Каждая система управления нуждается в какой-то связи с окружающей средой и условиями физического процесса вокруг нее. Эти устройства чаще всего называются устройствами ввода-вывода. Определение правильного подключения устройства имеет решающее значение для успеха системы как при первоначальном подключении, так и при обслуживании и замене.
С датчиками и некоторыми нагрузками связаны два термина: «PNP» и «NPN». Эта концепция тесно связана с понятиями PN-переходов, которые могут быть определены как Sourcing (выдающие ток) или Sinking (потребляющие ток), и вы должны понимать взаимосвязь между ними, чтобы при необходимости правильно заменять компоненты.
Единственными устройствами, совместимость которых ограничена, являются устройства с диодной или транзисторной схемотехникой. Это означает, что механические кнопки и переключатели с нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми контактами можно использовать с любым типом ввода. Индикаторные лампы и большинство устройств нагрузки можно использовать с выходом любого типа. Это хорошая новость, потому что вам никогда не нужно проверять кнопку, чтобы узнать ее полярность (NPN или PNP) – у нее ее нет. Эти кнопки могут быть установлены на входе между питанием и ПЛК (переключение на стороне питания – более распространено) или они могут быть установлены на выходе между ПЛК и землей (переключение на стороне заземления – реже). Существует два типа трехпроводных датчиков постоянного тока.
- Для входных модулей типа Sink требуются датчики PNP.
- Для входных модулей типа Sourcing требуются датчики NPN.
PNP и NPN относятся к типам транзисторов, обеспечивающих выходное напряжение. Основное различие между этими двумя транзисторами заключается в направлении протекания тока. В конфигурации датчика PNP провод, обеспечивающий выходной сигнал, будет подавать положительный исходящий ток при подаче питания. Это именно то, что требуется для правильного функционирования потребляющих входных модулей.
Полярность датчика не всегда указана непосредственно на устройстве, но схемы подключения обычно находятся где-то на корпусе. PNP распознается по этикетке, прикрепленной к сигнальному проводу. На ней может быть указано + «напряжение», либо просто +, либо нагрузка, показанная как подключение к линии -. Если датчик обеспечивает сигнал +, то входной модуль должен обеспечить противоположное отрицательное соединение. На приведенных далее схемах показано несколько альтернативных примеров схемы подключения датчика PNP.
Датчик NPN обеспечит прямой путь для получения тока от провода выходного сигнала непосредственно к отрицательной клемме источника питания при подаче питания. На этикетке проводки для схемы NPN показано нагрузочное устройство, подключенное как к источнику питания, так и к датчику. На приведенной ниже диаграмме показана схема подключения NPN.
Одна хитрая концепция, касающаяся датчиков, заключается в том, что может показаться, что эти два датчика просто противоположны друг другу. Кажется, что напряжение просто переключается между включенным и обесточенным. Это не тот случай. Ток будет течь только при подаче питания, и он будет течь только в одном направлении для каждого датчика. Это означает, что вы не можете подключить датчик PNP к входу источника и ожидать простого изменения состояния включения/выключения. Это просто не будет работать вообще.
Когда датчик PNP находится под напряжением, он подает положительное напряжение на входной модуль, но модуль-источник подает такое же положительное напряжение обратно на него, поэтому ток вообще не будет течь. Когда датчик обесточен, транзистор не пропускает ток в любом направлении, поэтому ток вообще не будет течь. Как видите, этот датчик просто никогда не подаст питание на вход. Но хорошая новость заключается в том, что такое подключение не повредит вход, поэтому, если вы совершите эту ошибку, это может привести к неправильной работе машины, но вы не нанесете дополнительный ущерб модулю или датчику.
Практически все нагрузочные устройства можно использовать как с выходами-источниками, так и с выходами-потребителями, поскольку оба модуля позволяют замыкать цепь от + до -. Реже встречаются выходы, ограниченные PNP или NPN, но их можно увидеть на некоторых световых мачтах и других устройствах, поэтому важно понимать взаимосвязь. Рассмотрим большой электромагнитный клапан или реле с диодной защитой. Входные соединения на клапане будут четко обозначены собственной полярностью + и -, что позволит правильно использовать диод. При использовании с типичным выходом, выдающим ток, плюс источника питания будет подключен непосредственно к общей клемме выходного модуля. Затем выходная клемма будет подавать это положительное напряжение на положительную сторону катушки. Отрицательная сторона катушки возвращает ток непосредственно в минус источника питания. Это означает, что нагрузка была подключена в конфигурации «sinking». Если бы нагрузочное устройство было транзисторным, это была бы нагрузка NPN.
Теперь рассмотрим ту же катушку в паре с потребляющим ток выходным модулем. В этом случае модуль вывода подключается общей клеммой напрямую к минусу источника питания . Следовательно, положительное напряжение должно обеспечиваться вентилем. Сторона + клапана подключается непосредственно к плюсу источника питания, а минусовая сторона клапана подключается к выходной клемме. Поскольку нагрузка обеспечивает положительное напряжение, она подключается в конфигурации «источник тока». По сравнению с предыдущим примером, это нагрузочное устройство было бы PNP, если бы оно было основано на транзисторах.
Если вы работаете с датчиками и полевыми устройствами в системе управления, вы гарантированно столкнетесь с этой сложной концепцией PNP и NPN, но с некоторой практикой она превращается в простую концепцию электротехники.
© digitrode.ru