NPN和PNP傳感器與PLC連接方法探討

蔣發(fā)倫，徐明燦

（重慶三峽職業(yè)學(xué)院 重慶 404000）

1 引言

在現(xiàn)代工業(yè)控制中，大量使用光電傳感器，要想能熟練地使用、維修及更換它，必須掌握光電傳感器的結(jié)構(gòu)、它與PLC連接時(shí)如何與PLC的輸入類型配合，接線時(shí)的工作原理及連接時(shí)的規(guī)律，本文對(duì)這幾方面的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行闡述。

2 光電傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

NPN與PNP型傳感器其內(nèi)部本質(zhì)就是由NPN或PNP三極管為主構(gòu)成的電子器件，利用三極管飽和導(dǎo)通和截止的開關(guān)特性，輸出兩種狀態(tài)，屬于開關(guān)型傳感器。NPN與PNP型傳感器一般有三條引出線，即電源線VCC（紅色）、0V（藍(lán)色）線，out信號(hào)（黑色）輸出線[1]。

如圖1（a）所示，NPN型傳感器接線時(shí)，棕色接電源正極，藍(lán)色接負(fù)極，黑色接負(fù)載。當(dāng)傳感器通電工作后，沒有信號(hào)時(shí)，傳感器中的三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極和發(fā)射極開路，此時(shí)信號(hào)輸出線和電源正極等電位，傳感器輸出端是高電平。當(dāng)有信號(hào)觸發(fā)時(shí)，傳感器中的三極管處于飽和狀態(tài)，集電極和發(fā)射極近似短路，此時(shí)信號(hào)輸出線和0V線連接，相當(dāng)于傳感器輸出是低電平，實(shí)際是約為0V。

對(duì)于PNP傳感器工作原理如圖1（b）所示，它的引腳接線方法與NPN完全一樣，還是棕色接電源正極，藍(lán)色接負(fù)極，黑色接負(fù)載。傳感器通電工作后，當(dāng)沒有信號(hào)時(shí)，傳感器中的三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，集電極和發(fā)射極開路，此時(shí)信號(hào)輸出線和電源負(fù)極等電位，傳感器輸出的是低電平。當(dāng)有信號(hào)觸發(fā)時(shí)，傳感器中的三極管處于飽和狀態(tài)，集電極和發(fā)射極近似短路，此時(shí)信號(hào)輸出線和電源正極連接，傳感器輸出的是高電平。可以看出，PNP工作時(shí)輸出電平跟NPN剛好是相反的。

圖1 PNP傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

3 PLC輸入類型

PLC在連接光電傳感器之前，首先要了解PLC的輸入類型，它分為漏型和源型輸入。漏型意思指的是信號(hào)漏掉，也就是信號(hào)的流出；而源型則相反，是指信號(hào)的流入。信號(hào)的流入與流出需要有一個(gè)參考點(diǎn)，判斷電流是從這個(gè)參考點(diǎn)流入還是流出的，不同的PLC對(duì)于使用的這個(gè)參考點(diǎn)是不一樣的[2]。

三菱PLC信號(hào)輸入是以輸入點(diǎn)X作為參考點(diǎn)，直流信號(hào)從這個(gè)輸入點(diǎn)（X點(diǎn)）的流入還是流出來判斷是源型接法還是漏接法。信號(hào)從X點(diǎn)流出稱為漏型接法，信號(hào)從X點(diǎn)流入稱為源型接法。

觀察圖2（a），可以看出公共端和X端在輸入電路中，公共端為流入，X端則為流出，所以為漏形輸入。反之如圖2（b），輸入X的電流為流入，所以為源型輸入。

下面我們以三菱FX3U機(jī)型為例，輸入端電路連接如圖2（a）所示，主要分析一下漏型的工作原理。

對(duì)于漏型輸入型PLC來說，如圖2（a）電路所示，輸入端的電源采用PLC提供的24V直流電源，接線時(shí)，公共端S/S接直流電源的正極（+24V），輸入X端通過開關(guān)接PLC內(nèi)部電路，內(nèi)部電路并聯(lián)后接24V直流電源的負(fù)極（0V），根據(jù)電子技術(shù)基本知識(shí)可以看出，當(dāng)輸入端信號(hào)開關(guān)斷開時(shí)，輸入端為高電平，該端的指示燈不亮；當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，該輸入端為低電平，該端的指示燈亮，電流從該端流出，所以稱為漏型輸入。

對(duì)于源型輸入型PLC，如圖2（b）電路所示，輸入端接線剛好與漏型相反，公共端接直流電源的負(fù)極（0V），輸入X端通過開關(guān)并聯(lián)后接直流電源的正極（+24V），所以得到的結(jié)論相反，當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，該輸入端為高電平，該端的指示燈亮，電流從該端流入，為漏型輸入。

圖2 PLC傳輸類型

對(duì)于三菱FX3U機(jī)型，通過上圖可以看出，由于內(nèi)部的光電三極管中發(fā)光管是兩個(gè)反向發(fā)光二極管并聯(lián)，當(dāng)輸入回路的電源極性改變時(shí)，它都可以發(fā)光工作，所以對(duì)于該機(jī)型來說，即可以作漏型輸入，也可以作源型輸入。市場上大部分的PLC都可以作兩型輸入，但也有少量PLC只能作一種類型的輸入，具體到每一種PLC，在使用前，要通過看說明書或查資料搞清楚其輸入類型。

由上面敘述可知，對(duì)于三菱PLC分為漏型和源型兩種，漏型連接輸入信號(hào)時(shí)，PLC的公共端S/S接直流電的正極，當(dāng)信號(hào)有效時(shí)，輸入端為低電平；而源型則相反，PLC的公共端S/S接直流電的負(fù)極，當(dāng)信號(hào)有效時(shí)，輸入端為高電平。

4 NPN和PNP傳感器與三菱PLC連接類型

4.1 NPN型傳感器和三菱FX3U類型PLC的接線方式

NPN型傳感器一般具有三個(gè)輸出引腳，分別是電源正（棕）、電源負(fù)（藍(lán)）和信號(hào)線（黑）。在和PLC連接時(shí)，將傳感器的棕色線和藍(lán)色線分別接24V電源的正負(fù)極，而信號(hào)線則和PLC的輸入端X連接，PLC公共端S/S接直流電極的正極。

在圖1（a）中，根據(jù)電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，當(dāng)傳感器沒有檢測到信號(hào)時(shí)，內(nèi)部的三極管截止，則傳感器輸出端（PLC輸入端）為高電平；當(dāng)傳感器檢測到信號(hào)時(shí)，內(nèi)部的三極管飽和導(dǎo)通，則傳感器輸出端（PLC輸入端）變?yōu)榈碗娖健?/p>

4.2 PNP型傳感器和三菱FX3U類型PLC的接線方式

PNP型傳感器一般也是三個(gè)輸出引腳，也是電源正（棕）、電源負(fù)（藍(lán)）和信號(hào)線（黑）。在和PLC連接時(shí)，將傳感器的棕色線和藍(lán)色線分別接24V電源的正負(fù)極，而信號(hào)線則和PLC的輸入端X連接，接線方式圖1（b）所示。

在圖1（b）中，PLC公共端S/S接直流電源的負(fù)極，當(dāng)傳感器沒有檢測到信號(hào)時(shí)，內(nèi)部的三極管截止，則傳感器的輸出端（PLC輸入端）為低電平；當(dāng)傳感器檢測到信號(hào)時(shí)，內(nèi)部的三極管飽和導(dǎo)通，則傳感器的輸出端變?yōu)楦唠娖健?/p>

對(duì)于三菱FX3U類型的PLC來說，即可以采用漏型輸入，也可以采用源型輸入，上面兩種接法都可以，這是經(jīng)過實(shí)踐證明了的。歸納總結(jié)前面的結(jié)論，無論是NPN型傳感器還是PNP型傳感器，它們與PLC連接時(shí)接線方法都是一樣的，棕色線接電源正極，藍(lán)色線接電源負(fù)極，黑色線接PLC的輸入端，不同的是PLC輸入端24V電源線與PLC的公共端接線不同，具體的是采用漏型輸入（NPN）時(shí)PLC的公共端接24V電源的正極；采用源型輸入（PNP）時(shí)PLC的公共端接24V電源的負(fù)極。

5 光電傳感器與PLC連接接線方法

經(jīng)過以上對(duì)光電傳感器接線方法的研究可知，對(duì)于NPN光電傳感器，當(dāng)它與三菱PLC相連時(shí)，應(yīng)當(dāng)與漏型輸入的PLC相連，此時(shí)PLC的公共端都應(yīng)該與24V直流電源的正極相連，所有輸入信號(hào)的公共端應(yīng)該與24V直流電源的負(fù)極相連。對(duì)于PNP光電傳感器則剛好相反，所以需要記住NPN的接線方法。另外，在接線前還要清楚所用PLC的輸入類型是漏型還是源型，還是兩種輸入都可以，避免接線錯(cuò)誤。

西門子PLC中是以輸入端的公共端M作為參考點(diǎn)，以信號(hào)從輸入信號(hào)端的公共端（M點(diǎn)）流入稱為源型輸入，反之則稱為漏型輸入[3]。因此，這也是為什么會(huì)出現(xiàn)在三菱的PLC中稱為源型接法，但卻在西門子PLC里面卻是稱為漏型接法。