DI/DO・AI/AO・PI/POとは？信号の種類と方向・使い分け

DI/DO・AI/AO・PI/POとは、制御盤やDCSが他の機器とやり取りする信号の「種類」と「方向」を表す略語です。頭の文字が種類で、DはON/OFFのデジタル、Aは4-20mAなどのアナログ、Pはパルスで、後ろのIは入力、Oは出力を表します。

この記事では、6つの信号の違い、それぞれの代表例と受け方、信号リストを作るときの注意点を順に整理します。似た略語のPIO・DIOとの違いは、最後のよくある質問で答えます。

DI/DO、AI/AO、PI/POの違い

DI/DO、AI/AO、PI/POは、他の機器とやり取りする信号の種類と方向を表す言葉です。DI信号であれば、Dが信号の種類、Iが入出力の方向を表しています。

IとOはInputとOutputの略ですが、上の図のように、どちらの機器から見るかでIとOが入れ替わります。間違えないように注意しましょう。

図1：同じ線でも、見る側でIとOが入れ替わる

流量計が出す4-20mAは、流量計から見ればAO、DCSから見ればAIです。

流量計（発信器）側信号を出すので「AO」

流量計（発信器）側積算値をパルスで出すので「PO」

信号の向き（流量計 → DCS）

DCS・制御盤側信号を受けるので「AI」

DCS・制御盤側パルスを受けるので「PI」

※制御盤の設計では、自分の盤（DCS・PLC）から見た向きで書くのが一般的です。信号リストには、どちら側から見た表記かを明記しておくと取り違えを防げます。

種類ごとの違いを一覧にすると、次のとおりです。

図2：DI/DO・AI/AO・PI/POの比較

違いは「何を伝えるか」です。ON/OFF、連続した値、数えた量の3つに分かれます。

信号の中身

代表例（I／O）

配線・規格の例

PLCのユニット

DI/DODigital

ON/OFFの2値。状態・故障・運転指令

I：リミットスイッチ、運転中、故障
O：電磁弁の開閉、ポンプの起動・停止

無電圧接点、DC24V（計装用）が中心

入力ユニット・出力ユニット（リレー／トランジスタ／トライアック）

AI/AOAnalog

連続した値。いまの瞬間の量

I：温度・圧力・流量・液位の測定値
O：制御弁の開度、インバータの速度指令

4-20mA（直流電流）、1-5V、0-10V など

アナログ入力ユニット・アナログ出力ユニット

PI/POPulse

パルスの数。積算した量や移動量

I：積算流量、積算電力量、エンコーダ
O：積算値の受け渡し、ステッピングモーターへの指令

接点パルス、電圧パルス（オープンコレクタなど）

高速カウンタユニット、位置決めユニット

※ユニットの名前は三菱電機 MELSEC iQ-R の分類を例にしています。メーカーによって「モジュール」「カード」とも呼びます。

DCSと制御盤のどちらで信号を受けるかは設備の規模で変わり、DCSそのものの仕組みは、DCSとは何かを解説した記事で整理しています。

DI/DO

DIはDigital Input、DOはDigital Outputの略で、ON/OFF信号のやり取りを表しています。主に機器の操作信号、状態信号、故障信号のやり取りに使います。

電源は計装用のDC24Vが中心で、設備によってはDC100VやAC100Vの信号も使いますが、どちら側に電圧を持たせるかは設計思想で変わります。DI/DOの例は次のとおりです。

• センサー信号の受信（近接センサー、フォトセンサー、リミットスイッチ）
• 押しボタンスイッチの状態検出（ON/OFF）
• ドアやカバーの開閉検知（安全インターロック）
• 設備の稼働・停止状態の取り込み
• 電磁弁の開閉制御
• 機器のスタート/ストップ信号

近接センサーと光電センサーの使い分けは、近接センサと光電センサの違いで詳しく比べています。相手の機器からDIを受けるときは、無電圧接点（電圧を持たないスイッチ）で受ける形がよく使われます。

盤側の電源が相手の接点を通って入力端子に戻り、接点が閉じるとONになる仕組みです。相手が電圧を出す有電圧接点の場合は、電圧の種類と大きさを入力ユニットに合わせます。

違いは無電圧接点と有電圧接点の違いの記事で比較しています。接点が閉じているかをテスターで見る手順は、テスターの抵抗測定で接点を確認する方法の記事を参照してください。

DC24Vの入力のON/OFFの目安は、PLCの規格IEC 61131-2が入力のタイプごとに決めています。機械式の接点向けのタイプ1では、15V以上でON、5V以下でOFFで、2線式センサー向けのタイプ2・3は、11V以上でONです。

DOの側は、出力の方式を負荷に合わせて選びます。三菱電機のPLCを例にすると、次の3種類があります。

• リレー出力：接点で開閉する。DCとACのどちらの負荷にも使える（DC24V・AC240V、1点2A）
• トランジスタ出力：DC負荷専用。接点がないので速いON/OFFに向く（DC12/24V）
• トライアック出力：AC負荷専用（AC100〜240V）

トランジスタ出力には電流の流し方でシンクタイプとソースタイプがあり、相手の入力回路に合わせます。出力先の電圧・電流・応答の速さは、相手機器とユニットの仕様書で照らし合わせます。

こうしたON/OFF信号を組み合わせて機械を動かすのがシーケンス制御です。PLCの中で入出力がどう処理されるかは、PLCとシーケンス制御の仕組みで図解しています。

AI/AO

AIはAnalog Input、AOはAnalog Outputの略で、4-20mA電流などアナログ信号のやり取りを表しています。

主に温度、圧力、流量などのセンサーの測定値や、制御弁などのアクチュエーターへの操作信号に使い、アナログ信号は瞬間の値を知るのに向く一方、測定値を積算するのには不向きです。AI/AOの例は次のとおりです。

• 温度センサーの信号受信
• 圧力トランスミッターの出力取り込み
• 流量計のアナログ出力監視（4-20mAなど）
• 液位センサーの測定信号入力
• pH計・導電率計のアナログ出力読み取り
• モーターの電流・電圧モニタリング
• インバータへの速度指令出力
• 比例制御バルブへの開度指令
• アナログ計器への指示出力

プラントの計装でよく使われるのが4-20mAで、測定範囲の下限を4mA、上限を20mAに割り当て、その間を比例で表します。

図3：4-20mAと測定範囲の対応

16mAの幅を0〜100%に割り当てます。4mAを0%にするので、0mAと区別できます。

0mA断線などの異常の例

4mA0%（下限）

8mA25%

12mA50%

16mA75%

20mA100%（上限）

※測定値の割合＝（電流−4）÷16×100%。例えば0〜5mの液位計で12mAなら50%、つまり2.5mです。何mA未満を異常と判定するかは、受信側の設定や機器の仕様で決めます。

電流で送るのは、配線が長くても値が落ちにくいからです。0%を4mAにしておけば、線が切れて電流が流れなくなったときに異常だと気づけます。

受ける側では、電流を抵抗に流して電圧に直して読みます。三菱電機のアナログ入力ユニットR60AD4の例では入力抵抗が250Ωで、4〜20mAがちょうど1〜5Vになります。

1-5Vとの違いや、なぜ4-20mAが選ばれるのかは、制御機器に4-20mAを使う理由の記事で詳しく説明しています。

PI/PO

PIはPulse Input、POはPulse Outputの略で、パルス信号のやり取りを表しています。主に積算流量や積算電力量を監視するときに使います。

送信側と受信側で「1パルスあたりの量（重み）」を決め、受信側はパルスが届くたびにその値を足して積算値を出します。例えば1パルス＝0.1m³と決めた流量計から、1時間に1,200パルス届けば、その1時間の流量は120m³で、重みが送受でずれると、積算値がそのまま狂います。

PI/POの例は次のとおりです。

• 流量計からのパルス出力受信（パルス数＝流量）
• エンコーダのパルス入力（位置・回転数検出）
• 電力量計（積算電力量パルス）の監視
• 搬送ラインの製品カウント（フォトセンサ連動）
• ステッピングモーターへの回転指令パルス出力
• 外部カウンタやPLCへのパルス信号通知

POには、積算値を別の機器へ渡す使い方と、モーターの回転量を指令する使い方の2つがあり、後者はPLCの位置決めユニットが担当します。受信側では、パルスの速さに入力が追いつくかも確かめます。

三菱電機の高速カウンタユニットの例では、DC入力で最高200kpulse/s（1秒に20万パルス）まで数えられます。一定時間だけONになる信号と、ONのまま続く信号の違いは、パルス信号とステータス信号の違いで整理しています。

信号リスト（I/Oリスト）を作るときの注意点

他の機器とつなぐときは、やり取りする信号を1本ずつ並べた信号リスト（I/Oリスト）を作り、盤の設計、配線、PLCのプログラムは、すべてこのリストをもとに進みます。

図4：信号リストの記入例（制御盤側から見た表記）

種類と方向に加えて、信号ごとに確かめる仕様を1列にまとめます。

タグ

信号名

種類

相手の機器

確かめる仕様

P-101

ポンプ運転指令

DO

ポンプ盤

無電圧接点、ONで運転（保持）

P-101

ポンプ運転中

DI

ポンプ盤

無電圧接点、a接点（運転中に閉）

P-101

ポンプ故障

DI

ポンプ盤

無電圧接点、b接点（故障で開）

LT-201

タンク液位

AI

液位計

4-20mA＝0〜5m、2線式（盤側から電源）

FQ-301

給水の積算流量

PI

流量計

1パルス＝0.1m³、パルス幅・最高周波数

※タグや仕様は説明用の例です。a接点は普段開いていてONで閉じる接点、b接点はその逆です。

間違えやすいのは方向なので、リストの冒頭に「どちらの盤から見た表記か」を書き、相手の会社のリストと照らし合わせるときもそこから確かめます。種類と方向が合っていても、仕様がずれると動かず、1本ごとに、次の点を相手機器とユニットの仕様書で照らし合わせます。

• DI/DO：無電圧か有電圧か、電圧と電流、a接点かb接点か、保持かパルスか
• AI/AO：レンジ（4-20mAが何〜何に対応するか）、電源をどちらが供給するか
• PI/PO：1パルスの重み、パルス幅、最高周波数

信号リストのタグは、P&ID（配管計装図）の計器番号と合わせるのが一般的で、計器記号の読み方はP&ID（配管計装図）の読み方で解説しています。

DI/DO、AI/AOのよくある質問

DI信号とは何ですか？

DI信号は、制御盤やPLCが外から受け取るON/OFFの信号で、スイッチの状態や機器の運転中・故障を、閉じている／開いているの2値で伝えます。

PIO・DIOとは何ですか？PI/POと同じですか？

別物で、DIOはDigital I/Oの略であり、パソコンに挿すデジタル入出力ボードの呼び名として使われます。

PIOも、コンテックのPIOシリーズのように、デジタル入出力ボードの型式名で使われ、同じメーカーには入力専用の「PI」、出力専用の「PO」という型式もあります。これらはON/OFF信号のボードで、パルスを扱う計装のPI/POとは意味が違います。

アナログの測定値をDIで受けられますか？

そのままでは受けられず、DIはON/OFFしか分からないためです。「液位が上限を超えたら知らせたい」だけなら、計器や警報設定器の接点出力（DO）をDIで受ける方法がありますが、値そのものが要るならAIで受けます。

DIモジュールとDIユニットの違いは何ですか？

中身は同じで呼び方が違うだけで、三菱電機は「入力ユニット」、ほかのメーカーや海外では「DIモジュール」「入力カード」とも呼びます。古い設備のON/OFF信号やアナログ信号を後から取り出す方法は、古い設備のIoT後付けの手順で紹介しています。

まとめ

他の機器とやり取りするときは、これらの信号リストが必須になります。リストを作るときは、入出力信号がどの種類で、どの方向に出るのかをよく考え、間違えないように注意しましょう。

出典

出典・参考資料（7件）を開く出典・参考資料を閉じる

• 入出力ユニットの種類・仕様：三菱電機 MELSEC iQ-R シリーズ 製品特長（入出力）
• ユニットの分類・高速カウンタの速度：三菱電機 MELSEC iQ-R シリーズ ユニット一覧
• アナログ入力ユニットの入力レンジ・入力抵抗（R60AD4、250Ω）：Mitsubishi Electric Automation「iQ-R Series Selection Guide: Analog Input Modules」（2019年版）
• 24V DC デジタル入力のON/OFF電圧（IEC 61131-2）：Beckhoff Application Note DK9222-0909-0008
• プロセス制御の直流アナログ信号の規格：IEC 60381-1:1982 Analogue signals for process control systems — Part 1: Direct current signals
• 4-20mAの特長：Lessons In Industrial Instrumentation「4 to 20 mA analog current signals」
• PIO・PIの型式のデジタル入出力ボード：コンテック PIO-16/16L(LPCI)H、コンテック PI-64L(PCI)H（NTT-X Store の製品ページ）