化工生产过程中的各类物理量，如温度、压力、流量、浓度、湿度、液位等，需要转换成模拟量电信号才能传输到控制室或显示设备上，因此工业控制系统中信号是工业自动化中的核心要素。
信号是指从外部设备输入到控制系统或从控制系统输出到外部设备的电信号，这些信号承载着关键的信息，用于监测、控制和调节工业过程中的各种参数和设备。
控制系统都采用电信号的原因是不容易受干扰并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，在普通双绞线上可以传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求：20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃可燃性气体。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线：正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0，常取2mA作为断线报警值。
在工业领域，常见的I/O信号包括模拟信号和数字信号。
1、DI信号：数字输入信号（digital input）
所谓数字信号，及高电平1和低电平0，在控制上也就是断开或闭合，DI就是一个开关量的输入信号，给PLC/DCS一个断开和闭合的命令，和常开启动按钮开关一样，按下就是一个闭合信号；常用于状态的显示，比如断路器合闸了，在PLC/DCS画面显示闭合。
2、DO信号：数字输出信号（digital output）
是一种开关量的输出信号，即PLC/DCS发出一个启动或停止的信号给设备，使设备启动；比如电机的启动，通过PLC/DCS认为发出启动命令，电机控制回路接通，接触器得电吸合，电机启动，其功能和启动按钮一样。
3、AI信号：模拟量输入
所谓模拟量即4-20mA或0-10V的电流或电压信号，输入到PLC/DCS中，经过变换，还原出原来的值，比如电流值到PLC/DCS中显示出来；电流互感器二次值（5A）经过电流变送器转换成4-20mA信号（5A对应20mA）,输入到PLC/DCS机柜，经过转换，在PLC/DCS中显示实际的电流值。
4、AO信号：模拟量输出
和AI相反，AO是PLC/DCS输出4-20mA或0-10V信号，去控制设备的运行参数；比如，变频器的速度控制过程，以30Hz为例，通过远程PLC/DCS控制，认为给定参数值：30Hz，PLC/DCS同样发出一个对应的模拟量电流值，在4-20mA范围内（20mA对应50Hz），信号传入到变频器的控制器，变频器按照要求运行在30Hz。
模拟信号是连续变化的信号，代表着诸如温度、压力、流量等物理量的数值。数字信号则是以二进制数（例如0和1）来表示信息的信号，通常用于控制开关、执行逻辑操作等。这些信号通过传感器、执行器、PLC等设备与控制系统进行交互。
信号在工业控制系统中具有多种重要应用。
首先，它们用于监测和采集各种过程参数。通过传感器将这些物理量转换为电信号后，控制系统可以实时获取并分析这些数据，从而实现对工业过程的实时监控。
其次，信号还用于控制执行器，例如阀门、电机等。控制系统根据接收到的信号做出决策，并通过执行器实现对设备的控制操作。
信号也扮演着信息传递的桥梁。在工业控制系统中，不同设备之间需要进行信息交换和通信，而I/O信号则实现了这种通信连接。通过I/O模块，控制系统可以与不同的设备进行数据交换，实现设备之间的协调工作，提高整个生产系统的效率和稳定性。
工业控制系统中的I/O信号是实现自动化生产的基础，它们承载着关键的信息和指令，在工业领域发挥着不可替代的作用。
青岛西子环保研究院有限公司
二零二四年 五月
