输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块，数字量（Digital，又称为开关量）输入模块和数字量输出模块简称为DI模块和DQ模块，模拟量（Analog）输入模块和模拟量输出模块简称为AI模块和AQ模块。它们统称为信号模块（Signal Module），简称为SM。
图1 输入/输出信号模块
当集成在本体的I/O点数不够用时，可以扩展信号模块，如图2所示，在CPU模块的右边，扩展能力最强的CPU可以扩展8个信号模块，增加的数字量和模拟量输入、输出点最高达到2^8=256个。图2中，DI 4×24VDC表示数字量输入4路24VDC；12BIT表示模块的分辨率是12位，分辨率越大，模数转换后的数据就越接近实际值；RTD表示热电阻；TC表示热电偶。
图2 输入/输出信号扩展模块
输入接口和输出接口与外部信号连接示意图如图3所示，信号模块是系统的眼、耳、手、脚，是连接外部现场设备和CPU的桥梁。
图3 输入接口和输出接口与外部信号连接示意图
数字量（离散信号，0/1型）输入模块用来接收从按钮、限位开关、接近开关、光电开关等传来的数字量输入信号。
模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种传感器提供的连续变化的模拟量（浮点型）电流、电压信号，或者直接接收热电阻、热电偶提供的温度信号。
数字量输出模块用来控制接触器、电磁阀、继电器、电磁铁、指示灯、数字显示装置、蜂鸣器和报警装置等输出设备。
模拟量输出模块用来控制流量阀、电动调节阀、模拟量仪表、变频器等执行器。
图4 数字量vs.模拟量--输入vs.输出--源/设备
CPU模块内部的工作电压一般是DC 5V，而PLC的外部输入/输出信号电压一般较高，例如DC 24V或AC 220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU中的元器件，使PLC不能正常工作。在实际应用中，用光耦合器、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的输入、输出电路。信号模块除了传递信号外，还有电转换与隔离的作用。
PLC的I/O电路都经过更进一步的设计。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉干扰，而且与内部微处理器电路是电隔离的，通过光的耦合建立联系。输出电路与内部也是电隔离的，用光或磁的耦合建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等。
输入接口电路由接线端子、输入调理电路、电平转换电路、模块状态显示、电隔离电路和多路选择开关模块组成。
输出接口电路由多路选择开关模块、信号锁存器、电隔离电路、模块状态显示、输出电平转换电路和接线端子组成。
