AI，AO，DI，DO是什么？

摘要：AI（Analog Input）、AO（Analog Output）、DI（Digital Input）、DO（Digital Output）是工业自动化和控制系统中的四种基本信号类型。它们用于传感器、执行器以及控制设备之间的数据交换。下面详细讲解每个信号的含

AI（Analog Input）、AO（Analog Output）、DI（Digital Input）、DO（Digital Output）是工业自动化和控制系统中的四种基本信号类型。它们用于传感器、执行器以及控制设备之间的数据交换。下面详细讲解每个信号的含义、工作原理、应用场景，并进行扩展说明。

1. AI（Analog Input，模拟输入）定义：AI 是指模拟输入信号，即从外部设备（如传感器）采集的连续变化的物理量（如温度、电压、压力、流量等）。

特点：

• 连续变化的信号，可以取任意值（在一定范围内）。

• 典型的 AI 信号类型：0～10V、4～20mA、0~20mA、电阻信号（如 PT100 温度传感器）。

• 需要 A/D（模数转换）才能被数字系统处理。应用场景：

• 采集温度（热电偶、热电阻）。

• 监测液位（超声波液位计）。

• 读取压力传感器数据（压力变送器）。

• 监测流量计输出的模拟信号。

2. AO（Analog Output，模拟输出）定义：AO 是指模拟输出信号，即控制系统（如 PLC、DCS）向外部设备（如变频器、调节阀）发送的连续变化信号。特点：

• 输出一个连续变化的物理量，通常是电压或电流。

• 典型的 AO 信号类型：0～10V、4～20mA。

• 需要 D/A（数模转换）才能控制模拟设备。应用场景：• 控制变频器的速度（通过 AO 信号调节频率）。

• 调节电动阀门的开度（例如 4~20mA 控制比例阀）。

• 控制调光设备（如 0~10V 的 LED 调光控制）。

3. DI（Digital Input，数字输入）定义：DI 是指数字输入信号，即从外部设备（如按钮、限位开关、光电传感器）接收的离散信号，通常只有**开（1）或关（0）**两种状态。

特点：

• 只有两种状态：高电平（ON）和低电平（OFF）。

• 典型电压等级：DC 24V、DC 5V、AC 220V（根据设备不同）。

• 可以是无源输入（干接点）或有源输入（带电信号）。

应用场景：

• 读取按钮或开关状态（如紧急停止按钮）。

• 监测接近传感器信号（如检测物体位置）。

• 监测安全门开关状态（如设备防护门）。

4. DO（Digital Output，数字输出）定义：DO 是指数字输出信号，即控制系统向外部设备（如继电器、报警器、指示灯）发送的离散信号，通常是**开（1）或关（0）**两种状态。

特点：

• 输出信号是高/低电平（如 DC 24V 开关信号）。

• 可以是继电器输出、晶体管输出或固态继电器（SSR）输出。

• 可直接驱动小型负载，或通过继电器控制大功率设备。应用场景：

• 控制电磁阀（通断控制液体或气体流动）。

• 控制继电器（用于大电流设备，如电机）。

• 驱动报警器、蜂鸣器（发出警报信号）。

• 控制指示灯（如 PLC 输出信号给 LED 指示灯）。

扩展说明

1.信号类型对比

2.开关量 vs. 模拟量

•开关量（DI/DO）：只有开关（0/1）状态，比如光电传感器、继电器。

•模拟量（AI/AO）：信号是连续变化的，比如温度、压力。

3.信号传输方式

•电流信号（4~20mA）：抗干扰能力强，远距离传输稳定。

•电压信号（0~10V）：适用于短距离传输，受干扰影响较大。•继电器信号（开关量）：适用于高压、大电流负载的控制。

4.实际应用中的 PLC 配置

• 工业控制系统中，PLC 需要配置 AI、AO、DI、DO 模块来处理不同信号：

•AI 模块：接入温度、压力等传感器。

•AO 模块：控制变频器、调节阀。

•DI 模块：读取按钮、接近开关。

•DO 模块：控制报警灯、电磁阀。

补充——AI（Analog Input，模拟输入）通道在接收**热电阻（RTD）和热电偶（TC）**信号时，采用不同的处理方式，因为它们的信号特性不同。

下面详细讲解它们的接收原理和方法：

1. AI 接收热电阻（RTD）信号**热电阻（RTD, Resistance Temperature Detector）**是一种通过测量电阻变化来确定温度的传感器，常见的类型包括 PT100 和 PT1000。

接收原理

•热电阻的电阻值随温度变化，例如 PT100 在 0°C 时电阻为 100Ω，在 100°C 时约为 138.5Ω。

• 由于 PLC 或数据采集模块不能直接读取电阻值，因此需要一个恒流源提供稳定电流（通常为 1mA）。

• 通过测量热电阻两端的电压降，然后利用欧姆定律（V = IR）计算电阻值，并转换为温度。接线方式热电阻有 2 线制、3 线制、4 线制三种接法：1.2 线制（受导线电阻影响较大，精度较低）。2.3 线制（补偿一根导线的电阻，提高精度）。3.4 线制（可完全消除导线电阻误差，精度最高）。AI 接收热电阻信号的模块

• 需要 RTD 模块，例如支持 PT100 的 PLC AI 模块（如 Siemens 6ES7 331-7KF02-0AB0）。

• 典型信号范围：0~400Ω 或 0~4000Ω（取决于 RTD 类型）。

• AI 通道内部提供恒流源，测量电压后计算温度。

2. AI 接收热电偶（TC）信号**热电偶（Thermocouple, TC）**是一种利用两种不同金属导体的热电效应（塞贝克效应）来测量温度的传感器，常见类型有 K型、J型、T型等。

接收原理

•热电偶在两端产生微小的热电势（mV级别），大小取决于温度差（测量端 vs. 冷端）。

• 由于热电势非常小（通常在 -10mV~+80mV 之间），AI 通道需要：

1.高精度放大电路（将mV信号放大到可测量范围）。

2.冷端补偿（自动补偿环境温度影响）。

3.A/D 转换（将电压转换为温度值）。接线方式• 热电偶通常是 2 线制，必须使用相同材质的补偿导线，否则会引入测量误差。

• 连接到 PLC 或 DCS 的 AI 热电偶输入模块（TC 模块）。AI 接收热电偶信号的模块

• 需要热电偶 AI 模块，如 Siemens 6ES7 331-7PF01-0AB0。