في عالم الصناعة، توجد أنواع عديدة ومختلفة من مخرجات أجهزة الاستشعار. بعضها بسيط، مثل المخرجات المنفصلة، وبعضها الآخر معقد، مثل مخرجات إيثرنت أو المخرجات التناظرية. بغض النظر عن مستوى التعقيد، تبدأ جميعها بمستشعر يستقبل إشارة فيزيائية، مثل الضوء أو الصوت، ويستجيب بإشارة كهربائية، أو خرج. لكل من هذين النوعين من المخرجات استخداماته الخاصة. ولكن عند الحديث عن المخرجات المنفصلة، هناك بعض الأمور التي يجب أن تعرفها.
فهم المخرجات المنفصلة
هناك نوعان رئيسيان من المخرجات المنفصلة: مخرجات المرحلات الكهروميكانيكية (EM) ومخرجات الحالة الصلبة. وكلاهما منفصلان، أي أنهما يشيران إلى وجود حالة ما أو أخرى، مثل «تشغيل» و«إيقاف»، أو «صحيح» و«خطأ».
تستخدم مخرجات المرحلات الكهروميكانيكية مفتاحًا ميكانيكيًّا لتغيير حالة تدفق الإشارة. وعندما يتم تشغيل مغناطيس كهربائي في مخرج مرحل كهروميكانيكي، يقوم هذا المغناطيس بسحب المحرك لأسفل لإغلاق نقطة التلامس. ويؤدي ذلك إلى إكمال الدائرة الكهربائية والسماح بتدفق التيار. وعندما ينطفئ المغناطيس الكهربائي، يقوم زنبرك بسحب المحرك إلى الخلف، مما يؤدي إلى فتح الوصلة وقطع تدفق التيار. وتُعد هذه المفاتيح أكثر كفاءة في تبديل الأحمال الكهربائية العالية مقارنة بمخرجات الحالة الصلبة، إلا أن الأجزاء المتحركة تحد من عمرها التشغيلي وتتميز بسرعة استجابة أبطأ قليلاً مقارنة بمخرجات الحالة الصلبة.
المخرجات المنفصلة الأكثر شيوعًا هي مخرجات الحالة الصلبة. وهي تعمل بواسطة الترانزستور، وهو مفتاح إلكتروني يعمل على تشغيل التيار أو إيقافه. يمكنك التفكير في المخرجات ذات الحالة الصلبة على أنها تشبه مرحلًا كهرومغناطيسيًا، ولكن بدون أي أجزاء متحركة. فهي توفر سرعات تبديل عالية وتتميز بمقاومتها للصدمات والاهتزازات. توفر شركة Banner مستشعرات مزودة بمخرجات ذات حالة صلبة تعمل بالتيار المتردد (AC) والتيار المستمر (DC) على حد سواء. ومع ذلك، فإن المخرجات ذات الحالة الصلبة من نوع PNP أو NPN متوفرة في الأجهزة التي تعمل بالتيار المستمر (DC) فقط.
إذن، ما الفرق بين PNP وNPN؟
على الرغم من أنه من الشائع أن يشير الناس إلى المستشعرات بعبارات PNP أو NPN، فإن هذه الاختصارات تشير في الواقع إلى نوع الترانزستور المستخدم في الجهاز. ويكمن الفرق بين PNP وNPN في بنية المادة شبه الموصلة الموجودة داخل الترانزستور. في الترانزستور PNP، تتكون المادة شبه الموصلة من ثلاث طبقات: طبقة سالبة (N) بين طبقتين موجبتين (P): موجب-سالب-موجب، أو PNP. وبالمثل، يحتوي الترانزستور NPN على طبقة موجبة محصورة بين طبقتين سالبتين: سالب-موجب-سالب، أو NPN. وعلى الرغم من اختلاف بنيتهما، فإن كلا النوعين يحتويان على أطراف توصيل إيجابية وسلبية ويتم توصيلهما بجهاز يُسمى «الحمل»، مثل مصباح مؤشر مرفق، أو محور، أو وحدة تحكم رئيسية IO-Link، أو وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وما إلى ذلك.
مخرجات برنامج PNP
يُعرف مخرج PNP أيضًا باسم «مخرج التغذية»، وهو يزود الحمل المتصل به بالتيار. ويتم توصيل الحمل الكهربائي بين مخرج المستشعر والطرف السالب (المشترك) لمصدر الطاقة. ويكون جهد الخرج مساويًا لجهد مصدر الطاقة.
مخرجات NPN
نظرًا لأن مخرجات NPN توفر التوصيل بالأرض للدائرة، فإنها تُعرف أيضًا باسم «مخرجات التوصيل بالأرض». في هذه الحالة، يتم توصيل الحمل الكهربائي بين مخرج المستشعر والطرف الموجب لمصدر الطاقة. ويكون جهد الخرج عبارة عن إشارة أرضية. وفي مخرجات NPN، يتدفق التيار في اتجاه معاكس لاتجاهه في مخرجات PNP.
أنواع مخرجات المستشعرات المختلفة
تختلف أنواع المخرجات باختلاف المستشعرات. تحتوي المستشعرات ثنائية القطب على ترانزستورات من نوعي PNP وNPN في تكوين مزدوج المخرجات. إذا لم تكن متأكدًا من نوع المخرج الذي تحتاجه، فيمكنك توصيل أيّ منهما. ومع ذلك، عادةً ما يتم توصيل مخرج واحد فقط بوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC).
ستكون المستشعرات ذات المخرجات التكميلية إما من النوع PNP أو NPN. وتحتوي هذه الأجهزة على سلكي خرج، أحدهما مفتوح والآخر مغلق.
يحتوي خرج "الدفع والسحب" على ترانزستورات خرج من نوعي PNP وNPN في نفس الدائرة. إذا كانت الدائرة قيد التشغيل وترسل إشارة PNP، فإنها سترسل إشارة NPN عند إيقاف تشغيلها (والعكس صحيح). تتميز المستشعرات ذات المخرج الدفع-السحب بإعداد للقطبية يتيح للمستخدم اختيار المخرج الذي سيكون نشطًا عند تشغيل المستشعر.
متى تستخدم PNP و NPN
غالبًا ما يحدد المكان الذي تتواجد فيه في العالم نوع المخرج المنفصل الذي ستستخدمه. ففي آسيا، تستخدم حوالي 90 في المائة من المخرجات نوع NPN. أما في أوروبا، فإن حوالي 90 في المائة من المخرجات هي من نوع PNP. وفي الولايات المتحدة، تبلغ نسبة استخدام نوع NPN إلى PNP حوالي 60 إلى 40.
سيبحث جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) عن إشارة من نوع PNP أو NPN، لذا تأكد من استخدام خرج المستشعر الصحيح الذي يتوافق مع الإشارة المحددة التي يتطلبها جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) لتطبيقك المحدد. وستجد هذه المعلومات في وثائق جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) ومخططات التوصيلات الكهربائية.
عند العمل على تطبيقك القادم،, اتصل بالخبراء في شركة لانجير للهندسة للحصول على المساعدة في تحديد احتياجاتك المحددة من مخرجات PNP أو NPN.
تنزيل دليل المفاتيح السعوية من Langir (PDF)
يستند هذا المقال إلى معلومات فنية نشرتها في الأصل شركة Banner (bannerengineering.com).
