DI/DO, AI/AO, PI/PO – význam a čtení japonského I/O listu

Japonský dodavatel zařízení vám pošle seznam signálů, japonsky shingo risuto neboli I/O list. Každý řádek je označen DI, DO, AI, AO, PI nebo PO a ve sloupci se specifikací jsou poznámky jako „a-kontakt“, „b-kontakt“ nebo „bezpotenciálový kontakt, trvalý signál“. Vaším úkolem je přiřadit každý řádek k modulům vašeho PLC nebo DCS. První past je v tom, že DI dodavatele může být ve vašem rozvaděči DO.

Stručně: DI/DO, AI/AO a PI/PO popisují typ signálu a jeho směr. První písmeno určuje typ: D je digitální signál (ON/OFF), A analogový (například 4–20 mA) a P impulzní. Druhé písmeno určuje směr: I je vstup a O výstup, a to z pohledu rozvaděče, který seznam sestavil. Článek vysvětluje jednotlivé dvojice, japonské výrazy, na které v seznamu narazíte, a co je třeba před zapojováním ověřit na každém řádku.

Obrázek 1: Jeden vodič, dvě označení

Stejný signál je výstupem na straně, která ho vysílá, a vstupem na straně, která ho přijímá.

Z pohledu řídicího rozvaděče (DCS/PLC)

Signál

Směr

Z pohledu polního přístroje nebo jiného rozvaděče

DO

ON/OFF

Rozvaděč → přístroj

DI

DI

ON/OFF

Přístroj → rozvaděč

DO

AO

4–20 mA

Rozvaděč → přístroj

AI

AI

4–20 mA

Přístroj → rozvaděč

AO

PO

Impulzy

Rozvaděč → přístroj

PI

PI

Impulzy

Přístroj → rozvaděč

PO

Příklad: výstup 4–20 mA průtokoměru je z pohledu průtokoměru AO a z pohledu DCS AI. Jeho impulzní výstup se sumárním množstvím je u průtokoměru PO a v DCS PI. Projektanti rozvaděčů obvykle značí signály z pohledu vlastního rozvaděče, proto vždy zjistěte, z které strany byl seznam napsán.

Obsah

1. DI/DO, AI/AO a PI/PO: co který signál přenáší
2. DI/DO: signály ON/OFF
3. AI/AO: analogové signály a 4–20 mA
4. PI/PO: impulzní signály pro sumy a polohování
5. Čtení japonského seznamu signálů (I/O listu)
6. Kontrolní seznam: co sladit na každém řádku
7. Otázky pro japonského dodavatele
8. Meze tohoto článku
9. Časté otázky
10. Zdroje

DI/DO, AI/AO a PI/PO: co který signál přenáší

Tři dvojice se liší tím, co přenášejí: stav ON/OFF, spojitou hodnotu, nebo počet impulzů. Signál DI je například digitální signál, který vstupuje do rozvaděče, jenž seznam sestavil.

Obrázek 2: Srovnání DI/DO, AI/AO a PI/PO

Stav ON/OFF, spojitá hodnota, nebo napočítané množství – v tom je celý rozdíl.

Co přenáší

Typické příklady (I / O)

Běžné formy signálu

Hardware PLC

DI/DODigitální

Dva stavy, ON nebo OFF: stav, porucha, povel ke spuštění

I: koncový spínač, v provozu, porucha
O: otevření/zavření elektromagnetického ventilu, start/stop čerpadla

Většinou bezpotenciálové kontakty a 24 V DC (napájení přístrojů)

Digitální vstupní a výstupní moduly (reléový, tranzistorový nebo triakový výstup)

AI/AOAnalogové

Spojitá hodnota: veličina v daném okamžiku

I: teplota, tlak, průtok, hladina
O: poloha regulačního ventilu, žádaná rychlost frekvenčního měniče

4–20 mA DC, 1–5 V, 0–10 V a další

Analogové vstupní a výstupní moduly

PI/POImpulzní

Počet impulzů: sumární množství nebo ujetá dráha

I: sumární průtok, energie (kWh), enkodér
O: předání sumy jinému zařízení, povely krokovému motoru

Kontaktní impulzy, napěťové impulzy (open collector a další)

Moduly rychlých čítačů, polohovací moduly

Názvy hardwaru vycházejí z řady MELSEC iQ-R společnosti Mitsubishi Electric, jejíž japonské dokumenty nazývají modul „jednotkou“ (yunitto). Jiní výrobci říkají „modul“ nebo „karta“.

Tabulka níže zužuje srovnání na to, k čemu který signál použít a co je třeba mezi oběma stranami sladit.

	DI/DO	AI/AO	PI/PO
Přenáší	ON/OFF (dva stavy)	Spojitou okamžitou hodnotu	Počet impulzů (sumární množství)
Vhodné pro	Stav, poruchy, povely ke spuštění	Sledování měřených hodnot, povely k poloze ventilu	Sumární průtok a energii, polohování
Slabé místo	Neříká nic o velikosti hodnoty	Nehodí se k sumarizaci	Rozdílná váha impulzu zkreslí sumu
Typické formy	Bezpotenciálový kontakt, 24 V DC	4–20 mA, 1–5 V	Kontaktní impulz, napěťový impulz
Co sladit	Napětí, či bez napětí; spínací/rozpínací kontakt; trvalý signál, či impulz	Rozsah, která strana napájí smyčku	Váha impulzu, šířka impulzu, maximální frekvence

Zda tyto signály skončí v DCS, nebo v lokálním rozvaděči, závisí na velikosti provozu.

DI/DO: signály ON/OFF

DI je digitální vstup (digital input) a DO digitální výstup (digital output). Přenášejí signály ON/OFF, zejména povely, stavová hlášení a poruchy mezi zařízeními. Většina pracuje s napájením přístrojů 24 V DC, ale v některých japonských provozech se používají i signály 100 V DC nebo 100 V AC (v Evropě by tu byl spíše 230 V AC). Která strana napětí dodává, je věc návrhu, takže se projekt od projektu liší.

Typické signály DI/DO:

• Signály ze snímačů (indukční snímače, fotoelektrické snímače, koncové spínače)
• Stav tlačítek (ON/OFF)
• Detekce otevření a zavření dveří a krytů (bezpečnostní blokování)
• Stav zařízení: v provozu / zastaveno
• Povely k otevření a zavření elektromagnetických ventilů
• Signály start/stop pro zařízení

Povel otevřít/zavřít pro automatický ventil a zpětné hlášení z jeho koncových spínačů tvoří běžnou dvojici DO/DI.

Příjem signálu DI: bezpotenciálový kontakt, nebo kontakt pod napětím

Když DI přichází z jiného zařízení, je běžným řešením bezpotenciálový kontakt, japonsky mudenatsu setten (無電圧接点, doslova „kontakt bez napětí“). Samotný kontakt žádné napětí nenese. Napájení z přijímajícího rozvaděče prochází kontaktem druhé strany zpět na vstupní svorku, takže se vstup sepne, když se kontakt zavře.

Pokud druhá strana posílá kontakt pod napětím, yudenatsu setten (有電圧接点), musíte druh a velikost napětí přizpůsobit vstupnímu modulu.

U vstupů 24 V DC vycházejí meze pro ON a OFF z normy pro PLC IEC 61131-2, v České republice vydávané jako ČSN EN 61131-2. Ta definuje tři typy vstupů. Typ 1, určený pro mechanické kontakty, sepne při 15 V a více a rozepne při 5 V a méně. Typy 2 a 3, vhodné i pro dvouvodičové snímače, sepnou při 11 V a více.

Vysílání signálu DO: reléový, tranzistorový nebo triakový výstup

Na straně výstupu se typ výstupu volí podle zátěže. PLC Mitsubishi Electric nabízejí například tři:

• Reléový výstup: spíná kontaktem a hodí se pro stejnosměrné i střídavé zátěže (24 V DC nebo 240 V AC, 2 A na bod)
• Tranzistorový výstup: jen pro stejnosměrné zátěže. Bez mechanického kontaktu zvládá rychlé spínání ON/OFF (12/24 V DC)
• Triakový výstup: jen pro střídavé zátěže (100–240 V AC)

Tranzistorové výstupy existují ve variantě sink a source podle směru toku proudu a musí odpovídat vstupnímu obvodu na druhé straně. Napětí, proud a rychlost odezvy každého výstupu porovnejte s datovým listem přijímajícího zařízení i modulu.

Skládání takovýchto signálů ON/OFF do řízení stroje se nazývá sekvenční řízení.

AI/AO: analogové signály a 4–20 mA

AI je analogový vstup (analog input) a AO analogový výstup (analog output). Přenášejí analogové signály, například 4–20 mA, většinou hodnoty ze snímačů teploty, tlaku a průtoku a povely pro akční členy, třeba regulační ventily. Analogový signál říká, jaká je hodnota právě teď, ale k sumarizaci veličiny v čase se příliš nehodí.

Typické signály AI/AO:

• Signály teplotních snímačů
• Výstupy tlakových převodníků
• Analogové výstupy průtokoměrů (4–20 mA a další)
• Signály snímačů hladiny
• Výstupy pH metrů a konduktometrů
• Sledování proudu a napětí motoru
• Žádaná rychlost pro frekvenční měnič
• Povely k poloze pro proporcionální regulační ventil
• Výstupy pro analogové ukazatele

Signál 4–20 mA je v průmyslové přístrojové technice rozšířený. Spodní mez měřicího rozsahu odpovídá 4 mA, horní mez 20 mA a vše mezi tím se přepočítává lineárně.

Obrázek 3: Jak 4–20 mA odpovídá měřicímu rozsahu

Rozpětí 16 mA pokrývá 0–100 %. Protože 0 % leží na 4 mA, hodnota 0 mA vyniká jako porucha.

0 mAPorucha (např. přerušený vodič)

4 mA0 % (spodní mez rozsahu)

8 mA25 %

12 mA50 %

16 mA75 %

20 mA100 % (horní mez rozsahu)

Procento rozsahu = (proud − 4) ÷ 16 × 100 %. U hladinového převodníku 0–5 m například 12 mA znamená 50 %, tedy 2,5 m. Proud, pod kterým se signál považuje za poruchu, se nastavuje v přijímacím zařízení nebo ho určuje specifikace přístroje.

Používá se proud, protože si hodnotu udrží i na dlouhých kabelových trasách. Když 0 % odpovídá 4 mA, přerušený vodič, při kterém proud klesne na nulu, se projeví jako porucha, a ne jako platná nulová hodnota.

Přijímací strana proud čte tak, že ho vede přes rezistor a měří napětí. Analogový vstupní modul R60AD4 od Mitsubishi Electric má například pro proudový vstup vstupní odpor 250 Ω, takže 4–20 mA odpovídá přesně 1–5 V. Zda má AI přijímat 4–20 mA, nebo 1–5 V, závisí na specifikaci zařízení, proto to potvrďte dřív, než zvolíte zapojení.

PI/PO: impulzní signály pro sumy a polohování

PI je impulzní vstup (pulse input) a PO impulzní výstup (pulse output). Přenášejí impulzní signály, většinou pro sledování sumárního průtoku a sumární energie.

Vysílací a přijímací strana se dohodnou na váze impulzu, tedy množství, které jeden impulz představuje, a přijímač toto množství přičte při každém došlém impulzu. Je-li průtokoměr nastaven na 1 impulz = 0,1 m³ a za hodinu pošle 1 200 impulzů, činí průtok za tuto hodinu 120 m³. Proto rozdílná váha impulzu na obou stranách zkreslí sumu stejným násobkem.

Typické signály PI/PO:

• Impulzní výstup průtokoměru (počet impulzů = průtok)
• Impulzní vstup z enkodéru (detekce polohy a otáček)
• Impulzy elektroměru (sumární kWh)
• Počítání výrobků na dopravníku (s fotoelektrickým snímačem)
• Krokové impulzy pro krokový motor
• Impulzní signály pro externí čítač nebo jiné PLC

PO má dvojí použití: předání sumy jinému zařízení, nebo povel, o kolik se má motor otočit. To druhé obstarává polohovací modul PLC.

Na přijímací straně ověřte také, zda vstup stíhá frekvenci impulzů. Modul rychlého čítače Mitsubishi Electric například čítá se stejnosměrným vstupem až 200 kpulse/s (200 000 impulzů za sekundu).

Čtení japonského seznamu signálů (I/O listu)

Když se propojují dvě zařízení, někdo sestaví seznam signálů, který vypisuje každý vyměňovaný signál, jeden řádek na signál. Podle tohoto seznamu se pak řídí návrh rozvaděče, zapojení i programování PLC. Níže je několik řádků z pohledu řídicího rozvaděče.

Obrázek 4: Ukázka seznamu signálů (z pohledu řídicího rozvaděče)

Kromě typu a směru přidejte jeden sloupec se specifikací, kterou je u každého signálu třeba ověřit.

Tag

Signál

Typ

Druhá strana

Co ověřit

P-101

Povel ke spuštění čerpadla

DO

Rozvaděč čerpadla

Bezpotenciálový kontakt, ON = běh (trvalý signál)

P-101

Čerpadlo v provozu

DI

Rozvaděč čerpadla

Bezpotenciálový kontakt, a-kontakt (za provozu sepnutý)

P-101

Porucha čerpadla

DI

Rozvaděč čerpadla

Bezpotenciálový kontakt, b-kontakt (při poruše rozepnutý)

LT-201

Hladina v nádrži

AI

Hladinový převodník

4–20 mA = 0–5 m, dvouvodičově (napájení z rozvaděče)

FQ-301

Sumární průtok napájecí vody

PI

Průtokoměr

1 impulz = 0,1 m³, šířka impulzu, max. frekvence

Tagy a specifikace jsou smyšlené, jen pro ilustraci. A-kontakt je v klidu rozepnutý a při ON sepne, b-kontakt je opačný.

Nejsnáze se splete směr. Na začátek seznamu napište, z jakého rozvaděče je psán, a když srovnáváte svůj seznam se seznamem druhé firmy, ověřte nejdřív právě tento bod.

Japonské výrazy v seznamu signálů

Japonské seznamy často používají následující výrazy, někdy v kandži, někdy ve směsi kandži a latinky nebo katakany.

Obrázek 5: Výrazy ze seznamu signálů, japonsky–česky

Každý z nich mění způsob zapojení nebo nastavení řádku.

Japonsky (přepis)

Význam

Co vám to říká

shingo risuto

seznam signálů (I/O list)

Základní seznam pro návrh rozvaděče, zapojení i programování

無電圧接点
mudenatsu setten

bezpotenciálový kontakt (kontakt bez napětí)

Napětí dodává přijímací strana

有電圧接点
yudenatsu setten

kontakt pod napětím

Napětí dodává vysílací strana; sladit druh a velikost napětí

a接点
a-setten

a-kontakt, spínací kontakt (NO)

Při ON sepne (např. za provozu sepnutý)

b接点
b-setten

b-kontakt, rozpínací kontakt (NC)

Při ON rozepne (např. při poruše rozepnutý)

保持
hoji

trvalý signál (udržovaný stav)

Signál zůstává ve stavu daném povelem, dokud se povel nezmění

parusu

impulz (krátký signál)

Signál je ON jen krátce; ověřte šířku impulzu

2線式
nisen-shiki

dvouvodičové zapojení

Podle specifikace zařízení ověřte, která strana napájí smyčku (často poznámka banka-gawa kara dengen, „napájení z rozvaděče“)

ichi-parusu no omomi

váha impulzu

Množství na jeden impulz; musí být shodné na obou stranách

V anglických zdrojích se pro ně používá i označení Form A (NO) a Form B (NC). Pokud má seznam vlastní legendu, význam ověřte podle ní.

Tagy v seznamu signálů obvykle odpovídají číslům přístrojů v P&ID (potrubní a přístrojové schéma). Pokud s japonskými výkresy teprve začínáte, mrkněte na obecný postup čtení japonských technických výkresů.

Kontrolní seznam: co sladit na každém řádku

I když typ a směr souhlasí, rozdílná specifikace zařízení vyřadí z provozu. Každý řádek proto porovnejte s datovými listy druhého zařízení i vašeho I/O modulu.

• Pohled: z jakého rozvaděče je seznam napsán – ve vašem seznamu i v seznamu dodavatele
• DI/DO: bezpotenciálový kontakt, nebo kontakt pod napětím; napětí a proud; a-kontakt, nebo b-kontakt; trvalý signál, nebo impulz
• AI/AO: rozsah (čemu odpovídá 4 mA a čemu 20 mA), která strana napájí smyčku
• PI/PO: váha impulzu, šířka impulzu, maximální frekvence
• Tagy: shodné s čísly přístrojů v P&ID

Zásahy do zapojení rozvaděčů patří do rukou pracovníků s odpovídající elektrotechnickou kvalifikací a podléhají pravidlům BOZP vašeho závodu. Tento článek slouží k přípravě seznamu, ne jako pracovní postup.

Otázky pro japonského dodavatele

Jestliže seznam dodavatele nechává některý z těchto bodů otevřený, zeptejte se dřív, než se rozvaděč postaví. Otázky můžete vložit do e-mailu tak, jak jsou.

• Je váš seznam signálů psán z pohledu vašeho rozvaděče, nebo našeho? Uveďte to prosím na začátku seznamu.
• Je u každého DI/DO kontakt bezpotenciálový, nebo pod napětím? Pokud pod napětím, jaké je napětí a proud?
• Je každý kontakt a-kontakt (NO), nebo b-kontakt (NC), a jde o trvalý signál, nebo o impulz? Pokud o impulz, jaká je jeho šířka?
• Jakým technickým hodnotám odpovídá u každého AI/AO 4 mA a 20 mA? Je smyčka dvouvodičová a která strana ji napájí?
• Jaká je u každého PI/PO váha impulzu, minimální šířka impulzu a maximální frekvence?
• Odpovídají tagy číslům přístrojů v P&ID?

Meze tohoto článku

• Názvy modulů, jmenovité hodnoty a rychlosti jsou příklady z řady MELSEC iQ-R od Mitsubishi Electric. Jiní výrobci PLC používají jiné názvy i hodnoty, proto vždy ověřte datový list modulu, který skutečně použijete.
• Které strana dodává napětí a zda se používají signály 100 V, se liší podle projektu a zvyklostí projektanta.
• Mez poruchy u signálu 4–20 mA se nastavuje v přijímacím zařízení nebo ji určuje přístroj, ne tento článek.
• Uvedená čísla norem IEC jsou mezinárodní; shodu s českým vydáním ČSN EN ověřte u dodavatele nebo v aktuálním vydání normy.
• Ukázkový seznam signálů je smyšlený.

Časté otázky

Co je signál DI?

Signál DI je signál ON/OFF, který řídicí rozvaděč nebo PLC přijímá zvenčí. Hlásí stav spínače nebo to, zda zařízení běží či je v poruše, jako jeden ze dvou stavů: kontakt sepnutý, nebo rozepnutý.

Jsou PIO a DIO totéž co PI/PO?

Ne. DIO je zkratka pro digitální I/O (digital I/O) a obvykle označuje digitální vstupně-výstupní desku zasouvanou do PC. PIO se také používá v typových označeních desek, například u řady PIO od firmy Contec, a stejný výrobce prodává i modely „PI“ jen se vstupy a „PO“ jen s výstupy. Tyto desky zpracovávají signály ON/OFF, což je jiný význam než impulzní PI/PO v přístrojové technice.

Může DI přečíst analogovou hodnotu?

Přímo ne. DI zná jen ON nebo OFF. Pokud potřebujete jen upozornění, že hladina překročila nastavenou mez, můžete kontaktní výstup (DO) přístroje nebo hlásiče mezních hodnot přivést na DI. Pokud potřebujete samotnou hodnotu, použijte AI.

Jaký je rozdíl mezi DI modulem a DI jednotkou?

Žádný, kromě názvu. Japonské dokumenty Mitsubishi Electric říkají „vstupní jednotka“, zatímco jiní výrobci a dodavatelé mimo Japonsko mohou říkat „DI modul“ nebo „vstupní karta“.

Zdroje

• Typy a parametry I/O modulů: Mitsubishi Electric, řada MELSEC iQ-R, I/O moduly (japonsky)
• Kategorie modulů: Mitsubishi Electric, řada MELSEC iQ-R, přehled modulů (japonsky)
• Rychlost rychlého čítače (200 kpulse/s, stejnosměrný vstup): Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R, moduly rychlých čítačů
• Vstupní rozsahy R60AD4 a vstupní odpor 250 Ω: Mitsubishi Electric Automation, „iQ-R Series Selection Guide: Analog Input Modules“ (2019)
• Úrovně ON/OFF podle IEC 61131-2 pro vstupy 24 V DC: Beckhoff Application Note DK9222-0909-0008
• Stejnosměrné analogové signály v řízení procesů: IEC 60381-1:1982, Analogue signals for process control systems, Part 1: Direct current signals
• Proč se používá 4–20 mA: Lessons In Industrial Instrumentation, „4 to 20 mA analog current signals“
• A-kontakt / b-kontakt (NC, rozpínací kontakt): Hokuyo Automatic, slovník pojmů (japonsky)
• Digitální I/O desky Contec PIO a PI: PIO-16/16L(LPCI)H a PI-64L(PCI)H (stránky produktů v NTT-X Store, japonsky)