DI/DO, AI/AO, PI/PO – co znaczą? Lista sygnałów I/O z Japonii
Japoński dostawca maszyny przysyła listę sygnałów, po japońsku shingo risuto, zwaną też listą I/O. Każdy wiersz jest oznaczony jako DI, DO, AI, AO, PI lub PO, a w kolumnie ze specyfikacją pojawiają się dopiski w rodzaju „styk a”, „styk b” czy „styk beznapięciowy, utrzymywany”. Twoje zadanie to przypisać każdy wiersz do kart wejść i wyjść w PLC lub DCS, a pierwsza pułapka jest taka, że DI dostawcy może być Twoim DO.
Krótko: DI/DO, AI/AO i PI/PO opisują rodzaj sygnału i jego kierunek. Pierwsza litera to rodzaj: D oznacza sygnał cyfrowy (dwustanowy, ON/OFF), A analogowy (np. 4–20 mA), a P impulsowy. Druga litera to kierunek: I to wejście, O to wyjście, widziane z szafy, która napisała listę. Poniżej omawiamy każdą parę, japońskie terminy z listy dostawcy i to, co sprawdzić wiersz po wierszu, zanim ktokolwiek zacznie okablowanie.
Ten sam sygnał jest wyjściem po stronie, która go wysyła, i wejściem po stronie, która go odbiera.
Przykład: wyjście 4–20 mA przepływomierza jest AO z punktu widzenia przepływomierza i AI z punktu widzenia DCS. Jego impulsy sumowania (totalizer) to PO przy przepływomierzu i PI w DCS. Projektanci szaf zwykle opisują sygnały ze strony własnej szafy, więc sprawdź, z czyjej strony napisano listę.
Spis treści
- DI/DO, AI/AO i PI/PO: co niesie każdy sygnał
- DI/DO: sygnały ON/OFF
- AI/AO: sygnały analogowe i pętla 4–20 mA
- PI/PO: impulsy do sumowania i pozycjonowania
- Jak czytać japońską listę sygnałów (listę I/O)
- Lista kontrolna: co uzgodnić w każdym wierszu
- Pytania do japońskiego dostawcy
- Ograniczenia tego poradnika
- FAQ
- Źródła
DI/DO, AI/AO i PI/PO: co niesie każdy sygnał
Trzy pary różnią się tym, co przenoszą: stan ON/OFF, wartość ciągłą albo liczbę zliczonych impulsów. Na przykład sygnał DI to sygnał cyfrowy wchodzący do szafy, która napisała listę.
ON/OFF, wartość ciągła albo zliczona ilość: na tym polega cała różnica.
O: otwarcie/zamknięcie zaworu elektromagnetycznego, start/stop pompy
O: otwarcie zaworu regulacyjnego, zadana prędkość falownika
O: przekazanie sumy do innego urządzenia, polecenia dla silnika krokowego
Nazwy sprzętu pochodzą z oferty Mitsubishi Electric MELSEC iQ-R. Japońska dokumentacja nazywa moduł „jednostką” (yunitto), inni producenci piszą „moduł” lub „karta”.
Tabela poniżej zawęża porównanie do tego, kiedy używa się danego sygnału i co trzeba uzgodnić między obiema stronami.
| DI/DO | AI/AO | PI/PO | |
|---|---|---|---|
| Przenosi | ON/OFF (dwa stany) | Wartość ciągła, chwilowa | Liczbę impulsów (ilość zsumowaną) |
| Nadaje się do | Stanu, awarii, poleceń pracy | Monitorowania wartości, poleceń otwarcia zaworu | Przepływu i energii całkowitej, pozycjonowania |
| Słaba strona | Nie pokazuje wielkości wartości | Nie nadaje się do sumowania | Błędna waga impulsu zafałszowuje sumę |
| Typowa postać | Styk beznapięciowy, 24 V DC | 4–20 mA, 1–5 V | Impuls stykowy, impuls napięciowy |
| Parametry do uzgodnienia | Styk napięciowy czy beznapięciowy, styk zwierny/rozwierny, sygnał utrzymywany czy impulsowy | Zakres, która strona zasila pętlę | Waga impulsu, szerokość impulsu, maksymalna częstotliwość |
To, czy sygnały trafiają do systemu DCS, czy do lokalnej szafy sterowniczej, zależy od wielkości instalacji.
DI/DO: sygnały ON/OFF
DI to wejście cyfrowe (digital input), DO to wyjście cyfrowe (digital output). Przenoszą sygnały dwustanowe: głównie polecenia pracy, informacje o stanie i sygnały awarii między urządzeniami. Większość pracuje na 24 V DC z zasilania aparatury, choć w niektórych zakładach używa się też sygnałów 100 V DC lub 100 V AC. To, która strona dostarcza napięcie, jest decyzją projektową, więc różni się w zależności od projektu.
Typowe sygnały DI/DO:
- Sygnały z czujników (czujniki indukcyjne, fotoelektryczne, wyłączniki krańcowe)
- Stan przycisków (ON/OFF)
- Wykrywanie otwarcia i zamknięcia drzwi oraz osłon (blokady bezpieczeństwa)
- Stan pracy urządzenia: pracuje / stoi
- Polecenia otwarcia i zamknięcia zaworów elektromagnetycznych
- Sygnały start/stop dla urządzeń
Uwaga dotycząca bezpieczeństwa (BHP): pozycja „blokada osłon” na liście sygnałów to tylko informacja przekazywana do sterowania. Obwody bezpieczeństwa maszyny projektuje się osobno, na podstawie oceny ryzyka i norm takich jak PN-EN ISO 13849-1, a zwykłe wejście DI ich nie zastępuje.
Polecenie otwarcia lub zamknięcia zaworu automatycznego oraz sygnał z jego wyłączników krańcowych to częsta para DO/DI; współpracę obu sygnałów pokazuje nasz poradnik o alarmie jutai (przekroczenie czasu ruchu zaworu).
Odbiór DI: styk beznapięciowy czy napięciowy
Gdy DI pochodzi z innego urządzenia, często stosuje się styk beznapięciowy, po japońsku mudenatsu setten („styk bez napięcia”). Sam styk nie niesie napięcia. Zasilanie z szafy odbierającej przechodzi przez styk drugiej strony i wraca na zacisk wejściowy, więc wejście włącza się po zamknięciu styku.
Jeśli druga strona wysyła styk napięciowy (yudenatsu setten), dopasuj rodzaj i wartość napięcia do modułu wejściowego.
Progi ON/OFF dla wejść 24 V DC wynikają z normy dla sterowników programowalnych IEC 61131-2, która definiuje trzy typy wejść. W Polsce funkcjonuje ona jako PN-EN 61131-2; dokładny numer wydania sprawdź w katalogu PKN, a wymagania wobec konkretnego modułu — w karcie katalogowej. Typ 1, przeznaczony dla styków mechanicznych, załącza się przy 15 V lub więcej, a wyłącza przy 5 V lub mniej. Typy 2 i 3, odpowiednie także dla czujników dwuprzewodowych, załączają się od 11 V.
Wysyłanie DO: wyjście przekaźnikowe, tranzystorowe lub triakowe
Po stronie wyjść typ wyjścia dobiera się do obciążenia. Sterowniki PLC Mitsubishi Electric oferują na przykład trzy typy:
- Wyjście przekaźnikowe: przełącza stykiem i współpracuje z obciążeniami DC i AC (24 V DC lub 240 V AC, 2 A na punkt)
- Wyjście tranzystorowe: tylko obciążenia DC. Bez styku mechanicznego nadaje się do szybkiego przełączania ON/OFF (12/24 V DC)
- Wyjście triakowe: tylko obciążenia AC (100–240 V AC)
Wyjścia tranzystorowe występują w wersjach sink i source, zależnie od kierunku przepływu prądu (w katalogach spotkasz też określenia NPN i PNP), i muszą pasować do obwodu wejściowego drugiej strony. Napięcie, prąd i czas reakcji każdego wyjścia porównaj z kartami katalogowymi urządzenia odbierającego i modułu.
Łączenie takich sygnałów ON/OFF w celu sterowania maszyną nazywa się sterowaniem sekwencyjnym.
AI/AO: sygnały analogowe i pętla 4–20 mA
AI to wejście analogowe (analog input), AO to wyjście analogowe (analog output). Przenoszą sygnały analogowe, takie jak 4–20 mA: najczęściej odczyty z czujników temperatury, ciśnienia i przepływu oraz polecenia dla elementów wykonawczych, np. zaworów regulacyjnych. Sygnał analogowy pokazuje wartość w danej chwili, ale słabo nadaje się do sumowania wielkości w czasie.
Typowe sygnały AI/AO:
- Sygnały z czujników temperatury
- Wyjścia przetworników ciśnienia
- Wyjścia analogowe przepływomierzy (m.in. 4–20 mA)
- Sygnały z czujników poziomu
- Wyjścia mierników pH i przewodności
- Monitorowanie prądu i napięcia silnika
- Zadana prędkość dla falownika
- Polecenia otwarcia dla proporcjonalnego zaworu regulacyjnego
- Wyjścia do wskaźników analogowych
Sygnał 4–20 mA jest często spotykany w aparaturze kontrolno-pomiarowej zakładów procesowych. Dolna granica zakresu pomiarowego odpowiada 4 mA, górna 20 mA, a wartości pośrednie skalują się liniowo.
Rozpiętość 16 mA obejmuje 0–100%. Ponieważ 0% to 4 mA, odczyt 0 mA od razu wygląda na awarię.
Procent zakresu = (prąd − 4) ÷ 16 × 100%. Na przykład dla przetwornika poziomu 0–5 m prąd 12 mA oznacza 50%, czyli 2,5 m. Wartość prądu, poniżej której sygnał uznaje się za awarię, ustawia się w urządzeniu odbierającym albo wynika ze specyfikacji przyrządu.
Używa się prądu, ponieważ zachowuje on wartość także na długich kablach. Skoro 0% odpowiada 4 mA, przerwany przewód, przy którym prąd spada do zera, jest widoczny jako awaria, a nie jako poprawny odczyt zerowy.
Strona odbierająca odczytuje prąd, przepuszczając go przez rezystor i mierząc napięcie. Moduł wejść analogowych Mitsubishi Electric R60AD4 ma na przykład rezystancję wejściową 250 Ω dla wejścia prądowego, więc 4–20 mA daje dokładnie 1–5 V. To, czy AI ma przyjmować 4–20 mA, czy 1–5 V, zależy od specyfikacji urządzeń, więc potwierdź to przed wyborem okablowania.
PI/PO: impulsy do sumowania i pozycjonowania
PI to wejście impulsowe (pulse input), PO to wyjście impulsowe (pulse output). Przenoszą sygnały impulsowe, najczęściej do monitorowania przepływu całkowitego i energii całkowitej.
Strona nadawcza i odbiorcza uzgadniają wagę impulsu, czyli ilość, jaką reprezentuje jeden impuls, a odbiornik dodaje tę ilość przy każdym nadejściu impulsu. Jeśli przepływomierz ustawiono na 1 impuls = 0,1 m³ i w ciągu godziny wysłał 1200 impulsów, przepływ w tej godzinie wynosi 120 m³. Dlatego różnica wagi impulsu między stronami zafałszuje sumę dokładnie o ten sam współczynnik.
Typowe sygnały PI/PO:
- Wyjście impulsowe przepływomierza (liczba impulsów = przepływ)
- Impulsy z enkodera (wykrywanie położenia i prędkości)
- Impulsy z licznika energii (energia całkowita w kWh)
- Zliczanie wyrobów na przenośniku (z czujnikiem fotoelektrycznym)
- Impulsy sterujące silnika krokowego
- Sygnały impulsowe do zewnętrznego licznika lub innego PLC
PO ma dwa zastosowania: przekazanie sumy do innego urządzenia albo zadanie, o ile ma się obrócić silnik. Drugim zajmuje się moduł pozycjonowania PLC.
Po stronie odbiorczej sprawdź też, czy wejście nadąży za częstotliwością impulsów. Moduł szybkiego licznika Mitsubishi Electric zlicza na przykład do 200 kpulse/s (200 000 impulsów na sekundę) przy wejściu DC.
Jak czytać japońską listę sygnałów (listę I/O)
Gdy łączy się dwa urządzenia, ktoś przygotowuje listę sygnałów, w której każdy sygnał wymieniany między nimi ma osobny wiersz. Na tej liście opiera się projekt szafy, okablowanie i program PLC. Poniżej kilka przykładowych wierszy, napisanych z punktu widzenia szafy sterowniczej.
Oprócz rodzaju i kierunku dodaj jedną kolumnę z parametrami do sprawdzenia dla każdego sygnału.
Tagi i parametry są fikcyjne, tylko do ilustracji. Styk zwierny jest w spoczynku otwarty i zamyka się po włączeniu; styk rozwierny działa odwrotnie.
Kierunek to najłatwiejsze miejsce na pomyłkę. Na początku listy zapisz, z punktu widzenia której szafy jest napisana, a przy porównywaniu własnej listy z listą drugiej firmy najpierw potwierdź właśnie to.
Japońskie terminy, które zobaczysz na liście
Japońskie listy często używają poniższych terminów, czasem w kanji, a czasem w mieszance kanji i angielskiego. W tabeli podajemy je w zapisie łacińskim (rōmaji), a tam, gdzie termin składa się wyłącznie ze znaków kanji, także w oryginale.
Każdy z nich zmienia sposób, w jaki trzeba podłączyć lub skonfigurować dany wiersz.
W angielskich źródłach styki te nazywa się też Form A (NO) i Form B (NC). Jeśli lista dostawcy ma własną legendę, potwierdź znaczenie według niej.
Tagi na liście sygnałów zwykle odpowiadają numerom przyrządów na schemacie P&ID (schemacie rurociągów i oprzyrządowania). Jeśli dopiero zaczynasz pracę z japońską dokumentacją rysunkową, zajrzyj do poradnika o czytaniu japońskich rysunków technicznych.
Lista kontrolna: co uzgodnić w każdym wierszu
Nawet gdy rodzaj i kierunek się zgadzają, rozbieżność parametrów sprawi, że urządzenia nie będą działać. Każdy wiersz sprawdź z kartami katalogowymi drugiego urządzenia i własnego modułu I/O.
- Punkt widzenia: z której szafy napisano listę, zarówno u Ciebie, jak i u dostawcy
- DI/DO: styk beznapięciowy czy napięciowy, napięcie i prąd, styk zwierny (a) czy rozwierny (b), sygnał utrzymywany czy impulsowy
- AI/AO: zakres (jakim wartościom odpowiadają 4 mA i 20 mA), która strona zasila pętlę
- PI/PO: waga impulsu, szerokość impulsu, maksymalna częstotliwość
- Tagi: zgodne z numerami przyrządów na schemacie P&ID
Pytania do japońskiego dostawcy
Jeśli lista dostawcy pozostawia którąś z tych kwestii otwartą, zapytaj, zanim szafa zostanie zbudowana. Poniższe pytania można wkleić do e-maila bez zmian; korespondencja z Japonią zwykle toczy się po angielsku, więc pod polską wersją podajemy angielskie odpowiedniki kluczowych terminów.
- Czy Państwa lista sygnałów jest napisana z punktu widzenia Państwa szafy, czy naszej? Prosimy o zaznaczenie tego na początku listy. (Is your signal list written from your panel's side or from ours?)
- Czy każdy sygnał DI/DO jest stykiem beznapięciowym, czy napięciowym? Jeśli napięciowym, jakie jest napięcie i prąd? (dry or wet contact)
- Czy każdy styk jest zwierny (a), czy rozwierny (b) i czy sygnał jest utrzymywany, czy impulsowy? Jeśli impulsowy, jaka jest szerokość impulsu? (a-contact / b-contact, maintained / pulse)
- Jakim wartościom fizycznym odpowiadają 4 mA i 20 mA w każdym sygnale AI/AO? Czy pętla jest dwuprzewodowa i która strona ją zasila? (2-wire, loop power)
- Jaka jest waga impulsu, minimalna szerokość impulsu i maksymalna częstotliwość w każdym sygnale PI/PO? (pulse weight, pulse width, max. frequency)
- Czy tagi odpowiadają numerom przyrządów na schemacie P&ID?
Ograniczenia tego poradnika
- Nazwy modułów, parametry i prędkości to przykłady z serii MELSEC iQ-R firmy Mitsubishi Electric. Inni producenci PLC używają innych nazw i wartości, więc sprawdź kartę katalogową faktycznie używanego modułu.
- To, która strona dostarcza napięcie i czy stosuje się sygnały 100 V, zależy od projektu i praktyki projektanta.
- Próg awarii dla sygnału 4–20 mA ustawia się w urządzeniu odbierającym albo określa go przyrząd; nie wyznacza go ten poradnik.
- Odniesienia do polskich norm (PN-EN 61131-2, PN-EN ISO 13849-1) mają charakter orientacyjny. Zakres i wydanie obowiązujące w Twoim projekcie potwierdź w katalogu PKN i z dostawcą.
- Przykładowa lista sygnałów jest fikcyjna.
FAQ
Co to jest sygnał DI?
Sygnał DI to sygnał ON/OFF, który szafa sterownicza lub PLC odbiera z zewnątrz. Informuje o stanie przełącznika albo o tym, czy urządzenie pracuje lub jest w awarii, jako jeden z dwóch stanów: styk zamknięty lub styk otwarty.
Czy PIO i DIO to to samo co PI/PO?
Nie. DIO to skrót od digital I/O i zwykle oznacza kartę cyfrowych wejść/wyjść, montowaną w komputerze PC. PIO też występuje w nazwach modeli kart, na przykład w serii PIO firmy Contec, a ten sam producent sprzedaje modele „PI” (tylko wejścia) i „PO” (tylko wyjścia). Te karty obsługują sygnały ON/OFF, więc ich znaczenie różni się od impulsowego PI/PO w aparaturze kontrolno-pomiarowej.
Czy wejście DI może odczytać wartość analogową?
Nie wprost. DI rozpoznaje tylko ON lub OFF. Jeśli potrzebujesz jedynie sygnalizacji przekroczenia ustawionego poziomu, możesz podać na DI wyjście stykowe (DO) przyrządu lub zespołu alarmowego. Jeśli potrzebna jest sama wartość, użyj AI.
Czym różni się moduł DI od jednostki DI?
Niczym poza nazwą. Japońska dokumentacja Mitsubishi Electric mówi „jednostka wejść”, a inni producenci i dostawcy spoza Japonii mogą pisać „moduł DI” lub „karta wejściowa”. Po polsku najczęściej mówi się „moduł wejść cyfrowych”.
Źródła
- Typy modułów I/O i parametry: Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R Series I/O modules (po japońsku)
- Kategorie modułów: Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R Series module list (po japońsku)
- Prędkość modułu szybkiego licznika (200 kpulse/s, wejście DC): Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R high-speed counter modules
- Zakresy wejściowe R60AD4 i rezystancja wejściowa 250 Ω: Mitsubishi Electric Automation, „iQ-R Series Selection Guide: Analog Input Modules” (2019)
- Poziomy ON/OFF wg IEC 61131-2 dla wejść 24 V DC: Beckhoff Application Note DK9222-0909-0008
- Analogowe sygnały prądu stałego w automatyce procesowej: IEC 60381-1:1982, Analogue signals for process control systems, Part 1: Direct current signals
- Dlaczego stosuje się 4–20 mA: Lessons In Industrial Instrumentation, „4 to 20 mA analog current signals”
- Styk a / styk b (NO, NC): Hokuyo Automatic, słowniczek (po japońsku)
- Karty cyfrowych I/O Contec PIO i PI: PIO-16/16L(LPCI)H oraz PI-64L(PCI)H (strony produktowe NTT-X Store, po japońsku)
Oryginalny artykuł po japońskuTen poradnik powstał na podstawie artykułu MONOSCOPE napisanego dla czytelników w Japonii: 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
O redakcji
Redakcja MONOSCOPEFOUNDER & EDITOROkoło dziesięciu lat pracy u producenta urządzeń przemysłowych i w firmie inżynieryjnej realizującej instalacje: oferty, projektowanie i uruchamianie urządzeń, a następnie przejście do marketingu internetowego. Obecnie doradztwo internetowe dla producentów B2B i pomoc w przystępnym przedstawianiu ich produktów i technologii. Japońskie państwowe uprawnienia Energy Manager oraz głównego inżyniera elektryka trzeciej klasy.
Od 2017 roku prowadzenie bloga inżynierskiego (ponad 500 artykułów) i japońskojęzycznego kanału na YouTube z około 20 000 subskrybentów. Każdy poradnik powstaje z perspektywy japońskiej hali produkcyjnej i jest weryfikowany z przywołanymi normami.
