DI/DO, AI/AO e PI/PO: significado e lista de I/O japonesa
Um fornecedor japonês envia a shingo risuto (lista de sinais), também chamada de lista de I/O. Cada linha vem marcada com DI, DO, AI, AO, PI ou PO, e a coluna de especificação está cheia de notas como "contato a", "contato b" e "contato seco, mantido". Sua tarefa é associar cada linha aos módulos do seu CLP ou SDCD (DCS), e o primeiro tropeço é que o DI do fornecedor pode ser o seu DO.
Em resumo: DI/DO, AI/AO e PI/PO indicam o tipo e a direção de um sinal. A primeira letra é o tipo: D é digital (ON/OFF), A é analógico (como 4–20 mA) e P é pulso. A segunda letra é a direção: I é entrada e O é saída, vistas do painel que escreveu a lista. Este guia explica cada par, os termos japoneses que aparecem na lista de um fornecedor e o que conferir linha a linha antes de começar a cablagem.
O mesmo sinal é uma saída no lado que o envia e uma entrada no lado que o recebe.
Exemplo: a saída de 4–20 mA de um medidor de vazão é um AO do ponto de vista do medidor e um AI do ponto de vista do SDCD. O pulso de totalização é um PO no medidor e um PI no SDCD. Os projetistas de painel costumam rotular os sinais a partir do próprio painel; por isso, confirme de que lado a lista foi escrita.
Sumário
- DI/DO, AI/AO e PI/PO: o que cada sinal transporta
- DI/DO: sinais ON/OFF
- AI/AO: sinais analógicos e 4–20 mA
- PI/PO: sinais de pulso para totalização e posicionamento
- Lendo uma lista de sinais (lista de I/O) japonesa
- Checklist: o que conferir em cada linha
- Perguntas para enviar ao fornecedor japonês
- Normas de referência no Brasil
- Limites deste guia
- FAQ
- Fontes
DI/DO, AI/AO e PI/PO: o que cada sinal transporta
Os três pares se diferenciam pelo que transportam: um estado ON/OFF, um valor contínuo ou uma contagem. Um sinal DI, por exemplo, é um sinal digital que entra no painel que escreveu a lista.
ON/OFF, um valor contínuo ou uma quantidade contada: essa é toda a diferença.
O: abrir/fechar válvula solenoide, ligar/desligar bomba
O: posição da válvula de controle, referência de velocidade do inversor
O: repasse de um total a outro dispositivo, comandos para motor de passo
Os nomes de hardware seguem a linha MELSEC iQ-R da Mitsubishi Electric, em cuja documentação japonesa o módulo é chamado de "unidade" (yunitto). Outros fabricantes dizem "módulo" ou "cartão".
A tabela a seguir reduz a comparação ao uso de cada sinal e ao que precisa coincidir entre os dois lados.
| DI/DO | AI/AO | PI/PO | |
|---|---|---|---|
| Transporta | ON/OFF (dois estados) | Um valor contínuo e instantâneo | Uma contagem de pulsos (quantidade totalizada) |
| Bom para | Status, falhas, comandos de operação | Monitorar leituras, comandar a posição de válvulas | Vazão e energia totalizadas, posicionamento |
| Ponto fraco | Não informa a magnitude | Não é adequado para totalizar | Peso do pulso diferente entre os lados corrompe o total |
| Formas típicas | Contato seco, 24 V CC | 4–20 mA, 1–5 V | Pulso de contato, pulso de tensão |
| Especificações a conferir | Com ou sem tensão, contato a/b (NA/NF), mantido ou pulsado | Faixa, quem alimenta a malha | Peso do pulso, largura do pulso, frequência máxima |
Se esses sinais chegam a um SDCD ou a um painel local de controle, isso depende do porte da planta.
DI/DO: sinais ON/OFF
DI significa entrada digital e DO, saída digital. Eles transportam sinais ON/OFF, principalmente comandos de operação, status e falhas entre equipamentos. A maioria usa 24 V CC de instrumentação, embora algumas plantas japonesas também usem sinais de 100 V CC ou 100 V CA. Qual lado fornece a tensão é uma decisão de projeto e varia de projeto para projeto.
Se a lista do fornecedor indicar sinais de 100 V, confirme que a tensão de comando é compatível com a do seu painel. Lembre que, no Brasil, as tensões de rede típicas são 127 V e 220 V.
Sinais DI/DO típicos:
- Entradas de sensores (sensores de proximidade, sensores fotoelétricos, fins de curso)
- Estado de botoeiras (ON/OFF)
- Detecção de porta ou proteção aberta/fechada (intertravamentos de segurança, ver o aviso mais adiante)
- Status de equipamento em operação/parado
- Comandos de abrir/fechar de válvulas solenoides
- Sinais de partida/parada para equipamentos
Um comando de abrir/fechar para uma válvula automática e o retorno do fim de curso da válvula formam um par DO/DI comum; veja o guia sobre o alarme de jutai (tempo excedido no curso da válvula) para entender como os dois trabalham juntos.
Recebendo um DI: contato seco ou molhado
Quando um DI vem de outro equipamento, um arranjo comum é o contato seco, chamado em japonês de mudenatsu setten (無電圧接点, "contato sem tensão"). O contato em si não carrega tensão. A alimentação do painel receptor passa pelo contato do outro lado e volta ao terminal de entrada, de modo que a entrada liga quando o contato fecha.
Se o outro lado enviar um contato molhado (com tensão), yudenatsu setten (有電圧接点), ajuste o tipo e o nível da tensão ao seu módulo de entrada.
Para entradas de 24 V CC, os limiares de ON/OFF vêm da norma de CLP IEC 61131-2, que define três tipos de entrada. O Tipo 1, previsto para contatos mecânicos, liga com 15 V ou mais e desliga com 5 V ou menos. Os Tipos 2 e 3, que também servem a sensores de 2 fios, ligam com 11 V ou mais.
Enviando um DO: saída a relé, a transistor ou a triac
No lado da saída, escolha o tipo conforme a carga. Os CLPs da Mitsubishi Electric, por exemplo, oferecem três:
- Saída a relé: comuta por contato e atende cargas CC e CA (24 V CC ou 240 V CA, 2 A por ponto)
- Saída a transistor: somente cargas CC. Sem contato mecânico, aceita comutações ON/OFF rápidas (12/24 V CC)
- Saída a triac: somente cargas CA (100–240 V CA)
As saídas a transistor são do tipo sink ou source, conforme o sentido da corrente (na prática, algo próximo de NPN e PNP), e devem combinar com o circuito de entrada do outro lado. Confira tensão, corrente e tempo de resposta de cada saída nas folhas de dados do equipamento receptor e do módulo.
Combinar sinais ON/OFF como esses para operar uma máquina é o que se chama de controle sequencial.
Atenção: sinais de segurança
Paradas de emergência e intertravamentos de portas de máquinas não devem ser tratados como DI comuns só porque aparecem na lista. No Brasil, a NR-12 (segurança no trabalho em máquinas e equipamentos) e as normas ABNT NBR ISO de segurança de máquinas, como a NBR ISO 14119 sobre intertravamento, definem como esses circuitos são projetados. Pergunte ao fornecedor quais sinais são de segurança e como eles são realizados.
AI/AO: sinais analógicos e 4–20 mA
AI significa entrada analógica e AO, saída analógica. Eles transportam sinais analógicos como 4–20 mA, principalmente leituras de sensores de temperatura, pressão e vazão e comandos para atuadores como válvulas de controle. Um sinal analógico informa o valor neste instante, mas é uma forma ruim de totalizar uma grandeza ao longo do tempo.
Sinais AI/AO típicos:
- Sinais de sensores de temperatura
- Saídas de transmissores de pressão
- Saídas analógicas de medidores de vazão (4–20 mA e outras)
- Sinais de sensores de nível
- Saídas de medidores de pH e de condutividade
- Monitoramento de corrente e tensão de motores
- Referências de velocidade para o inversor de frequência
- Comandos de posição para válvula de controle proporcional
- Saídas para indicadores analógicos
O 4–20 mA é um sinal comum na instrumentação de plantas. O limite inferior da faixa de medição corresponde a 4 mA, o superior a 20 mA, e tudo o que fica entre eles varia linearmente.
A faixa de 16 mA cobre 0–100%. Como o 0% fica em 4 mA, uma leitura de 0 mA se destaca como falha.
Percentual da faixa = (corrente − 4) ÷ 16 × 100%. Num transmissor de nível de 0–5 m, por exemplo, 12 mA significam 50%, ou 2,5 m. A corrente abaixo da qual o sinal é considerado falha é definida no dispositivo receptor ou nas especificações do instrumento.
Usa-se corrente porque ela mantém o valor em cabos longos. Com o 0% em 4 mA, um fio rompido que leva a corrente a zero aparece como falha, em vez de passar por uma leitura zero válida.
O lado receptor lê a corrente fazendo-a passar por um resistor e medindo a tensão. O módulo de entrada analógica R60AD4 da Mitsubishi Electric, por exemplo, tem resistência de entrada de 250 Ω para entrada em corrente, e assim 4–20 mA viram exatamente 1–5 V. Se um AI deve receber 4–20 mA ou 1–5 V depende das especificações do equipamento; confirme isso antes de definir a cablagem.
PI/PO: sinais de pulso para totalização e posicionamento
PI significa entrada de pulsos e PO, saída de pulsos. Eles transportam sinais de pulso, principalmente para monitorar vazão e energia totalizadas.
Os lados emissor e receptor combinam um peso do pulso, a quantidade que cada pulso representa, e o receptor soma essa quantidade a cada pulso recebido. Se um medidor de vazão está ajustado para 1 pulso = 0,1 m³ e envia 1.200 pulsos em uma hora, a vazão acumulada nessa hora é de 120 m³. Por isso, um peso do pulso diferente entre os dois lados desvia o total pelo mesmo fator.
Sinais PI/PO típicos:
- Saída de pulsos de um medidor de vazão (número de pulsos = vazão)
- Entrada de pulsos de encoder (detecção de posição e velocidade)
- Pulsos de medidor de energia (kWh totalizados)
- Contagem de produtos em uma linha transportadora (com sensor fotoelétrico)
- Pulsos de passo para um motor de passo
- Sinais de pulso para um contador externo ou outro CLP
O PO tem dois usos: repassar um total a outro dispositivo ou comandar quanto um motor deve girar. O segundo fica a cargo de um módulo de posicionamento do CLP.
No lado receptor, confirme também se a entrada acompanha a taxa de pulsos. O módulo de contagem rápida da Mitsubishi Electric, por exemplo, conta até 200 kpulsos/s (200.000 pulsos por segundo) com entrada CC.
Lendo uma lista de sinais (lista de I/O) japonesa
Quando dois equipamentos são conectados, alguém monta uma lista de sinais que reúne todos os sinais trocados entre eles, uma linha por sinal. O projeto do painel, a cablagem e a programação do CLP partem dessa lista. Veja a seguir como ficam algumas linhas, escritas do ponto de vista do painel de controle.
Além do tipo e da direção, acrescente uma coluna com as especificações a verificar em cada sinal.
Tags e especificações fictícios, apenas para ilustrar. O contato a é aberto em repouso e fecha ao ligar (NA); o contato b é o contrário (NF).
A direção é o ponto em que mais se erra. Registre no topo da lista de que painel ela foi escrita e, ao comparar a sua lista com a da outra empresa, confirme isso primeiro.
Termos japoneses que você verá na lista
As listas japonesas costumam usar os termos abaixo, às vezes em kanji, às vezes numa mistura de kanji e inglês.
Cada um deles muda a forma de cabear ou de configurar uma linha.
Em inglês, esses contatos também aparecem como Form A (NA) e Form B (NF). Se a lista tiver legenda própria do fornecedor, confirme o significado nela.
As tags de uma lista de sinais costumam coincidir com os números dos instrumentos no P&ID (diagrama de tubulação e instrumentação). Se você ainda está se familiarizando com desenhos japoneses em geral, veja como ler desenhos de engenharia japoneses.
Checklist: o que conferir em cada linha
Mesmo quando tipo e direção coincidem, uma especificação diferente impede o equipamento de funcionar. Confira cada linha nas folhas de dados do outro equipamento e do seu módulo de I/O.
- Ponto de vista: de que painel a lista foi escrita, na sua lista e na deles
- DI/DO: contato seco ou molhado, tensão e corrente, contato a (NA) ou b (NF), mantido ou pulsado
- AI/AO: faixa (a que correspondem 4 mA e 20 mA), qual lado alimenta a malha
- PI/PO: peso do pulso, largura do pulso, frequência máxima
- Tags: coerentes com os números dos instrumentos no P&ID
- Segurança: quais sinais fazem parte de circuitos de segurança (NR-12) e como foram projetados
Perguntas para enviar ao fornecedor japonês
Se a lista do fornecedor deixar algum destes pontos em aberto, pergunte antes de montar o painel. As perguntas abaixo podem ser coladas num e-mail como estão.
- A sua lista de sinais foi escrita do ponto de vista do seu painel ou do nosso? Indique isso no topo da lista.
- Em cada DI/DO, o contato é seco ou molhado? Se for molhado, qual a tensão e a corrente?
- Em cada contato, é do tipo a (NA) ou b (NF), e é mantido ou pulsado? Se for pulsado, qual a largura do pulso?
- Em cada AI/AO, a que valores de engenharia correspondem 4 mA e 20 mA? A malha é de 2 fios e qual lado fornece a alimentação da malha?
- Em cada PI/PO, qual o peso do pulso, a largura mínima do pulso e a frequência máxima?
- As tags coincidem com os números dos instrumentos no P&ID?
- Quais sinais são de segurança (parada de emergência, intertravamento) e que normas de segurança de máquinas foram aplicadas a eles?
Normas de referência no Brasil
Os limiares de entrada de 24 V CC citados acima vêm da IEC 61131-2, e os sinais CC analógicos de controle de processo são tratados na IEC 60381-1. Não confirmamos aqui o número nem a edição das normas ABNT NBR correspondentes; por isso, pergunte ao fornecedor quais edições valem para o projeto e não suponha que sejam idênticas.
Para instalações elétricas, vale também lembrar a NR-10 (segurança em instalações e serviços em eletricidade), além da NR-12 já citada. Este guia explica a lista de sinais e não substitui o projeto elétrico nem a análise de riscos da máquina.
Limites deste guia
- Nomes, valores nominais e velocidades de módulos são exemplos da série MELSEC iQ-R da Mitsubishi Electric. Outros fabricantes de CLP usam nomes e valores diferentes; consulte a folha de dados do módulo que você realmente usa.
- Qual lado fornece a tensão, e se são usados sinais de 100 V, varia conforme o projeto e a prática do projetista.
- O limiar de falha de um sinal de 4–20 mA é definido no dispositivo receptor ou pelo instrumento, não por este guia.
- A lista de sinais de exemplo é fictícia.
FAQ
O que é um sinal DI?
Um sinal DI é um sinal ON/OFF que um painel de controle ou CLP recebe de fora. Ele informa o estado de uma chave ou se um equipamento está em operação ou em falha, em um de dois estados: contato fechado ou contato aberto.
PIO e DIO são o mesmo que PI/PO?
Não. DIO é a abreviação de I/O digital e costuma se referir a uma placa de entrada/saída digital que se encaixa em um PC. PIO também aparece em nomes de modelos de placas, como a série PIO da Contec, e o mesmo fabricante vende modelos só de entrada, "PI", e só de saída, "PO". Essas placas tratam sinais ON/OFF, o que é diferente do PI/PO por pulsos usado na instrumentação.
Um DI pode ler um valor analógico?
Não diretamente. Um DI só conhece ON ou OFF. Se você só precisa de um aviso quando o nível passa de um valor ajustado, pode ligar a uma entrada DI uma saída a contato (DO) do instrumento ou de uma unidade de alarme. Se precisa do valor em si, use um AI.
Qual a diferença entre módulo DI e unidade DI?
Nenhuma, além do nome. A documentação japonesa da Mitsubishi Electric fala em "unidade de entrada", enquanto outros fabricantes e fornecedores fora do Japão podem dizer "módulo DI" ou "cartão de entrada".
Fontes
- Tipos e valores nominais de módulos de I/O: Mitsubishi Electric, módulos de I/O da série MELSEC iQ-R (em japonês)
- Categorias de módulos: Mitsubishi Electric, lista de módulos da série MELSEC iQ-R (em japonês)
- Velocidade do módulo de contagem rápida (200 kpulsos/s, entrada CC): Mitsubishi Electric, módulos de contagem rápida MELSEC iQ-R
- Faixas de entrada do R60AD4 e resistência de entrada de 250 Ω: Mitsubishi Electric Automation, "iQ-R Series Selection Guide: Analog Input Modules" (2019)
- Níveis ON/OFF da IEC 61131-2 para entradas de 24 V CC: Beckhoff Application Note DK9222-0909-0008
- Sinais analógicos CC para controle de processo: IEC 60381-1:1982, Analogue signals for process control systems, Part 1: Direct current signals
- Por que se usa 4–20 mA: Lessons In Industrial Instrumentation, "4 to 20 mA analog current signals"
- Contato a / contato b (NA, NF): Hokuyo Automatic, glossário (em japonês)
- Placas de I/O digital PIO e PI da Contec: PIO-16/16L(LPCI)H e PI-64L(PCI)H (páginas de produto da NTT-X Store, em japonês)
Artigo original em japonêsEste guia se baseia em um artigo do MONOSCOPE escrito para leitores no Japão: 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
Sobre a redação
Redação do MONOSCOPEFOUNDER & EDITORCerca de dez anos de atuação em um fabricante de equipamentos industriais e em uma empresa de engenharia de plantas, com propostas, projeto e comissionamento de equipamentos, seguidos da migração para o marketing digital. Hoje presta consultoria web a fabricantes B2B, ajudando-os a explicar com clareza seus produtos e tecnologias. Possui as licenças nacionais japonesas de Energy Manager e de Engenheiro-Chefe de Eletricidade de Terceira Classe.
Mantém um blog de engenharia desde 2017 (mais de 500 artigos) e um canal no YouTube em japonês com cerca de 20 mil inscritos. Cada guia é escrito do ponto de vista do chão de fábrica japonês e conferido com as normas citadas.
