PLC 硬连线输入/输出和串行输入/输出的差异比较

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By leigehong

April 18

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在可编程逻辑控制器 (PLC) 和分布式控制系统 (DCS) 中，由于这些系统的实时性以及工业过程的相关复杂性，硬连线 I/O 和串行 I/O 之间的选择变得尤为重要。

下面，我将详细分析这些特定系统中每个系统的特征。

硬连线输入/输出

下面列出了我们必须讨论的有关硬连线 I/O 的要点。

直接连接
实时响应
接线复杂性
灵活性有限
可靠性
信号完整性
适应性
安全关键应用

1. 直连
硬连线 I/O 直接连接到 PLC 或 DCS。每个输入或输出设备都有一条返回控制器的专用线路。

2. 实时响应
这些 I/O 通常设计用于实时控制任务。它们特别适用于需要立即采取行动的时间敏感型应用，例如过程控制、联锁和紧急关闭。

3. 接线复杂性
对于具有大量 I/O 点的大型系统，硬连线解决方案可能会变得很麻烦，需要大量布线和更大的控制柜。

4. 灵活性有限
由于需要物理重新布线，修改或扩展硬连线系统可能是劳动密集型的。

5、可靠性
硬连线 I/O 通常被认为对于关键任务来说更可靠，因为它们具有直接、点对点的性质，可以降低通信故障的风险。

6. 信号完整性
与串行通信相比，硬连线连接的信号完整性通常更好，尤其是在电磁干扰 (EMI) 较多的环境中。

7. 适用性
最适合较小的系统或可靠性和速度至关重要的场景。

8. 安全
硬连线 I/O 主要用于安全关键型应用，例如控制回路至关重要的工业过程控制应用。

串行输入/输出

下面列出了我们要讨论的有关串行 I/O 的要点。

数据序列化
基于协议的通信
可扩展性
联网能力
数据处理
距离
漏洞
成本
安全

1. 数据序列化
串行 I/O 通常通过一条数据线一次传输一位数据。这与同时发送多个位的并行系统形成对比。硬连线 I/O 中的每个信号都有单独的电线，但串行 I/O 通常只有一根电缆用于传输/接收所有数据。

2. 基于协议的通信
它们通常依靠已建立的工业协议（如 Modbus、PROFIBUS 或以太网/IP）进行通信，这些协议标准化了设备之间的数据交换。

3. 可扩展性
串行 I/O 通常更具可扩展性。添加更多 I/O 点通常只需要配置现有网络，无需额外布线回控制器。

4. 联网能力
串行 I/O 可以轻松联网，并且通常具有内置诊断功能，这使得它们更加通用，但也增加了复杂性。

5. 数据处理
串行 I/O 在数据处理方面更加通用。它们可以通过网络传输更复杂的数据类型，包括实数和字符串。

6. 距离
它们更适合 I/O 点远离 PLC 或 DCS 控制器的应用。在某些情况下，我们可能需要一些特殊设备，例如中继器、网关等。

7. 漏洞
由于串行 I/O 是基于协议的，因此更容易出现数据冲突、延迟和其他网络相关问题等问题。

8. 成本
虽然由于网络硬件的原因，初始设置成本可能较高，但长期成本可能较低，特别是对于需要频繁修改或扩展的系统。

9. 安全
串行 I/O 绝不会用于安全关键型应用，因为主电缆损坏可能会导致数据完全故障。

在硬连线和串行 I/O 之间进行选择

两者之间的选择通常取决于各种因素，例如系统规模、所需的操作速度、安全性、数据复杂性和成本考虑。工程师通常会进行详细分析，有时甚至在单个 PLC 或 DCS 系统的不同部分中使用这两种类型，以充分利用每种类型的优点。例如，硬连线 I/O 可用于安全关键型应用，而串行 I/O 可用于数据收集和监控任务。

硬连线 I/O 和串行 I/O 之间的比较

下表显示了硬连线 I/O 和串行 I/O 之间的差异。

参数	硬连线输入/输出	串行输入/输出
连接类型	直接、点对点连接	基于协议，通常是联网
数据传输速度	通常更快，实时处理	由于序列化可能会更慢（取决于协议）
复杂性	由于序列化可能会变慢（取决于协议）	更易于管理的复杂性
可扩展性	扩展困难且昂贵	扩展更容易且成本更低
可靠性	故障点较少，可靠性更高	故障点较多
布线	需要大量布线	布线较少，通常只需一根数据线
信号完整性	在高 EMI 环境中更好	可能容易受到 EMI 影响
支持的数据类型	一般为 4-20 mA 模拟信号，24 V DC 数字信号	由于网络硬件的原因，这可能会更高
距离	适合较短距离	可以处理较长距离
成本（初始）	小型系统较低，大型系统较高	高（取决于协议）
成本（维护）	由于故障排除的复杂性而较高	通常较低
灵活性	有限，难以修改	高度灵活，易于修改
冗余	实施起来困难且昂贵	实施起来更容易且成本更低
安全应用	通常用于安全关键任务	不太常用于安全关键任务
网络诊断	有限或无	通常内置

当谈到 PLC 和 DCS 系统的安全性时，硬连线 I/O 和串行 I/O 具有不同的特性，这些特性可以增强或可能损害工业过程的安全性。

下面的比较表仅关注这两类 I/O 系统的安全方面。

安全方面	硬连线输入/输出	串行输入/输出
可靠性	由于直接连接和故障点较少，可靠性通常更高	基于协议和网络，引入更多潜在故障点
实时响应	非常适合实时响应，通常用于紧急关闭和安全联锁	由于网络拥塞或协议限制，可能会出现延迟，这使得它们不太适合立即采取行动
系统复杂性	较低的复杂性通常更容易识别和解决安全问题	网络和协议的复杂性使得确定安全问题的根本原因变得具有挑战性
信号完整性	不易受到电磁干扰 (EMI)，从而提高信号质量和可靠性	可能更容易受到 EMI 和信号衰减的影响，从而危及安全
数据完整性	由于通常是点对点的，因此数据损坏的可能性较小	由于网络而更容易出现数据完整性问题，从而增加了安全相关故障的风险
人为错误	由于其简单性，不太容易出现影响安全的配置错误	配置或维护过程中出现人为错误的可能性更大，影响系统安全
紧急情况	由于响应时间快，通常是紧急关闭等安全关键系统的首选	由于可能存在延迟和其他网络相关问题，通常不用于立即操作任务
安全	较低的网络攻击敏感性，因为它们通常不联网	由于网络的原因，更容易受到可能危及安全的网络威胁
内置安全功能	安全功能通常是硬连线且不复杂，因此非常坚固	可能有内置的安全协议，但这些协议可能会受到网络问题的影响
认证	由于复杂性更低、可靠性更高，安全关键型应用的认证变得更加容易	由于网络和协议的复杂性，可能需要更广泛的测试和认证