В промышленном мире существует множество различных типов выходов датчиков. Некоторые из них просты, например дискретные выходы, а другие — сложны, такие как выходы Ethernet или аналоговые выходы. Независимо от уровня сложности, все они начинаются с того, что датчик принимает физический сигнал, например свет или звук, и отвечает на него электрическим сигналом, или выходом. Оба типа выходов имеют своё применение. Однако при обсуждении дискретных выходов следует учитывать несколько моментов.
Понимание дискретных выходов
Существует два основных типа дискретных выходов: электромеханические (ЭМ) релейные выходы и твердотельные выходы. Оба типа являются дискретными, то есть сигнализируют о нахождении сигнала в том или ином состоянии, например «включено» или «выключено», «истина» или «ложь».
В электромеханических релейных выходах для изменения состояния сигнала используется механический переключатель. Когда в электромеханическом реле включается электромагнит, он притягивает якорь вниз, замыкая контакт. Это замыкает цепь и обеспечивает протекание тока. Когда электромагнит выключается, пружина оттягивает якорь назад, размыкая контакт и прерывая протекание тока. Эти переключатели лучше справляются с переключением высоких электрических нагрузок, чем твердотельные выходы, однако наличие движущихся частей ограничивает их срок службы и приводит к несколько более низкой скорости отклика по сравнению с твердотельными выходами.
Наиболее распространенными дискретными выходами являются полупроводниковые. Они работают на основе транзисторов — электронных переключателей, которые включают или отключают ток. Твердотельные выходы можно представить как электромагнитные реле, но без каких-либо движущихся частей. Они обеспечивают высокую скорость переключения и устойчивы к ударам и вибрации. Компания Banner предлагает датчики как с выходами переменного, так и постоянного тока. Однако твердотельные выходы типов PNP или NPN доступны только на устройствах постоянного тока.
Так в чём же разница между PNP и NPN?
Хотя датчики часто называют PNP или NPN, эти аббревиатуры на самом деле обозначают тип транзистора, используемого в устройстве. Разница между PNP и NPN заключается в структуре полупроводникового материала, из которого состоит транзистор. В транзисторе PNP полупроводниковый материал состоит из трёх слоёв: отрицательного (N) слоя, расположенного между двумя положительными (P) слоями: положительный-отрицательный-положительный, или PNP. Аналогично, в транзисторе NPN положительный слой находится между двумя отрицательными слоями: отрицательный-положительный-отрицательный, или NPN. Несмотря на различия в конструкции, обе формы имеют положительные и отрицательные выводы питания и подключаются к устройству, называемому нагрузкой, например, к подключенному индикатору, концентратору или мастер-устройству IO-Link, ПЛК и т. д.
Выходы PNP
Выход PNP, также называемый истоковым выходом, подает ток на подключенную нагрузку. Электрическая нагрузка подключается между выходом датчика и отрицательной (общей) клеммой источника питания. Напряжение на выходе равно напряжению питания.
Выходы NPN
Поскольку выходы NPN обеспечивают заземление цепи, их также называют выходами с поглощающим током. В этом случае электрическая нагрузка подключается между выходом датчика и положительным полюсом источника питания. Выходное напряжение представляет собой сигнал заземления. В выходах NPN ток протекает в направлении, противоположном направлению тока в выходах PNP.
Различные типы выходных сигналов датчиков
Различные датчики имеют разные типы выходов. Биполярные датчики содержат как PNP-, так и NPN-транзисторы в конфигурации с двумя выходами. Если вы не уверены, какой тип выхода вам нужен, можно подключить тот или иной. Однако к ПЛК обычно подключается только один выход.
Датчики с комплементарными выходами бывают двух типов: PNP и NPN. Эти устройства имеют два выходных провода: один находится в открытом состоянии, а другой — в замкнутом.
Выход типа «push-pull» содержит в одной схеме как PNP-, так и NPN-выходные транзисторы. Если схема включена и передает PNP-сигнал, то при выключении она будет передавать NPN-сигнал (и наоборот). Датчики с двухтактным выходом имеют настройку полярности, которая позволяет пользователю выбрать, какой выход будет активным при срабатывании датчика.
Когда использовать PNP и NPN
От того, в какой части мира вы находитесь, зачастую зависит, какой тип дискретного выхода вы будете использовать. В Азии примерно 90 процентов выходов имеют тип NPN. В Европе около 90 процентов выходов имеют тип PNP. В США соотношение NPN к PNP составляет примерно 60 к 40.
ПЛК будет ожидать сигнал типа PNP или NPN, поэтому убедитесь, что вы используете выход датчика, соответствующий конкретному типу сигнала, требуемому ПЛК для вашей конкретной задачи. Эта информация содержится в документации по ПЛК и в схемах подключения.
Когда будете разрабатывать своё следующее приложение, обратитесь к специалистам компании Langir Engineering чтобы получить помощь в определении ваших конкретных требований к выходам типа PNP или NPN.
Скачать руководство по емкостным переключателям компании Langir (PDF)
Данная статья основана на технической информации, первоначально опубликованной компанией Banner (bannerengineering.com).
