公司
安装于机械设备上的I/O可以集成气动元件
Beckhoff Automation公司的 IE2808 IP-Link Extension Box提供16路24V直流数字输出，且每通道的平均价格很低。该产品设计极其紧凑，具有IP67等级防护能力的 I/O和气动模块，可以直接安装在机械设备上。一个25针的D-Sub连接器连接到输出；每个通道都具备短路保护并且提供诊断功能。该产品可以直接连接到处于潮湿、灰尘和其它苛刻工业环境中的阀门终端上；提供安装规格为30 x 126 mm的16路数字输出，用于连接数字执行机构。它的每个通道为0.5 A、24 V的直流电流，所有连接的输出通道电流总和不得超过4A。该产品通过I/O Coupler Box模块在控制层与Profibus、DeviceNet、CANopen或者以太网连接。Beckhoff Automation公司也提供用于其它通用信号的模块。
www.beckhoffautomation.com
Beckhoff Automation公司
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