DI/DO, AI/AO, PI/PO : sens et liste d’E/S japonaise
Un fournisseur japonais vous envoie sa liste de signaux, la shingo risuto (信号リスト), aussi appelée liste d'E/S. Chaque ligne porte l'une des mentions DI, DO, AI, AO, PI ou PO, et la colonne des spécifications est pleine de notes comme « contact a », « contact b » ou « contact sec, maintenu ». Votre travail consiste à rattacher chaque ligne aux cartes de votre automate (API) ou de votre SNCC (DCS). Le premier piège est que le DI du fournisseur peut être votre DO.
En bref : DI/DO, AI/AO et PI/PO indiquent le type d'un signal et son sens. La première lettre donne le type : D pour digital (ON/OFF, soit TOR, « tout ou rien »), A pour analogique (par exemple 4–20 mA) et P pour impulsions. La seconde lettre donne le sens : I pour entrée (input) et O pour sortie (output), vu depuis l'armoire qui a rédigé la liste. Ce guide présente chaque paire, les termes japonais que vous rencontrerez sur la liste d'un fournisseur et les points à vérifier ligne par ligne avant tout câblage.
En France, ces signaux s'appellent plus souvent entrées/sorties TOR (ETOR/STOR) et entrées/sorties analogiques (EA/SA). Les entrées/sorties impulsionnelles n'ont pas de sigle aussi répandu ; on parle plutôt de comptage ou de train d'impulsions. Le tableau ci-dessous fait le lien entre les sigles d'une liste japonaise et ce que vous utilisez au quotidien.
| Sigle sur la liste | Appellation courante en français |
|---|---|
| DI / DO | Entrée TOR (ETOR) / sortie TOR (STOR) |
| AI / AO | Entrée analogique (EA) / sortie analogique (SA) |
| PI / PO | Entrée / sortie impulsionnelle (comptage, train d'impulsions) |
Un même signal est une sortie du côté qui l'envoie et une entrée du côté qui le reçoit.
Exemple : la sortie 4–20 mA d'un débitmètre est une AO du point de vue du débitmètre et une AI du point de vue du SNCC. Ses impulsions de totalisation sont une PO côté débitmètre et une PI côté SNCC. Les concepteurs d'armoires étiquettent en général les signaux depuis leur propre armoire : vérifiez donc de quel côté une liste a été rédigée.
Sommaire
- DI/DO, AI/AO, PI/PO : ce que transporte chaque signal
- DI/DO : les signaux ON/OFF
- AI/AO : signaux analogiques et 4–20 mA
- PI/PO : impulsions pour les totaux et le positionnement
- Lire une liste de signaux japonaise (liste d'E/S)
- Liste de contrôle : ce qu'il faut faire concorder sur chaque ligne
- Questions à envoyer au fournisseur japonais
- Limites de ce guide
- FAQ
- Sources
DI/DO, AI/AO, PI/PO : ce que transporte chaque signal
Les trois paires se distinguent par ce qu'elles transportent : un état ON/OFF, une valeur continue ou un comptage. Un signal DI, par exemple, est un signal digital qui entre dans l'armoire ayant rédigé la liste.
ON/OFF, valeur continue ou quantité comptée : toute la différence tient là.
O : ouverture/fermeture d'une électrovanne, marche/arrêt d'une pompe
O : position d'une vanne de régulation, consigne de vitesse d'un variateur
O : transmission d'un total à un autre appareil, ordres à un moteur pas à pas
Les noms de matériel suivent la gamme MELSEC iQ-R de Mitsubishi Electric, dont les documents japonais appellent le module « unité » (yunitto). D'autres constructeurs disent « module » ou « carte ».
Le tableau suivant resserre la comparaison sur l'usage de chaque signal et sur ce qu'il faut faire concorder entre les deux côtés.
| DI/DO | AI/AO | PI/PO | |
|---|---|---|---|
| Transporte | ON/OFF (deux états) | Une valeur continue, instantanée | Un nombre d'impulsions (une quantité totalisée) |
| Adapté à | États, défauts, ordres de marche | Surveillance de mesures, consignes de position de vanne | Débit et énergie totalisés, positionnement |
| Point faible | Ne donne aucune grandeur | Peu adapté à la totalisation | Un poids d'impulsion différent fausse le total |
| Formes typiques | Contact sec, 24 V CC | 4–20 mA, 1–5 V | Impulsions par contact, impulsions en tension |
| À faire concorder | Avec ou sans tension, contact a/b, maintenu ou impulsionnel | Plage, côté qui alimente la boucle | Poids d'impulsion, largeur d'impulsion, fréquence maximale |
Que ces signaux arrivent sur un SNCC ou sur une armoire de commande locale dépend de la taille de l'installation.
DI/DO : les signaux ON/OFF
DI signifie digital input (entrée TOR) et DO digital output (sortie TOR). Ces signaux ON/OFF servent surtout aux ordres de marche, aux états et aux défauts échangés entre équipements. La plupart fonctionnent en 24 V CC d'instrumentation, mais certaines usines utilisent aussi des signaux en 100 V CC ou 100 V CA. Le côté qui fournit la tension est un choix de conception, qui varie d'un projet à l'autre.
Le 100 V CA est une particularité du réseau japonais. En France comme au Maroc, le réseau industriel est en 230/400 V : si un signal de la liste est en 100 V CA, demandez au fournisseur s'il peut être remplacé par un signal en 24 V CC ou par un relais d'interface adapté.
Les signaux DI/DO les plus courants sont les suivants :
- Entrées de capteurs (détecteurs de proximité, détecteurs photoélectriques, interrupteurs de fin de course)
- États de boutons-poussoirs (ON/OFF)
- Détection d'ouverture/fermeture de portes et de capots (asservissements de sécurité)
- État de marche/arrêt d'un équipement
- Ordres d'ouverture/fermeture d'électrovannes
- Signaux de marche/arrêt vers un équipement
Une liste de signaux standard ne suffit pas pour un circuit de sécurité (arrêt d'urgence, verrouillage de porte). Pour ces fonctions, appuyez-vous sur la norme NF EN ISO 13849-1 et sur le responsable sécurité de votre site, et demandez au fournisseur comment ces signaux sont réalisés.
Un ordre d'ouverture/fermeture envoyé à une vanne automatique et le retour de fin de course de cette vanne forment un couple DO/DI classique.
Recevoir un DI : contact sec ou contact alimenté
Lorsqu'un DI provient d'un autre équipement, on rencontre souvent un contact sec, appelé mudenatsu setten (無電圧接点, « contact sans tension ») en japonais. Le contact lui-même ne porte aucune tension. L'alimentation de l'armoire réceptrice traverse le contact de l'autre côté puis revient à la borne d'entrée, si bien que l'entrée passe à ON quand le contact se ferme.
Si l'autre côté envoie un contact alimenté (sous tension), appelé yudenatsu setten (有電圧接点), faites correspondre le type et le niveau de tension avec votre module d'entrée.
Pour les entrées 24 V CC, les seuils ON/OFF viennent de la norme API IEC 61131-2 (reprise en Europe sous la forme NF EN 61131-2), qui définit trois types d'entrées. Le type 1, prévu pour les contacts mécaniques, passe à ON à partir de 15 V et à OFF à 5 V ou moins. Les types 2 et 3, qui conviennent aussi aux capteurs 2 fils, passent à ON à partir de 11 V.
Envoyer un DO : sortie relais, transistor ou triac
Côté sortie, choisissez le type de sortie en fonction de la charge. Les automates Mitsubishi Electric, par exemple, en proposent trois :
- Sortie relais : commute par un contact et convient aux charges CC comme CA (24 V CC ou 240 V CA, 2 A par point)
- Sortie transistor : charges CC uniquement. Sans contact mécanique, elle supporte les commutations rapides (12/24 V CC)
- Sortie triac : charges CA uniquement (100–240 V CA)
Les sorties transistor existent en type sink et en type source (souvent assimilés à NPN et PNP), selon le sens du courant, et doivent correspondre au circuit d'entrée de l'autre côté. Vérifiez la tension, le courant et le temps de réponse de chaque sortie sur les fiches techniques de l'équipement récepteur et du module.
On appelle commande séquentielle la combinaison de signaux ON/OFF de ce type pour faire fonctionner une machine.
AI/AO : signaux analogiques et 4–20 mA
AI signifie analog input (entrée analogique) et AO analog output (sortie analogique). Ces signaux, comme le 4–20 mA, transportent surtout des mesures de température, de pression et de débit, ainsi que des ordres vers des actionneurs tels que les vannes de régulation. Un signal analogique donne la valeur à l'instant présent, mais convient mal à la totalisation d'une quantité dans le temps.
Les signaux AI/AO les plus courants sont les suivants :
- Signaux de capteurs de température
- Sorties de transmetteurs de pression
- Sorties analogiques de débitmètres (4–20 mA, etc.)
- Signaux de capteurs de niveau
- Sorties d'analyseurs de pH et de conductivité
- Surveillance du courant et de la tension d'un moteur
- Consignes de vitesse vers un variateur de vitesse (inverter)
- Consignes de position vers une vanne de régulation proportionnelle
- Sorties vers des indicateurs analogiques
Le 4–20 mA est un signal courant en instrumentation de procédé. Le bas de l'étendue de mesure correspond à 4 mA, le haut à 20 mA, et tout ce qui se trouve entre les deux varie linéairement.
Les 16 mA d'écart couvrent 0–100 %. Comme 0 % correspond à 4 mA, une lecture de 0 mA se repère aussitôt comme un défaut.
Pourcentage de l'étendue = (courant − 4) ÷ 16 × 100 %. Sur un transmetteur de niveau 0–5 m, par exemple, 12 mA correspondent à 50 %, soit 2,5 m. Le courant en dessous duquel un signal est considéré comme défaillant se règle dans l'appareil récepteur ou est défini par les spécifications de l'instrument.
On transmet un courant parce que sa valeur se conserve sur de longues distances de câble. Avec 0 % à 4 mA, un fil coupé qui ramène le courant à zéro apparaît comme un défaut et non comme une mesure nulle valide.
Le côté récepteur lit le courant en le faisant passer dans une résistance et en mesurant la tension. Le module d'entrées analogiques R60AD4 de Mitsubishi Electric, par exemple, présente une résistance d'entrée de 250 Ω en entrée courant : 4–20 mA devient donc exactement 1–5 V. Le choix entre 4–20 mA et 1–5 V pour une AI dépend des spécifications des équipements ; confirmez-le avant de choisir le câblage.
PI/PO : impulsions pour les totaux et le positionnement
PI signifie pulse input (entrée impulsionnelle) et PO pulse output (sortie impulsionnelle). Ces signaux servent surtout à suivre un débit totalisé ou une énergie totalisée.
L'émetteur et le récepteur conviennent d'un poids d'impulsion, c'est-à-dire de la quantité que représente chaque impulsion, et le récepteur ajoute cette quantité à chaque impulsion reçue. Si un débitmètre est réglé sur 1 impulsion = 0,1 m³ et envoie 1 200 impulsions en une heure, le volume de cette heure est de 120 m³. C'est pourquoi un poids d'impulsion différent d'un côté à l'autre fausse le total dans le même rapport.
Les signaux PI/PO les plus courants sont les suivants :
- Sortie impulsionnelle d'un débitmètre (nombre d'impulsions = volume)
- Entrée d'impulsions d'un codeur (détection de position et de vitesse)
- Impulsions d'un compteur d'énergie (kWh totalisés)
- Comptage de produits sur un convoyeur (avec un détecteur photoélectrique)
- Impulsions de pas vers un moteur pas à pas
- Signaux impulsionnels vers un compteur externe ou un autre automate
Une PO a deux usages : transmettre un total à un autre appareil ou commander l'angle de rotation d'un moteur. Le second est pris en charge par un module de positionnement de l'automate.
Côté récepteur, vérifiez aussi que l'entrée suit la cadence des impulsions. Le module de comptage rapide de Mitsubishi Electric, par exemple, compte jusqu'à 200 k impulsions/s (200 000 impulsions par seconde) en entrée CC.
Lire une liste de signaux japonaise (liste d'E/S)
Quand deux équipements sont raccordés, quelqu'un établit une liste de signaux qui recense tous les signaux échangés, à raison d'une ligne par signal. La conception de l'armoire, le câblage et la programmation de l'automate s'appuient tous sur cette liste. Voici quelques lignes types, rédigées du côté de l'armoire de commande.
Outre le type et le sens, ajoutez une colonne pour les caractéristiques à vérifier sur chaque signal.
Repères et caractéristiques fictifs, donnés à titre d'illustration. Un contact a est ouvert au repos et se ferme à l'état ON ; un contact b fait l'inverse.
Le sens est ce qu'il y a de plus facile à se tromper. Indiquez en tête de liste de quelle armoire elle est rédigée et, quand vous comparez votre liste à celle de l'autre société, commencez par confirmer ce point.
Les termes japonais que vous verrez sur la liste
Les listes japonaises emploient souvent les termes suivants, parfois en kanji, parfois en mélange de kanji et d'anglais.
Chacun de ces termes change la façon de câbler ou de configurer une ligne.
Les sources en anglais parlent aussi de Form A (NO) et Form B (NF). Si la liste comporte une légende propre au fournisseur, confirmez le sens dans cette légende.
Les repères d'une liste de signaux correspondent en général aux numéros d'instruments du P&ID (schéma de tuyauterie et d'instrumentation). Si les plans japonais sont nouveaux pour vous, un guide plus général est utile.
Liste de contrôle : ce qu'il faut faire concorder sur chaque ligne
Même quand le type et le sens concordent, un écart de caractéristiques empêche l'équipement de fonctionner. Vérifiez chaque ligne sur les fiches techniques de l'autre équipement et de votre module d'E/S.
- Point de vue : de quelle armoire la liste est rédigée, aussi bien sur votre liste que sur la leur
- DI/DO : contact sec ou alimenté, tension et courant, contact a ou b, maintenu ou impulsionnel
- AI/AO : plage (à quoi correspondent 4 mA et 20 mA), côté qui alimente la boucle
- PI/PO : poids d'impulsion, largeur d'impulsion, fréquence maximale
- Repères : cohérents avec les numéros d'instruments du P&ID
Questions à envoyer au fournisseur japonais
Si la liste du fournisseur laisse l'un de ces points ouvert, posez la question avant la fabrication de l'armoire. Les questions ci-dessous peuvent être collées telles quelles dans un e-mail.
- Votre liste de signaux est-elle rédigée du côté de votre armoire ou du nôtre ? Pourriez-vous l'indiquer en tête de liste ?
- Pour chaque DI/DO, le contact est-il sec ou alimenté ? S'il est alimenté, quelles sont la tension et l'intensité ?
- Pour chaque contact, s'agit-il d'un contact a (NO) ou b (NF), et est-il maintenu ou impulsionnel ? S'il est impulsionnel, quelle est la largeur d'impulsion ?
- Pour chaque AI/AO, à quelles valeurs physiques correspondent 4 mA et 20 mA ? La boucle est-elle 2 fils, et quel côté fournit l'alimentation de la boucle ?
- Pour chaque PI/PO, quels sont le poids d'impulsion, la largeur minimale d'impulsion et la fréquence maximale ?
- Les repères correspondent-ils aux numéros d'instruments du P&ID ?
- Certains signaux sont-ils en 100 V CA ? Si oui, peuvent-ils être fournis en 24 V CC ou via un relais d'interface ?
Limites de ce guide
- Les noms de modules, valeurs nominales et vitesses sont des exemples tirés de la gamme MELSEC iQ-R de Mitsubishi Electric. Les autres constructeurs d'automates utilisent d'autres noms et d'autres valeurs : consultez la fiche technique du module que vous utilisez réellement.
- Le côté qui fournit la tension, ainsi que l'emploi éventuel de signaux en 100 V, varient selon le projet et les habitudes du concepteur.
- Le seuil de défaut d'un signal 4–20 mA se règle dans l'appareil récepteur ou est défini par l'instrument, non par ce guide.
- Les seuils d'entrée TOR indiqués viennent de la norme IEC 61131-2. Son édition européenne (NF EN 61131-2) peut différer selon l'année de publication : vérifiez l'édition citée dans le cahier des charges.
- Ce guide ne traite pas des circuits de sécurité, ni des règles locales de santé-sécurité de votre site.
- L'exemple de liste de signaux est fictif.
FAQ
Qu'est-ce qu'un signal DI ?
Un signal DI est un signal ON/OFF qu'une armoire de commande ou un automate reçoit de l'extérieur. Il indique l'état d'un interrupteur, ou si un équipement est en marche ou en défaut, sous la forme de deux états : contact fermé ou contact ouvert. En français, on parle d'entrée TOR.
PIO et DIO sont-ils la même chose que PI/PO ?
Non. DIO est l'abréviation de digital I/O et désigne le plus souvent une carte d'entrées/sorties digitales à enficher dans un PC. PIO apparaît aussi dans des références de cartes, comme la série PIO de Contec, et le même constructeur vend des modèles « PI » (entrées seules) et « PO » (sorties seules). Ces cartes traitent des signaux ON/OFF, ce qui n'a rien à voir avec les PI/PO impulsionnels de l'instrumentation.
Une entrée DI peut-elle lire une valeur analogique ?
Pas directement. Une DI ne connaît que ON ou OFF. Si vous voulez seulement être alerté quand le niveau dépasse un seuil, vous pouvez envoyer sur une DI la sortie à contact (DO) de l'instrument ou d'un module d'alarme. Si vous avez besoin de la valeur elle-même, utilisez une AI.
Quelle différence entre un module DI et une unité DI ?
Aucune, hormis le nom. La documentation japonaise de Mitsubishi Electric parle d'« unité d'entrée », alors que d'autres constructeurs et les fournisseurs hors du Japon disent plutôt « module DI », « module d'entrées TOR » ou « carte d'entrées ».
Sources
- Types et caractéristiques des modules d'E/S : Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R Series, modules d'E/S (en japonais)
- Catégories de modules : Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R Series, liste des modules (en japonais)
- Vitesse du module de comptage rapide (200 k impulsions/s, entrée CC) : Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R, modules de comptage rapide
- Plages d'entrée du R60AD4 et résistance d'entrée de 250 Ω : Mitsubishi Electric Automation, « iQ-R Series Selection Guide: Analog Input Modules » (2019, en anglais)
- Niveaux ON/OFF des entrées 24 V CC selon IEC 61131-2 : Beckhoff, Application Note DK9222-0909-0008 (en anglais)
- Signaux analogiques en courant continu pour la commande de processus : IEC 60381-1:1982, Analogue signals for process control systems, Part 1: Direct current signals
- Pourquoi le 4–20 mA est utilisé : Lessons In Industrial Instrumentation, « 4 to 20 mA analog current signals » (en anglais)
- Contact a / contact b (NO, NF) : Hokuyo Automatic, glossaire (en japonais)
- Cartes d'E/S digitales Contec PIO et PI : PIO-16/16L(LPCI)H et PI-64L(PCI)H (pages produit NTT-X Store, en japonais)
Article original en japonaisCe guide est adapté d’un article de MONOSCOPE écrit pour les lecteurs au Japon : 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
À propos de la rédaction
Rédaction de MONOSCOPEFOUNDER & EDITORUne dizaine d’années chez un fabricant d’équipements industriels et dans une société d’ingénierie d’usines, à la proposition, à la conception et à la mise en service d’équipements, puis un passage au marketing numérique. Aujourd’hui, conseil web auprès de fabricants B2B pour les aider à expliquer clairement leurs produits et leurs technologies. Titulaire des licences nationales japonaises d’Energy Manager et d’ingénieur électricien en chef de troisième classe.
Un blog d’ingénierie tenu depuis 2017 (plus de 500 articles) et une chaîne YouTube en japonais d’environ 20 000 abonnés. Chaque guide est rédigé du point de vue de l’atelier japonais et vérifié au regard des normes citées.
