DI/DO, AI/AO, PI/PO: qué significan y cómo leer una lista de E/S japonesa
Un proveedor japonés de equipos le envía su lista de señales, la shingo risuto (信号リスト), que en español se conoce como lista de E/S (entradas y salidas). Cada renglón trae la etiqueta DI, DO, AI, AO, PI o PO, y la columna de especificaciones está llena de notas como «contacto a», «contacto b» o «contacto seco, retenido». Usted tiene que asignar cada renglón a las tarjetas de su PLC o DCS, y lo primero que confunde a casi todos es que la DI del proveedor puede ser una DO para usted.
La respuesta corta: DI/DO, AI/AO y PI/PO describen el tipo de una señal y su sentido. La primera letra es el tipo: D es digital (ON/OFF), A es analógica (por ejemplo 4–20 mA) y P es pulso. La segunda letra es el sentido: I es entrada y O es salida, vistas desde el tablero que redactó la lista. Esta guía explica cada par, los términos japoneses que encontrará en la lista de un proveedor y qué revisar renglón por renglón antes de empezar a cablear.
La misma señal es una salida en el lado que la envía y una entrada en el lado que la recibe.
Ejemplo: la salida de 4–20 mA de un medidor de flujo es una AO desde el lado del medidor y una AI desde el lado del DCS. Su pulso de totalización es una PO en el medidor y una PI en el DCS. Quien diseña el tablero normalmente etiqueta las señales desde su propio tablero, así que verifique desde qué lado se redactó cada lista.
Contenido
- DI/DO vs. AI/AO vs. PI/PO: qué transporta cada señal
- DI/DO: señales ON/OFF
- AI/AO: señales analógicas y 4–20 mA
- PI/PO: señales de pulso para totales y posicionamiento
- Cómo leer una lista de señales japonesa (lista de E/S)
- Lista de verificación: qué igualar en cada renglón
- Preguntas para enviar al proveedor japonés
- Normas y reglamentos en México
- Límites de esta guía
- Preguntas frecuentes
- Fuentes
DI/DO vs. AI/AO vs. PI/PO: qué transporta cada señal
Los tres pares se distinguen por lo que transportan: un estado ON/OFF, un valor continuo o una cuenta. Una señal DI, por ejemplo, es una señal digital que entra al tablero que redactó la lista.
ON/OFF, un valor continuo o una cantidad contada: esa es toda la diferencia.
O: abrir/cerrar una electroválvula, arrancar/parar una bomba
O: posición de una válvula de control, referencia de velocidad de un variador
O: entregar un total a otro equipo, órdenes a un motor a pasos
Los nombres del hardware siguen la línea MELSEC iQ-R de Mitsubishi Electric, cuya documentación en japonés llama «unidad» (yunitto) a lo que aquí llamamos módulo. Otros fabricantes dicen «módulo» o «tarjeta».
La siguiente tabla reduce la comparación a cuándo conviene cada señal y qué debe coincidir entre los dos lados.
| DI/DO | AI/AO | PI/PO | |
|---|---|---|---|
| Transporta | ON/OFF (dos estados) | Un valor continuo e instantáneo | Una cuenta de pulsos (una cantidad totalizada) |
| Sirve para | Estado, fallas, órdenes de marcha | Monitorear lecturas, comandar la posición de válvulas | Flujo y energía totalizados, posicionamiento |
| Punto débil | No informa la magnitud | No es adecuada para totalizar | Si el peso del pulso no coincide, el total sale mal |
| Formas típicas | Contacto seco, 24 V CD | 4–20 mA, 1–5 V | Pulso de contacto, pulso de voltaje |
| Especificaciones por igualar | Con o sin voltaje, contacto a/b, retenido o pulso | Rango, qué lado alimenta el lazo | Peso del pulso, ancho de pulso, frecuencia máxima |
Que estas señales lleguen a un DCS o a un tablero de control local depende del tamaño de la planta.
DI/DO: señales ON/OFF
DI significa entrada digital (digital input) y DO salida digital (digital output). Transportan señales ON/OFF, sobre todo órdenes de operación, estados y fallas entre equipos. La mayoría trabaja con 24 V CD de alimentación de instrumentos, aunque algunas plantas japonesas también usan señales de 100 V CD o 100 V CA. Qué lado aporta el voltaje es una decisión de diseño, así que cambia de un proyecto a otro.
Si el equipo japonés trae señales de 100 V CA, recuerde que la red en México es de 127 V CA a 60 Hz. No asuma que sirven tal cual; confirme con el proveedor los voltajes y las tolerancias de cada entrada y salida.
Las señales DI/DO típicas son:
- Entradas de sensores (sensores de proximidad, sensores fotoeléctricos, interruptores de límite o fines de carrera)
- Estado de botones pulsadores (ON/OFF)
- Detección de puertas y cubiertas abiertas o cerradas (interbloqueos de seguridad)
- Estado de equipos en marcha o detenidos
- Órdenes de abrir/cerrar de electroválvulas
- Señales de arranque y paro a los equipos
La orden de abrir/cerrar a una válvula automática y la retroalimentación de sus interruptores de límite son un par DO/DI muy común. Vea cómo trabajan juntos en nuestra guía de la alarma jutai (tiempo excedido en el recorrido de una válvula).
Cómo recibir una DI: contacto seco vs. contacto con voltaje
Cuando una DI viene de otro equipo, un arreglo común es el contacto seco, que en japonés se dice mudenatsu setten (無電圧接点, «contacto sin voltaje»). El contacto en sí no lleva voltaje: la alimentación del tablero que recibe pasa por el contacto del otro lado y regresa a la terminal de entrada, de modo que la entrada se activa cuando el contacto se cierra.
Si el otro lado envía un contacto con voltaje (yudenatsu setten, 有電圧接点), el tipo y el nivel de voltaje deben ser compatibles con su módulo de entrada.
Para entradas de 24 V CD, los umbrales de ON y OFF provienen de la norma de PLC IEC 61131-2, que define tres tipos de entrada. El Tipo 1, pensado para contactos mecánicos, se activa con 15 V o más y se desactiva con 5 V o menos. Los Tipos 2 y 3, que también sirven para sensores de 2 hilos, se activan con 11 V o más.
Cómo enviar una DO: salida a relevador, transistor o triac
En el lado de la salida, el tipo se elige según la carga. Los PLC de Mitsubishi Electric, por ejemplo, ofrecen tres:
- Salida a relevador: conmuta con un contacto y sirve para cargas de CD y de CA (24 V CD o 240 V CA, 2 A por punto)
- Salida a transistor: solo para cargas de CD. Al no tener contacto mecánico, soporta conmutación ON/OFF rápida (12/24 V CD)
- Salida a triac: solo para cargas de CA (100–240 V CA)
Las salidas a transistor son de tipo sink o source según el sentido de la corriente (en la práctica suele equivaler a NPN o PNP), y deben coincidir con el circuito de entrada del otro lado. Compare el voltaje, la corriente y el tiempo de respuesta de cada salida con las hojas de datos del equipo receptor y del módulo.
Combinar señales ON/OFF como estas para hacer funcionar una máquina se llama control secuencial.
AI/AO: señales analógicas y 4–20 mA
AI significa entrada analógica y AO salida analógica. Transportan señales analógicas como 4–20 mA, sobre todo lecturas de sensores de temperatura, presión y flujo, y órdenes a actuadores como las válvulas de control. Una señal analógica le da el valor de este instante, pero no es buena para totalizar una cantidad a lo largo del tiempo.
Las señales AI/AO típicas son:
- Señales de sensores de temperatura
- Salidas de transmisores de presión
- Salidas analógicas de medidores de flujo (4–20 mA y otras)
- Señales de sensores de nivel
- Salidas de medidores de pH y de conductividad
- Monitoreo de corriente y voltaje de motores
- Referencias de velocidad a un variador de frecuencia
- Órdenes de posición a una válvula de control proporcional
- Salidas a indicadores analógicos
El 4–20 mA es una señal común en la instrumentación de plantas. El extremo inferior del rango de medición se asigna a 4 mA y el superior a 20 mA, y todo lo intermedio escala de forma lineal.
Los 16 mA de diferencia cubren de 0 a 100 %. Como el 0 % está en 4 mA, una lectura de 0 mA se distingue como falla.
Porcentaje del rango = (corriente − 4) ÷ 16 × 100 %. En un transmisor de nivel de 0–5 m, por ejemplo, 12 mA significan 50 %, es decir, 2.5 m. La corriente por debajo de la cual una señal se considera falla la define el dispositivo receptor o las especificaciones del instrumento.
Se usa corriente porque mantiene su valor en tendidos largos de cable. Con el 0 % en 4 mA, un cable roto que lleva la corriente a cero se ve como una falla y no como una lectura válida de cero.
El lado receptor lee la corriente haciéndola pasar por una resistencia y midiendo el voltaje. El módulo de entradas analógicas R60AD4 de Mitsubishi Electric, por ejemplo, tiene una resistencia de entrada de 250 Ω para entrada de corriente, de modo que 4–20 mA se convierten exactamente en 1–5 V. Si una AI debe recibir 4–20 mA o 1–5 V depende de las especificaciones del equipo, así que confírmelo antes de definir el cableado.
PI/PO: señales de pulso para totales y posicionamiento
PI significa entrada de pulsos y PO salida de pulsos. Transportan señales de pulso, sobre todo para monitorear flujo totalizado y energía totalizada.
El lado que envía y el que recibe acuerdan un peso del pulso (pulse weight), es decir, la cantidad que representa cada pulso, y el receptor suma esa cantidad cada vez que llega un pulso. Si un medidor de flujo está ajustado a 1 pulso = 0.1 m³ y envía 1,200 pulsos en una hora, el flujo de esa hora es de 120 m³. Por eso un peso del pulso distinto entre los dos lados desvía el total por ese mismo factor.
Las señales PI/PO típicas son:
- Salida de pulsos de un medidor de flujo (cantidad de pulsos = flujo)
- Entrada de pulsos de un encoder (detección de posición y velocidad)
- Pulsos de un medidor de energía (kWh totalizados)
- Conteo de producto en una banda transportadora (con un sensor fotoeléctrico)
- Pulsos de paso a un motor a pasos
- Señales de pulso a un contador externo o a otro PLC
Una PO tiene dos usos: entregar un total a otro equipo o comandar cuánto debe girar un motor. Lo segundo lo atiende un módulo de posicionamiento del PLC.
En el lado receptor, confirme también que la entrada pueda seguir la frecuencia de los pulsos. El módulo de contador de alta velocidad de Mitsubishi Electric, por ejemplo, cuenta hasta 200 kpulsos/s (200,000 pulsos por segundo) con entrada de CD.
Cómo leer una lista de señales japonesa (lista de E/S)
Cuando dos equipos se conectan, alguien arma una lista de señales con todas las que intercambian, un renglón por señal. El diseño del tablero, el cableado y la programación del PLC parten de esta lista. A continuación se ven algunos renglones, redactados desde el lado del tablero de control.
Además del tipo y el sentido, agregue una columna con las especificaciones que hay que verificar en cada señal.
Tags y especificaciones ficticios, solo para ilustrar. Un contacto a está abierto en reposo y cierra al activarse (normalmente abierto, NA); un contacto b es lo contrario (normalmente cerrado, NC).
El sentido es lo que más fácil se confunde. Indique al inicio de la lista desde qué tablero está redactada y, cuando compare su lista con la de la otra empresa, confirme primero ese punto.
Términos japoneses que verá en la lista
Las listas japonesas suelen usar los términos siguientes, a veces en kanji y a veces mezclados con inglés.
Cada uno cambia la forma en que hay que cablear o configurar un renglón.
Las fuentes en inglés también los llaman Form A (NA) y Form B (NC). Si la lista trae una leyenda del propio proveedor, confirme el significado ahí.
Los tags de una lista de señales normalmente coinciden con los números de instrumento del P&ID (diagrama de tuberías e instrumentación, DTI). Si apenas empieza con planos japoneses en general, vea cómo leer planos de ingeniería japoneses.
Lista de verificación: qué igualar en cada renglón
Aunque el tipo y el sentido coincidan, una diferencia en las especificaciones impedirá que el equipo funcione. Revise cada renglón con las hojas de datos del otro equipo y de su módulo de E/S.
- Punto de vista: desde qué tablero está redactada la lista, tanto la suya como la del proveedor
- DI/DO: contacto seco o con voltaje, voltaje y corriente, contacto a o b, retenido o pulso
- AI/AO: rango (a qué valor corresponden 4 mA y 20 mA), qué lado alimenta el lazo
- PI/PO: peso del pulso, ancho de pulso, frecuencia máxima
- Tags: consistentes con los números de instrumento del P&ID
Preguntas para enviar al proveedor japonés
Si la lista del proveedor deja abierto alguno de estos puntos, pregunte antes de construir el tablero. Puede pegar las preguntas en un correo tal cual (o traducirlas al inglés si su contacto lo prefiere).
- ¿Su lista de señales está redactada desde su tablero o desde el nuestro? Por favor, indíquelo al inicio de la lista.
- En cada DI/DO, ¿el contacto es seco o con voltaje? Si es con voltaje, ¿de qué voltaje y corriente?
- En cada contacto, ¿es contacto a (NA) o contacto b (NC), y es retenido o de pulso? Si es de pulso, ¿cuál es el ancho de pulso?
- En cada AI/AO, ¿a qué valores de ingeniería corresponden 4 mA y 20 mA? ¿El lazo es de 2 hilos y qué lado lo alimenta?
- En cada PI/PO, ¿cuál es el peso del pulso, el ancho mínimo de pulso y la frecuencia máxima?
- ¿Los tags coinciden con los números de instrumento del P&ID?
- ¿Hay señales de 100 V CA o 100 V CD? Si las hay, ¿cuál es el rango de voltaje admisible para operar en una red de 127 V CA a 60 Hz?
Normas y reglamentos en México
Las entradas de 24 V CD de la mayoría de los PLC se describen con IEC 61131-2, y esa norma internacional es la que citan las hojas de datos de los fabricantes. No pude confirmar qué norma NMX la adopta ni con qué grado de equivalencia, así que, si su cliente o su auditoría exigen una NMX, pida al proveedor la declaración de conformidad.
La instalación eléctrica del tablero en México se rige por la NOM-001-SEDE vigente, y las protecciones de maquinaria y equipo por las NOM-STPS aplicables, como la NOM-004-STPS. Esta guía no sustituye esas normas ni es un procedimiento de trabajo; el cableado y la puesta en marcha deben hacerlos personas calificadas según los procedimientos de su planta.
Límites de esta guía
- Los nombres de módulos, valores nominales y velocidades son ejemplos de la serie MELSEC iQ-R de Mitsubishi Electric. Otros fabricantes de PLC usan nombres y valores distintos; consulte la hoja de datos del módulo que realmente use.
- Qué lado aporta el voltaje y si se usan señales de 100 V varía según el proyecto y la práctica del diseñador.
- El umbral de falla de una señal de 4–20 mA lo define el dispositivo receptor o el instrumento, no esta guía.
- La lista de señales de ejemplo es ficticia.
- La equivalencia con normas mexicanas (NMX) no se confirmó; confírmela con el proveedor.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una señal DI?
Una señal DI es una señal ON/OFF que un tablero de control o un PLC recibe desde fuera. Informa el estado de un interruptor o si un equipo está en marcha o con falla, como uno de dos estados: contacto cerrado o contacto abierto.
¿PIO y DIO son lo mismo que PI/PO?
No. DIO es la abreviatura de E/S digital (digital I/O) y normalmente se refiere a una tarjeta de entradas y salidas digitales que se instala en una PC. PIO también aparece en nombres de modelos de tarjetas, como la serie PIO de Contec, y el mismo fabricante vende modelos «PI» solo de entradas y «PO» solo de salidas. Estas tarjetas manejan señales ON/OFF, un significado distinto al de PI/PO por pulsos en instrumentación.
¿Una DI puede leer un valor analógico?
No directamente. Una DI solo distingue ON u OFF. Si lo único que necesita es una alerta cuando el nivel supera un valor de ajuste, puede llevar a una DI la salida de contacto (DO) del instrumento o de una unidad de alarma. Si necesita el valor mismo, use una AI.
¿Qué diferencia hay entre un módulo DI y una unidad DI?
Ninguna, salvo el nombre. La documentación en japonés de Mitsubishi Electric lo llama «unidad de entradas» (yunitto), mientras que otros fabricantes y proveedores fuera de Japón dicen «módulo DI», «módulo de entradas digitales» o «tarjeta de entradas».
Fuentes
- Tipos y valores nominales de módulos de E/S: Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R Series, módulos de E/S (en japonés)
- Categorías de módulos: Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R Series, lista de módulos (en japonés)
- Velocidad del contador de alta velocidad (200 kpulsos/s, entrada de CD): Mitsubishi Electric, módulos de contador de alta velocidad MELSEC iQ-R
- Rangos de entrada y resistencia de entrada de 250 Ω del R60AD4: Mitsubishi Electric Automation, «iQ-R Series Selection Guide: Analog Input Modules» (2019)
- Niveles ON/OFF de IEC 61131-2 para entradas de 24 V CD: Beckhoff Application Note DK9222-0909-0008
- Señales analógicas de CD para control de procesos: IEC 60381-1:1982, Analogue signals for process control systems, Part 1: Direct current signals
- Por qué se usa 4–20 mA: Lessons In Industrial Instrumentation, «4 to 20 mA analog current signals»
- Contacto a / contacto b (NC, contacto de ruptura): Hokuyo Automatic, glosario (en japonés)
- Tarjetas de E/S digitales PIO y PI de Contec: PIO-16/16L(LPCI)H y PI-64L(PCI)H (páginas de producto de NTT-X Store, en japonés)
Artículo original en japonésEsta guía se basa en un artículo de MONOSCOPE escrito para lectores en Japón: DI/DO・AI/AO・PI/POとは？信号の種類と方向の違い・使い分けと信号リストの注意点
Acerca del editor
Editor de MONOSCOPEFOUNDER & EDITORTrabajó unos diez años en un fabricante de equipos para plantas y en una empresa de ingeniería de plantas, a cargo de propuestas, diseño y puesta en marcha de equipos, y luego se pasó al marketing digital. Hoy es consultor web para fabricantes B2B y los ayuda a explicar sus productos y su tecnología. Cuenta con licencias nacionales de Japón como Energy Manager e Ingeniero Eléctrico Jefe de Tercera Clase.
Escribe un blog de ingeniería desde 2017 (más de 500 artículos) y tiene un canal de YouTube en japonés con unos 20,000 suscriptores. Cada guía se escribe desde el punto de vista de la planta japonesa y se verifica con las normas citadas.
