DI/DO, AI/AO, PI/PO là gì? Cách đọc I/O list của Nhật Bản
Nhà cung cấp thiết bị Nhật gửi cho bạn danh sách tín hiệu, gọi là shingo risuto (信号リスト), hay còn gọi là I/O list. Mỗi dòng được gắn nhãn DI, DO, AI, AO, PI hoặc PO, còn cột thông số đầy những ghi chú như "tiếp điểm a", "tiếp điểm b", "tiếp điểm khô, giữ". Việc của bạn là gán từng dòng vào card của PLC hoặc DCS, và chỗ dễ vấp đầu tiên là: DI của nhà cung cấp có thể lại là DO của bạn.
Tóm tắt ngắn: DI/DO, AI/AO, PI/PO cho biết loại tín hiệu và chiều của tín hiệu. Chữ cái đầu là loại: D là số (ON/OFF), A là tương tự (ví dụ 4–20 mA), P là xung. Chữ cái sau là chiều: I là đầu vào, O là đầu ra, tính theo tủ điện đã lập danh sách. Bài này giải thích từng cặp, các thuật ngữ tiếng Nhật bạn sẽ gặp trên danh sách của nhà cung cấp, và những mục cần đối chiếu từng dòng trước khi bắt đầu đấu dây.
Cùng một tín hiệu là đầu ra ở phía gửi và là đầu vào ở phía nhận.
Ví dụ: tín hiệu 4–20 mA của đồng hồ lưu lượng là AO nếu nhìn từ phía đồng hồ, và là AI nếu nhìn từ phía DCS. Xung tổng lưu lượng của nó là PO ở đồng hồ và PI ở DCS. Người thiết kế tủ thường ghi nhãn theo phía tủ của mình, vì vậy hãy kiểm tra danh sách được viết từ phía nào.
Mục lục
- DI/DO, AI/AO và PI/PO: mỗi loại tín hiệu mang gì
- DI/DO: tín hiệu ON/OFF
- AI/AO: tín hiệu analog và 4–20 mA
- PI/PO: tín hiệu xung cho tích lũy và định vị
- Đọc danh sách tín hiệu (I/O list) của Nhật
- Checklist: những mục cần khớp ở mọi dòng
- Câu hỏi nên gửi cho nhà cung cấp Nhật
- Tiêu chuẩn và an toàn tại Việt Nam
- Giới hạn của bài viết
- Câu hỏi thường gặp
- Nguồn tham khảo
DI/DO, AI/AO và PI/PO: mỗi loại tín hiệu mang gì
Ba cặp này khác nhau ở thứ chúng mang: một trạng thái ON/OFF, một giá trị liên tục, hoặc một số đếm. Ví dụ, tín hiệu DI là tín hiệu số đi vào tủ đã lập danh sách.
ON/OFF, giá trị liên tục hay lượng được đếm: sự khác biệt chỉ có vậy.
O: đóng/mở van điện từ, chạy/dừng bơm
O: độ mở van điều khiển, lệnh tốc độ cho biến tần
O: chuyển giá trị tích lũy sang thiết bị khác, lệnh cho động cơ bước
Tên phần cứng theo dòng MELSEC iQ-R của Mitsubishi Electric. Tài liệu tiếng Nhật gọi module là "unit" (yunitto), còn các hãng khác nói "module" hoặc "card".
Bảng dưới đây thu hẹp phần so sánh vào hai việc: khi nào dùng loại nào, và phải đối chiếu những thông số nào giữa hai phía.
| DI/DO | AI/AO | PI/PO | |
|---|---|---|---|
| Mang | ON/OFF (hai trạng thái) | Giá trị liên tục, tức thời | Số xung (lượng tích lũy) |
| Phù hợp với | Trạng thái, lỗi, lệnh chạy | Giám sát giá trị đo, lệnh độ mở van | Lưu lượng và điện năng tích lũy, định vị |
| Điểm yếu | Không cho biết độ lớn | Không phù hợp để tích lũy | Lệch giá trị mỗi xung thì tổng bị sai |
| Dạng thường gặp | Tiếp điểm khô, 24 V DC | 4–20 mA, 1–5 V | Xung tiếp điểm, xung điện áp |
| Thông số cần khớp | Có điện áp hay không, tiếp điểm a/b, giữ hay xung | Dải đo, phía nào cấp nguồn cho vòng dòng | Giá trị mỗi xung, độ rộng xung, tần số tối đa |
Các tín hiệu này đổ về DCS hay về tủ điều khiển cục bộ là tùy quy mô nhà máy.
DI/DO: tín hiệu ON/OFF
DI là digital input (đầu vào số), DO là digital output (đầu ra số). Chúng mang tín hiệu ON/OFF, chủ yếu là lệnh vận hành, trạng thái và tín hiệu lỗi giữa các thiết bị. Phần lớn chạy bằng nguồn đo lường 24 V DC, dù một số nhà máy Nhật còn dùng tín hiệu 100 V DC hoặc 100 V AC. Phía nào cấp điện áp là lựa chọn thiết kế, nên khác nhau theo từng dự án.
Lưu ý với nhà máy ở Việt Nam: điện lưới một pha ở Việt Nam là 220 V, nên nếu thiết bị Nhật dùng tín hiệu 100 V thì hãy xác nhận điện áp tín hiệu thực tế của từng dòng với nhà cung cấp, đừng mặc định.
Các tín hiệu DI/DO điển hình gồm:
- Tín hiệu cảm biến (cảm biến tiệm cận, cảm biến quang, công tắc hành trình)
- Trạng thái nút nhấn (ON/OFF)
- Phát hiện đóng/mở cửa và nắp che (khóa liên động an toàn)
- Trạng thái thiết bị đang chạy/đang dừng
- Lệnh đóng/mở van điện từ
- Tín hiệu chạy/dừng gửi tới thiết bị
Lệnh đóng/mở gửi tới van tự động và tín hiệu phản hồi từ công tắc hành trình của van là một cặp DO/DI thường gặp; cách hai tín hiệu này phối hợp được giải thích trong bài về cảnh báo jutai (quá thời gian hành trình van).
Nhận DI: tiếp điểm khô và tiếp điểm có điện áp
Khi DI đến từ một thiết bị khác, một cách đấu nối thường gặp là tiếp điểm khô (dry contact), tiếng Nhật gọi là mudenatsu setten (無電圧接点, "tiếp điểm không điện áp"). Bản thân tiếp điểm không mang điện áp. Nguồn từ tủ nhận đi qua tiếp điểm của phía kia rồi quay về cực đầu vào, nên đầu vào chuyển sang ON khi tiếp điểm đóng.
Nếu phía kia gửi tiếp điểm có điện áp (wet contact), tiếng Nhật là yudenatsu setten (有電圧接点), hãy khớp loại và mức điện áp với module đầu vào của bạn.
Với đầu vào 24 V DC, ngưỡng ON/OFF lấy từ tiêu chuẩn PLC IEC 61131-2, trong đó định nghĩa ba loại đầu vào. Loại 1, dành cho tiếp điểm cơ khí, chuyển sang ON ở 15 V trở lên và OFF ở 5 V trở xuống. Loại 2 và 3, phù hợp cả với cảm biến 2 dây, chuyển sang ON ở 11 V trở lên.
Gửi DO: đầu ra rơ-le, transistor hay triac
Ở phía đầu ra, hãy chọn kiểu đầu ra phù hợp với tải. PLC của Mitsubishi Electric chẳng hạn có ba kiểu:
- Đầu ra rơ-le: đóng cắt bằng tiếp điểm, dùng được cho cả tải DC và AC (24 V DC hoặc 240 V AC, 2 A mỗi điểm)
- Đầu ra transistor: chỉ dùng cho tải DC. Không có tiếp điểm cơ khí nên phù hợp với đóng cắt ON/OFF nhanh (12/24 V DC)
- Đầu ra triac: chỉ dùng cho tải AC (100–240 V AC)
Đầu ra transistor có hai loại sink và source tùy theo chiều dòng điện, và phải khớp với mạch đầu vào của phía bên kia. Hãy đối chiếu điện áp, dòng điện và thời gian đáp ứng của từng đầu ra với tài liệu kỹ thuật của cả thiết bị nhận lẫn module.
Kết hợp các tín hiệu ON/OFF như thế để vận hành máy gọi là điều khiển tuần tự (sequence control).
AI/AO: tín hiệu analog và 4–20 mA
AI là analog input (đầu vào tương tự), AO là analog output (đầu ra tương tự). Chúng mang tín hiệu analog như 4–20 mA, chủ yếu là giá trị cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và lệnh gửi tới cơ cấu chấp hành như van điều khiển. Tín hiệu analog cho biết giá trị ngay tại thời điểm đó, nhưng không phù hợp để tích lũy một đại lượng theo thời gian.
Các tín hiệu AI/AO điển hình gồm:
- Tín hiệu cảm biến nhiệt độ
- Ngõ ra của bộ truyền áp suất (pressure transmitter)
- Ngõ ra analog của đồng hồ lưu lượng (4–20 mA và các loại khác)
- Tín hiệu cảm biến mức
- Ngõ ra của máy đo pH và độ dẫn điện
- Giám sát dòng điện và điện áp của động cơ
- Lệnh tốc độ gửi tới biến tần (inverter)
- Lệnh độ mở gửi tới van điều khiển tỷ lệ
- Ngõ ra tới đồng hồ chỉ thị analog
4–20 mA là tín hiệu phổ biến trong đo lường nhà máy. Giới hạn dưới của dải đo ứng với 4 mA, giới hạn trên ứng với 20 mA, và các giá trị ở giữa thay đổi tuyến tính.
Khoảng 16 mA bao phủ 0–100%. Vì 0% nằm ở 4 mA, giá trị 0 mA nổi bật lên như một sự cố.
Phần trăm dải đo = (dòng − 4) ÷ 16 × 100%. Ví dụ với bộ đo mức 0–5 m, 12 mA tương ứng 50%, tức 2,5 m. Mức dòng dưới bao nhiêu thì coi là sự cố do thiết bị nhận cài đặt hoặc do thông số của dụng cụ đo quy định.
Người ta dùng dòng điện vì giá trị ít suy giảm khi dây dẫn dài. Khi 0% được đặt ở 4 mA, dây bị đứt làm dòng về 0 sẽ hiện ra như một sự cố, chứ không bị nhầm với giá trị 0 hợp lệ.
Phía nhận đọc dòng điện bằng cách cho dòng chạy qua một điện trở rồi đo điện áp. Ví dụ module đầu vào analog R60AD4 của Mitsubishi Electric có điện trở đầu vào 250 Ω cho đầu vào dòng, nên 4–20 mA trở thành đúng 1–5 V. AI nhận 4–20 mA hay 1–5 V tùy thông số thiết bị, vì vậy hãy xác nhận trước khi chọn cách đấu dây.
PI/PO: tín hiệu xung cho tích lũy và định vị
PI là pulse input (đầu vào xung), PO là pulse output (đầu ra xung). Chúng mang tín hiệu xung, chủ yếu để giám sát lưu lượng tích lũy và điện năng tích lũy.
Phía gửi và phía nhận thống nhất một giá trị mỗi xung (pulse weight, tiếng Nhật là ichi-parusu no omomi), tức lượng mà mỗi xung đại diện, và phía nhận cộng thêm lượng đó mỗi khi có một xung đến. Nếu đồng hồ lưu lượng đặt 1 xung = 0,1 m³ và gửi 1.200 xung trong một giờ, lưu lượng của giờ đó là 120 m³. Vì thế nếu giá trị mỗi xung ở hai phía khác nhau, tổng sẽ lệch đúng bằng tỷ lệ đó.
Các tín hiệu PI/PO điển hình gồm:
- Ngõ ra xung của đồng hồ lưu lượng (số xung = lưu lượng)
- Đầu vào xung của encoder (phát hiện vị trí và tốc độ)
- Xung của đồng hồ điện năng (kWh tích lũy)
- Đếm sản phẩm trên băng tải (kết hợp cảm biến quang)
- Xung điều khiển gửi tới động cơ bước
- Tín hiệu xung gửi tới bộ đếm ngoài hoặc PLC khác
PO có hai cách dùng: chuyển giá trị tích lũy sang thiết bị khác, hoặc ra lệnh cho động cơ quay bao nhiêu. Cách thứ hai do module định vị của PLC đảm nhiệm.
Ở phía nhận, cũng cần xác nhận đầu vào theo kịp tốc độ xung. Ví dụ module đếm tốc độ cao của Mitsubishi Electric đếm được tới 200 kpulse/s (200.000 xung mỗi giây) với đầu vào DC.
Đọc danh sách tín hiệu (I/O list) của Nhật
Khi hai thiết bị được nối với nhau, thường có người lập một danh sách tín hiệu liệt kê mọi tín hiệu trao đổi, mỗi tín hiệu một dòng. Thiết kế tủ, đấu dây và lập trình PLC đều dựa trên danh sách này. Dưới đây là vài dòng mẫu, viết từ phía tủ điều khiển.
Ngoài loại và chiều, hãy thêm một cột cho các thông số cần kiểm tra ở từng tín hiệu.
Tag và thông số là giả định, chỉ để minh họa. Tiếp điểm a bình thường hở và đóng lại khi ON; tiếp điểm b thì ngược lại.
Chiều là chỗ dễ nhầm nhất. Hãy ghi ở đầu danh sách rằng danh sách được viết từ tủ nào, và khi đối chiếu với danh sách của công ty bên kia, hãy xác nhận điểm này trước tiên.
Các thuật ngữ tiếng Nhật bạn sẽ thấy trên danh sách
Danh sách của Nhật thường dùng các thuật ngữ sau, khi thì viết bằng chữ Hán, khi thì pha chữ Hán với chữ cái Latinh.
Mỗi thuật ngữ dưới đây làm thay đổi cách đấu dây hoặc cài đặt của một dòng.
Tài liệu tiếng Anh cũng gọi các tiếp điểm này là Form A (NO) và Form B (NC). Nếu danh sách có chú giải riêng của nhà cung cấp, hãy xác nhận ý nghĩa theo chú giải đó.
Tag trên danh sách tín hiệu thường khớp với số hiệu dụng cụ trên P&ID (sơ đồ đường ống và thiết bị đo). Nếu bạn còn mới với bản vẽ của Nhật nói chung, hãy xem bài hướng dẫn đọc bản vẽ kỹ thuật Nhật Bản.
Checklist: những mục cần khớp ở mọi dòng
Dù loại và chiều đã khớp, chỉ cần lệch một thông số là thiết bị sẽ không chạy. Hãy đối chiếu từng dòng với tài liệu kỹ thuật của thiết bị bên kia và của module I/O của bạn.
- Góc nhìn: danh sách được viết từ tủ nào, trên cả danh sách của bạn lẫn của họ
- DI/DO: tiếp điểm khô hay có điện áp, điện áp và dòng điện, tiếp điểm a hay b, giữ hay xung
- AI/AO: dải đo (4 mA và 20 mA ứng với giá trị nào), phía nào cấp nguồn cho vòng dòng
- PI/PO: giá trị mỗi xung, độ rộng xung, tần số tối đa
- Tag: thống nhất với số hiệu dụng cụ trên P&ID
Câu hỏi nên gửi cho nhà cung cấp Nhật
Nếu danh sách của nhà cung cấp còn bỏ ngỏ điểm nào dưới đây, hãy hỏi trước khi chế tạo tủ. Bạn có thể dán các câu hỏi này vào email (dịch sang tiếng Anh hoặc tiếng Nhật khi gửi).
- Danh sách tín hiệu của quý công ty được viết từ phía tủ của quý công ty hay của chúng tôi? Xin ghi rõ điều này ở đầu danh sách.
- Với từng DI/DO, tiếp điểm là tiếp điểm khô hay có điện áp? Nếu có điện áp, điện áp và dòng điện là bao nhiêu?
- Với từng tiếp điểm, đó là tiếp điểm a (NO) hay b (NC), và là tín hiệu giữ hay xung? Nếu là xung, độ rộng xung là bao nhiêu?
- Với từng AI/AO, 4 mA và 20 mA tương ứng với giá trị kỹ thuật nào? Vòng dòng là 2 dây không, và phía nào cấp nguồn cho vòng dòng?
- Với từng PI/PO, giá trị mỗi xung, độ rộng xung tối thiểu và tần số tối đa là bao nhiêu?
- Tag có khớp với số hiệu dụng cụ trên P&ID không?
Tiêu chuẩn và an toàn tại Việt Nam
Các ngưỡng ON/OFF và dải tín hiệu trong bài dựa trên tiêu chuẩn quốc tế IEC 61131-2 (PLC) và IEC 60381-1 (tín hiệu dòng điện một chiều trong điều khiển quá trình). Chúng tôi chưa xác nhận được số hiệu TCVN tương ứng, nên nếu cần ghi tiêu chuẩn vào hồ sơ hoặc hợp đồng, hãy hỏi nhà cung cấp hoặc tra danh mục TCVN hiện hành thay vì mặc định là "giống hệt".
Khi đấu dây hoặc đo kiểm trên tủ điện, hãy tuân theo quy trình an toàn điện của nhà máy mình, phù hợp với yêu cầu của Luật An toàn, vệ sinh lao động 2015. Bài này giải thích ý nghĩa tín hiệu, không phải hướng dẫn thao tác.
Giới hạn của bài viết
- Tên module, thông số định mức và tốc độ là ví dụ từ dòng MELSEC iQ-R của Mitsubishi Electric. Các hãng PLC khác dùng tên và giá trị khác, nên hãy xem tài liệu kỹ thuật của module bạn thực sự dùng.
- Phía nào cấp điện áp, và có dùng tín hiệu 100 V hay không, tùy dự án và thói quen của người thiết kế.
- Ngưỡng sự cố của tín hiệu 4–20 mA do thiết bị nhận cài đặt hoặc do dụng cụ đo quy định, không phải do bài này quy định.
- Danh sách tín hiệu mẫu là giả định.
Câu hỏi thường gặp
Tín hiệu DI là gì?
Tín hiệu DI là tín hiệu ON/OFF mà tủ điều khiển hoặc PLC nhận từ bên ngoài. Nó báo trạng thái công tắc hoặc việc thiết bị đang chạy hay đang lỗi, dưới dạng một trong hai trạng thái: tiếp điểm đóng hoặc tiếp điểm mở.
PIO và DIO có giống PI/PO không?
Không. DIO là viết tắt của digital I/O và thường chỉ card vào/ra số cắm vào máy tính. PIO cũng được dùng trong tên model của card, như dòng PIO của Contec, và cùng hãng này còn bán các model chỉ có đầu vào "PI" và chỉ có đầu ra "PO". Các card này xử lý tín hiệu ON/OFF, nên khác nghĩa với PI/PO dựa trên xung trong đo lường.
DI có đọc được giá trị analog không?
Không trực tiếp. DI chỉ biết ON hoặc OFF. Nếu bạn chỉ cần cảnh báo khi mức vượt một ngưỡng, có thể đưa ngõ ra tiếp điểm (DO) của dụng cụ đo hoặc bộ cảnh báo vào một DI. Nếu cần chính giá trị đó, hãy dùng AI.
Module DI và unit DI khác nhau thế nào?
Không khác gì ngoài tên gọi. Tài liệu tiếng Nhật của Mitsubishi Electric gọi là "input unit" (nyuryoku yunitto), còn các hãng khác và nhà cung cấp ngoài Nhật có thể nói "DI module" hoặc "input card".
Nguồn tham khảo
- Loại module I/O và thông số định mức: Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R Series I/O modules (tiếng Nhật)
- Phân loại module: Mitsubishi Electric, danh sách module MELSEC iQ-R Series (tiếng Nhật)
- Tốc độ module đếm tốc độ cao (200 kpulse/s, đầu vào DC): Mitsubishi Electric, MELSEC iQ-R high-speed counter modules
- Dải đầu vào và điện trở đầu vào 250 Ω của R60AD4: Mitsubishi Electric Automation, "iQ-R Series Selection Guide: Analog Input Modules" (2019)
- Mức ON/OFF của đầu vào 24 V DC theo IEC 61131-2: Beckhoff Application Note DK9222-0909-0008
- Tín hiệu analog một chiều trong điều khiển quá trình: IEC 60381-1:1982, Analogue signals for process control systems, Part 1: Direct current signals
- Lý do dùng 4–20 mA: Lessons In Industrial Instrumentation, "4 to 20 mA analog current signals"
- Tiếp điểm a / tiếp điểm b (NC, break contact): Hokuyo Automatic, bảng thuật ngữ (tiếng Nhật)
- Card I/O số PIO và PI của Contec: PIO-16/16L(LPCI)H và PI-64L(PCI)H (trang sản phẩm NTT-X Store, tiếng Nhật)
Bài gốc tiếng NhậtHướng dẫn này được biên soạn từ một bài viết của MONOSCOPE dành cho độc giả tại Nhật: 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
Về biên tập viên
Biên tập viên MONOSCOPEFOUNDER & EDITORKhoảng mười năm làm việc tại một nhà sản xuất thiết bị nhà máy và một công ty kỹ thuật nhà máy, phụ trách đề xuất, thiết kế và chạy thử thiết bị, sau đó chuyển sang tiếp thị trực tuyến. Hiện là tư vấn web cho các nhà sản xuất B2B, giúp họ trình bày rõ sản phẩm và công nghệ. Có chứng chỉ quốc gia Nhật Bản về Quản lý năng lượng (Energy Manager) và Kỹ sư điện trưởng hạng ba.
Viết blog kỹ thuật từ năm 2017 (hơn 500 bài) và có kênh YouTube tiếng Nhật với khoảng 20.000 người đăng ký. Mỗi hướng dẫn được viết từ góc nhìn hiện trường Nhật Bản và đối chiếu với các tiêu chuẩn được trích dẫn.
