Датчики приближения NPN и PNP

Датчики приближения используются для обнаружения объектов без физического контакта. Существуют 2-проводные и 3-проводные датчики приближения, и более популярны 3-проводные датчики приближения. В зависимости от типа выхода существует два основных типа датчиков приближения: NPN и PNP.

Выбор правильного типа датчика приближения для конкретного применения может гарантировать правильную работу системы. В этой статье представлены краткое описание двух основных типов выходов и руководство по подключению датчика приближения к ПЛК.

Что такое датчик приближения NPN?

Бесконтактные датчики NPN обеспечивают активный НИЗКИЙ выход. Это означает, что когда объект попадает в зону обнаружения датчика, выход датчика соединяется с землей. Этот тип датчика также известен как «погружениедатчик.

Что такое датчик приближения PNP?

Бесконтактные датчики PNP обеспечивают активный ВЫСОКИЙ выход. Когда объект попадает в зону обнаружения датчика, выход датчика подключается к + 24В. При подключении к входу ПЛК он определяет это как логический ВЫСОКИЙ сигнал. Датчики приближения PNP также известны как ‘источниковдатчики.

Способ запомнить проводку датчиков NPN и PNP

Чтобы легко запомнить схему подключения 3-проводного датчика приближения постоянного тока, мы можем использовать следующую аналогию:

PNP = переключено Pязвительный

NPN = переключаемый Nотважный

Датчики приближения — это цифровые датчики. Поэтому для работы они всегда должны быть подключены к источнику питания 24 В.

В проводке датчика PNP нагрузка всегда подключен к негативу. Игровой автомат POsitive переключается, когда датчик приближения обнаруживает объект. Но в проводке датчика NPN нагрузка всегда подключен к положительному, А Negative переключается при обнаружении объекта.

PNP vs NPN для 3-проводного подключения датчика

Почти все промышленные датчики приближения являются твердотельными устройствами, а это означает, что они не имеют движущихся частей внутри. Самый популярный тип датчика приближения — трехпроводной. Они используют транзисторы типа PNP или NPN для переключения выхода при обнаружении объекта.

Два провода используются для подачи питания на датчик, а другой провод является выходным сигналом датчика.

Здесь стоит упомянуть, что, будучи датчиком типа PNP или NPN, не означает, что выход датчика нормально разомкнут (N / O) или нормально замкнут (N / C). Это зависит только от приложения. (Т.е. датчик PNP может быть либо N / O, либо N / C, а NPN может быть N / O или N / C)

Давайте посмотрим на схему релейного типа, в которой реле управляется непосредственно датчиком приближения.

Разница между двумя проводками заключается в том, что в проводке типа PNP реле всегда подключено к 0 В, а + 24 В переключается датчиком. Но в проводке типа NPN реле всегда подключено к + 24V, а датчик переключает подключение 0V. Тем не менее, датчик подключается к +24 и 0В для подачи питания на него.

Как подключить датчик приближения NPN / PNP к ПЛК

Предупреждение! Прежде чем пытаться выполнить какие-либо подключения, убедитесь, что система выключена, чтобы предотвратить поражение электрическим током.

Определение цветового кода 3-проводного датчика приближения

На 3-проводном датчике цветовой код проводки следующий: (коричневый: +24 В, синий: 0 В, черный: выход)

Если провода вашего датчика имеют другой цвет или вы не уверены в цветовом коде, обратитесь к техническому описанию его производителя.

Подключение 3-проводного датчика приближения типа NPN к ПЛК

Перед подключением датчика к ПЛК убедитесь, что ПЛК настроен на ‘sourcing’ тип. В ПЛК Siemens S7-200 это можно сделать, подключив вход 1M к + 24V. Это означает, что ПЛК будет «подавать ток» на входе, а датчик NPN будет «потреблять ток» при обнаружении объекта.

Если ввод подается на ПЛК через плату ввода, он должен быть тип источника карта ввода, либо настраиваемая. В SIMATIC S7-1200, цифровой вход SB 1221 вот такая карта ввода исходного типа.

Подключение 3-проводного датчика приближения типа PNP к ПЛК

Для датчика типа PNP ПЛК должен быть настроен как ‘тонущий’ тип. Подключение входа 1M к 0V сконфигурирует ПЛК как приемник входа. В этой конфигурации датчик может «подавать ток», а ПЛК «потребляет ток» для обнаружения выходного сигнала датчика.

Для датчика приближения типа PNP, если используется карта ввода, она должна бытьпогружение« тип карты. В S7-1200, цифровой вход SM 1221 Плата ввода для ПЛК S7-1200 является конфигурируемой платой ввода / вывода, которая может взаимодействовать с любым типом датчика.

Как выбрать датчик PNP или NPN?

Выбор PNP или NPN в основном зависит от приложения и доступности. В качестве Arrow Electronics Следует отметить, что датчики NPN более распространены в индустрии автоматизации в азиатском регионе. Датчики PNP более популярны в Европе и Америке.

Датчики NPN используются в высокоскоростных приложениях, потому что они быстрее датчиков PNP. Они также находят больше применений в цепях реле, чем в цепях ПЛК. Датчики PNP более популярны в схемах ПЛК, поскольку они могут предотвратить ложные срабатывания сигналов в случае повреждения и замыкания на землю.

Как узнать, какой у меня датчик приближения — NPN или PNP?

Самый простой способ определить тип датчика — это посмотреть на наклейку на корпусе датчика. На этой наклейке иногда также может быть напечатана электрическая схема.

Если датчик не отмечен и установлен, мультиметр может помочь определить тип датчика. Включите систему и тщательно измерьте напряжение между 0 В и черным проводом. Если при активном датчике есть напряжение +24 В, это датчик типа PNP. Если на мультиметре при активном датчике показания 0 В, скорее всего, это датчик NPN.

Заключение

В этой статье мы обсудили два типа датчиков приближения, их конструкцию и их применение в системах автоматизации. Всегда рекомендуется проектировать систему так, чтобы можно было использовать датчики как типа NPN, так и PNP, если это возможно. Это может значительно повысить гибкость управления.

Разница между выключателем NPN и PNP

Среди различных типов коммутаторов близости на рынке, в дополнение к второму проволоку, датчики и системы требуются в конструкции проекта проекта или при использовании установки. PLCСпособ вывода подключения. Большинство близорутных выключателей вывода петлейNPNПо-прежнемуPNPТипы являются формой выходных сигналов открытия коллективного электрода (ACЗа исключением кроме типа, и все имеют самые основные3Сигнальная линия,этоVCC；GND；OUTНесомненно4ЛинейныйOUT（NO+NC）。

Один,NPNтип,PNPТип выходной линии определения элемента определения

Прежде всего мы3Определение или название линии сигнала:

1. VCC: Это источник питания, также известный как+V(Обычно известный как источник питания, новая красная или коричневая линия).

2. GND: То есть это заземляющий провод, также известный как0V(Обычно известный как источник питания отрицательный, выбирая синие линии).

3. OUTТо есть выходная линия сигнала, также известная как нагрузка; (контактная черная (или белая) линия).

Далее простое описаниеNPNтип,PNPЗначение представителя:

Тип NPN: можно упомянутьNтип,NУказывает, что сигнальный терминал представляет собой отрицательный выход напряжения; внутренний переключатель подключен к концу сигнала и отрицательному электроду.

Тип PNP: можно упомянутьPтип,PУказывает сигнальный терминал в виде положительного выходного напряжения; внутренний переключатель подключен к сигнальной клемме и положительному электроду.

В то же время есть два типаNO(Нормально открытый)Тип илиNC(Нормально закрыто)Различный выход нормальный, простой выбор при выбореNPNТип илиPNPВыход типа — это необычное описание.

Для коммутаторов простых коммутаторов типа NPN, внешние цепи обнаружения следующие

CNT0 подключен к OUT, когда отсутствует сигнал ввода сигнала, вытягивается к источнику питания, а JS_A выводит высокий уровень.

Когда есть сигнальный вход, выход сброшен на землю, а JS_A выводит низкий уровень.

Для коммутаторов проксимирования типа PNP-типа, внешние цепи обнаружения следующие

CNT0 выбирает, нет ввода сигнала, выходной высокий уровень JS_C

Когда есть сигнальный ввод, JS_C выходной низкий уровень

Упрощенные карты

---

Интеллектуальная рекомендация

Несколько вопросов о справочных указателях 2018-06-15

Указатель по умолчанию под дугой является сильная ссылка: __ SICK & __ слабое и __ небезопасное сравнение ссылка:__strong & __weak & __ Unsafe_unreted. ..

Pytorch использует больше средств GPU

Использование нескольких графических процессоров в Pytorch требует инициализации заявленной модели после Декларационной модели, такой как: Затем, после запуска файла Python The Model Training, все GPU…

Как долго это так долго? Как логистические роботы не побежали на тысячи домохозяйств?

В заключенных ЦЕС Группа «Немецкая континентальная группа демонстрирует свои последние логистические роботы» — собака доставки пакетов Anymal. Для этого результат Круг медиа и технологичес…

Примечания к практическому изучению машинного обучения — алгоритм априори

Анализ ассоциаций — это задача поиска интересных взаимосвязей в крупномасштабных наборах данных. Эти отношения могут принимать две формы: Частые наборы элементов: набор элементов, которые часто появля…

Spring (4) Фреймворк заключительной главы третьей интеграции

Spring_day04 (интеграция трех основных фреймворков) 1. Три фреймворка (принцип интеграции) Бэкэнд веб-проекта разделен на три слоя. 2. Направляющий пакет (42) hibernate: hibernate/lib/required hiberna…

Вам также может понравиться

Первое понимание юнит-теста серии Python

Среду модульного тестирования unittest можно применять не только для модульного тестирования, но и для разработки и выполнения веб-автоматизированных тестовых примеров.Конструктура тестирования может …

Принцип непоследовательной загрузки изображений в процессе загрузки изображений в виде списка.

// Основная раскладка интерфейса // Вложенный макет // Основная функция MainActivity // Создать новый класс бина // Создать адаптер // Инструменты…

SpringBoot + mysql + развертывание проекта docker

Подготовка доменного имени и сервера Alibaba Cloud доменное имя: Вы можете приобрести необходимые доменные имена у основных поставщиков облачных услуг. Я приобрел доменное имя Alibaba Cloud. В облако …

Строить IPA-сервер с нуля. Реализация LDAP + Kerberos домена Проверка (Open Firewall, Command Version)

Рисунок метод конфигурации, пожалуйста, обратитесь к статье 1, экспериментальная среда: Физика хост-хост две виртуальные машины. Физический IP хост: 192.168.9.6/24 GW: 192.168.9.254 DNS: 8.8.8.8 Вирту…

Вызов клиента Центра конфигурации Apollo

Вызов клиента Центра конфигурации Apollo введение Центр конфигурации Создать проект Опубликовать пространство имен Создайте файл конфигурации локального кеша код проекта springboot Предыдущая запись: …

применение, способы подключения к контроллеру Как проверить индуктивный датчик

Здесь же я отдельно вынес такой важный практический вопрос, как подключение индуктивных датчиков с транзисторным выходом, которые в современном промышленном оборудовании – повсеместно. Кроме того, приведены реальные инструкции к датчикам и ссылки на примеры.

Принцип активации (работы) датчиков при этом может быть любым – индуктивные (приближения), оптические (фотоэлектрические), и т.д.

В первой части были описаны возможные варианты выходов датчиков. По подключению датчиков с контактами (релейный выход) проблем возникнуть не должно.

А по транзисторным и с подключением к контроллеру не всё так просто.

Схемы подключения датчиков PNP и NPN

Отличие PNP и NPN датчиков в том, что они коммутируют разные полюсы источника питания. PNP (от слова “Positive”) коммутирует положительный выход источника питания, NPN – отрицательный.

Ниже для примера даны схемы подключения датчиков с транзисторным выходом. Нагрузка – как правило, это вход контроллера.

Датчика. Нагрузка (Load) постоянно подключена к “минусу” (0V), подача дискретной “1” (+V) коммутируется транзистором. НО или НЗ датчик – зависит от схемы управления (Main circuit)

Датчика. Нагрузка (Load) постоянно подключена к “плюсу” (+V). Здесь активный уровень (дискретный “1”) на выходе датчика – низкий (0V), при этом на нагрузку подается питание через открывшийся транзистор.

Призываю всех не путаться, работа этих схем будет подробно расписана далее.

На схемах ниже показано в принципе то же самое. Акцент уделён на отличия в схемах PNP и NPN выходов.

Схемы подключения NPN и PNP выходов датчиков

На левом рисунке – датчик с выходным транзистором NPN . Коммутируется общий провод, который в данном случае – отрицательный провод источника питания.

Справа – случай с транзистором

PNP на выходе. Этот случай – наиболее частый, так как в современной электронике принято отрицательный провод источника питания делать общим, а входы контроллеров и других регистрирующих устройств активировать положительным потенциалом.

Как проверить индуктивный датчик?

Для этого нужно подать на него питание, то есть подключить его в схему. Затем – активировать (инициировать) его. При активации будет загораться индикатор. Но индикация не гарантирует правильной работы индуктивного датчика. Нужно подключить нагрузку, и измерить напряжение на ней, чтобы быть уверенным на 100%.

Замена датчиков

Как я уже писал, есть принципиально 4 вида датчиков с транзисторным выходом, которые подразделяются по внутреннему устройству и схеме включения:

• PNP NO
• PNP NC
• NPN NO
• NPN NC

Все эти типы датчиков можно заменить друг на друга, т. е. они взаимозаменяемы.

Это реализуется такими способами:

• Переделка устройства инициации – механически меняется конструкция.
• Изменение имеющейся схемы включения датчика.
• Переключение типа выхода датчика (если имеются такие переключатели на корпусе датчика).
• Перепрограммирование программы – изменение активного уровня данного входа, изменение алгоритма программы.

Ниже приведён пример, как можно заменить датчик PNP на NPN, изменив схему подключения:

PNP-NPN схемы взаимозаменяемости. Слева – исходная схема, справа – переделанная.

Понять работу этих схем поможет осознание того факта, что транзистор – это ключевой элемент, который можно представить обычными контактами реле (примеры – ниже, в обозначениях).

Итак, схема слева. Предположим, что тип датчика – НО. Тогда (независимо от типа транзистора на выходе), когда датчик не активен, его выходные “контакты” разомкнуты, и ток через них не протекает. Когда датчик активен, контакты замкнуты, со всеми вытекающими последствиями.

Точнее, с протекающим током через эти контакты)). Протекающий ток создает падение напряжения на нагрузке.

Внутренняя нагрузка показана пунктиром неспроста. Этот резистор существует, но его наличие не гарантирует стабильную работу датчика, датчик должен быть подключен к входу контроллера или другой нагрузке. Сопротивление этого входа и является основной нагрузкой.

Если внутренней нагрузки в датчике нет, и коллектор “висит в воздухе”, то это называют “схема с открытым коллектором”. Эта схема работает ТОЛЬКО с подключенной нагрузкой.

Так вот, в схеме с PNP выходом при активации напряжение (+V) через открытый транзистор поступает на вход контроллера, и он активизируется. Как того же добиться с выходом NPN?

Бывают ситуации, когда нужного датчика нет под рукой, а станок должен работать “прям щас”.

Смотрим на изменения в схеме справа. Прежде всего, обеспечен режим работы выходного транзистора датчика. Для этого в схему добавлен дополнительный резистор, его сопротивление обычно порядка 5,1 – 10 кОм. Теперь, когда датчик не активен, через дополнительный резистор напряжение (+V) поступает на вход контроллера, и вход контроллера активизируется. Когда датчик активен – на входе контроллера дискретный “0”, поскольку вход контроллера шунтируется открытым NPN транзистором, и почти весь ток дополнительного резистора проходит через этот транзистор.

В данном случае происходит перефазировка работы датчика. Зато датчик работает в режиме, и контроллер получает информацию. В большинстве случаев этого достаточно. Например, в режиме подсчета импульсов – тахометр, или количество заготовок.

Да, не совсем то, что мы хотели, и схемы взаимозаменяемости npn и pnp датчиков не всегда приемлемы.

Как добиться полного функционала? Способ 1 – механически сдвинуть либо переделать металлическую пластинку (активатор). Либо световой промежуток, если речь идёт об оптическом датчике. Способ 2 – перепрограммировать вход контроллера чтобы дискретный “0” был активным состоянием контроллера, а “1” – пассивным.

Если под рукой есть ноутбук, то второй способ и быстрее, и проще.

Условное обозначение датчика приближения

На принципиальных схемах индуктивные датчики (датчики приближения) обозначают по разному. Но главное – присутствует квадрат, повёрнутый на 45° и две вертикальные линии в нём. Как на схемах, изображённых ниже.

НО НЗ датчики. Принципиальные схемы.

На верхней схеме – нормально открытый (НО) контакт (условно обозначен PNP транзистор). Вторая схема – нормально закрытый, и третья схема – оба контакта в одном корпусе.

Цветовая маркировка выводов датчиков

Существует стандартная система маркировки датчиков. Все производители в настоящее время придерживаются её.

Однако, нелишне перед монтажом убедиться в правильности подключения, обратившись к руководству (инструкции) по подключению. Кроме того, как правило, цвета проводов указаны на самом датчике, если позволяет его размер.

Вот эта маркировка.

• Синий (Blue) – Минус питания
• Коричневый (Brown) – Плюс
• Чёрный (Black) – Выход
• Белый (White) – второй выход, или вход управления, надо смотреть инструкцию.

Система обозначений индуктивных датчиков

Тип датчика обозначается цифро-буквенным кодом, в котором зашифрованы основные параметры датчика. Ниже приведена система маркировки популярных датчиков Autonics.

Скачать инструкции и руководства на некоторые типы индуктивных датчиков: я встречаю в своей работе.

Всем спасибо за внимание, жду вопросов по подключению датчиков в комментариях!

Фундаментальные основы работы токовой петли 4..20 мА

С 1950-х годов токовая петля используется для передачи данных от измерительных преобразователей в процессе мониторинга и контроля. При низкой стоимости реализации, высокой помехоустойчивости и возможности передачи сигналов на большие расстояния, токовая петля оказалась особенно удобной для работы в промышленных условиях. Этот материал посвящен описанию базовых принципов работы токовой петли, основам проектирования, настройке.

Использование тока для передачи данных от преобразователя

Датчики промышленного исполнения часто используют токовый сигнал для передачи данных в отличие, от большинства других преобразователей, таких,например, как термопары или тензорезистивные датчики, которые используют напряжение сигнала. Несмотря на то, что преобразователи,использующие напряжение в качестве параметра передачи информации,действительно эффективно применяются во многих производственных задачах, существует круг приложений, где использование характеристик тока предпочтительнее. Существенным недостатком при использования напряжения для передачи сигналов в промышленных условиях является ослабление сигнала при его передаче на значительные расстояния вследствие наличия сопротивления проводных линий связи. Можно,конечно, использовать высокий входной импеданс устройств, чтобы обойти потери сигнала. Однако, такие устройства будут весьма чувствительны к шуму, которые индуцируют находящиеся поблизости моторы, приводные ремни или радиовещательные передатчики.

Согласно первому закону Кирхгофа сумма токов, втекающих в узел,равна сумме токов, вытекающих из узла.
В теории, ток,протекающий в начале контура,должен достичь его конца в полном объеме,
как показано на рис.1. 1.

Рис.1. В соответствии с первым законом Кирхгофа ток в начале контура равен току в его конце.

Это основной принцип, на котором работает контур измерения.. Измерение тока в любом месте токовой петли (измерительного контура) дает один и тот же результат. Используя токовые сигналы и приемные устройства для сбора данных с низким входным сопротивлением, в промышленных приложениях возможно получить значительный выигрыш от улучшения помехоустойчивости и увеличения длины линии связи.

Компоненты токовой петли
В состав основных компонентов токовой петли входят источник постоянного тока, первичный преобразователь, устройство сбора данных, и провода, соединяющие их в ряд, как показано на рисунке 2.

Рис.2. Функциональная схема токовой петли.

Источник постоянного тока обеспечивает питание системы. Преобразователь регулирует ток в проводах в диапазоне от 4 до 20 мА, где 4 мА представляет собой «живой» ноль, а 20 мА представляет максимальный сигнал.
0 mA (отсутствие тока) означает разрыв в цепи. Устройство сбора данных измеряет величину регулируемого тока. Эффективным и точным методом измерения тока является установка прецизионного резистора- шунта на входе измерительного усилителя устройства сбора данных (на рис.2) для преобразования тока в напряжение измерения, чтобы в конечном итоге получить результат,однозначно отражающий сигнал на выходе преобразователя.

Чтобы помочь лучше понять принцип работы токовой петли, рассмотрим для примера конструкцию системы с преобразователем, имеющую следующие технические характеристики:

Преобразователь используется для измерения давления
Преобразователь расположен в 2000 футов от устройства измерения
Ток,измеряемый устройством сбора данных, обеспечивает оператора информацией о величине давления, приложенного к преобразователю

Рассмотрение примера начнем с подбора подходящего преобразователя.

Проектирование токовой системы

Выбор преобразователя

Первым шаг в проектировании токовой системы является выбор преобразователя. Независимо от типа измеряемой величины (расход, давление, температура, и т. д.) важным фактором в выборе преобразователя является его рабочее напряжение. Только подключение источника питания к преобразователю позволяет регулировать величину тока в линии связи. Значение напряжения источника питания должно находиться в допустимых пределах: больше, чем минимально необходимое,меньше, чем максимальное значение, которое может привести к повреждению преобразователя.

Для токовой системы, рассматриваемой в примере, выбранный преобразователь измеряет давление и имеет рабочее напряжение от 12 до 30 В. Когда преобразователь выбран, требуется правильно измерить токовый сигнал, чтобы обеспечить точное представление о давлении, подаваемом на датчик.

Выбор устройства сбора данных для измерения тока

Важным аспектом, на который следует обратить внимание при построении токовой системы, является предотвращение появления токового контура в цепи заземления. Общим приемом в таких случаях является изоляция. Использовав изоляцию, вы можете избежать влияния контура заземления, возникновение которого поясняет рис. 3.

Рис.3. Контур заземления

Заземляющие контуры образуются при двух подключенных терминалов в цепи в разных местах потенциалов. Эта разница приводит к появлению дополнительного тока в линии связи, что может привести к появлению ошибок при измерениях.
Под изоляцией устройства сбора данных понимается электрическое отделение земли источника сигнала от земли входного усилителя измерительного устройства, как показано на рисунке 4.

Поскольку ток не может течь через барьер изоляции, точки заземления усилителя и источника сигнала имеют один и тот же потенциал. Таким образом исключается возможность непреднамеренно создать контур заземления.

Рис.4. Синфазное напряжение и напряжение сигнала в схеме с изоляцией

Изоляция также предотвращает от повреждения устройство сбора данных при наличии больших синфазных напряжений. Синфазным называют напряжение одинаковой полярности,которое присутствует на обоих входах инструментального усилителя. Например, на рис.4. и положительный (+) ,и отрицательный (-) входы усилителя имеют +14 V синфазного напряжения. Многие устройства сбора данных имеют максимальный входной диапазон ±10 В. Если устройство сбора данных не имеет изоляции и синфазное напряжение выходит за максимальный входной диапазон, вы можете повредить устройство. Хотя нормальное (сигнальное) напряжение на входе усилителя на рис.4 составляет только +2 В, добавка +14 в может дать в результате напряжение +16 В
(Сигнальное напряжение — это напряжение между « + » и « — » усилителя, рабочее напряжение есть сумма нормального и синфазного напряжения),что представляет опасный уровень напряжения для устройств сбора с меньшим рабочим напряжением.

При изоляции общая точка усилителя электрически отделена от нуля заземления. В схеме на рисунке 4 потенциал в общей точке усилителя «приподнят» на уровень +14 V. Такой прием приводит к тому, величина входного напряжения падает с 16 до 2 В.Теперь сбора данных, устройства больше не на риск перенапряжения ущерб. (Обратите внимание, что изоляторы имеют максимальную синфазного напряжения они могут отвергнуть. )

После того как устройство сбора данных изолировано и защищено, последним шагом при комплектовании токовой петли является выбор соответствующего источника питания.

Выбор источника питания

Определить, какой источник питания наилучшим образом отвечает вашим требованиям, весьма просто. При работе в токовой петле, блок питания должен выдавать напряжение, равное или большее, чем сумма падений напряжений на всех элементах системы.

Устройство сбора данных в нашем примере использует прецизионной шунт для измерения тока.
Необходимо рассчитать падение напряжения на этом резисторе. Типовой шунтирующий резистор имеет сопротивление 249 Ω. Основные расчеты при диапазоне тока в токовой петле 4 .. 20 мА
показывают следующее:

I*R=U
0,004A*249Ω= 0,996 V
0,02A*249Ω= 4,98 V

С шунта сопротивлением 249 Ω мы можем снять напряжение в диапазоне от 1 до 5 В, увязав величину напряжения на входе устройства сбора данных с величиной выходного сигнала преобразователя давления.
Как уже упоминалось,преобразователь давления требует минимального рабочего напряжения 12 В при максимальным 30 В. Добавив падение напряжения на прецизионном шунтирующем резисторе к рабочему напряжению преобразователя, получаем следующее:

12 В+ 5 В=17 В

На первый взгляд, хватит напряжения 17В.Необходимо,однако, учесть дополнительную нагрузку на блок питания, которую создают провода, имеющее электрическое сопротивление.
В случаях, когда датчик находится далеко от измерительных приборов, вы должны учитывать фактор сопротивления проводов при расчетах токовой петли. Медные провода имеют сопротивление постоянному току, которое прямо пропорционально их длине. С датчиком давления из рассматриваемого примера вам необходимо учесть 2000 футов длины линии связи при определении рабочего напряжения источника питания. Погонное сопротивление одножильного медного кабеля 2.62 Ω/100 футов. Учет этого сопротивления дает следующее:

Сопротивление одной жилы длиной 2000 футов составит 2000*2,62/100= 52,4 м.
Падение напряжения на одной жиле составит0,02* 52,4= 1,048 В.
Чтобы замкнуть цепь,необходимы два провода,тогда длина линии связи удваивается, и
полное падение напряжения составит 2,096 В. В итоге около 2.1 В благодаря тому,что расстояние от преобразователя до вторичного прибора составляет 2000 футов. Просуммировав падения напряжения на всех элементах контура, получим:
2,096 В + 12 В+ 5 В=19,096 В

Если вы использовали 17 V для питания рассматриваемой схемы, то напряжение, подаваемое на преобразователь давления будет ниже минимального рабочего напряжения за счет падения на сопротивлении проводов и шунтирующем резисторе. Выбор типового источник питания 24 В удовлетворит требованиям по питанию для преобразователя. Дополнительно имеется запас напряжения для того, чтобы разместить датчик давления на большем расстоянии.

С выбором правильно подобранных преобразователя, устройства сбора данных, длины кабелей и источника питания разработка простой токовой петли завершена. Для более сложных приложений вы можете включить дополнительные каналы измерений в систему.

Получившие наибольшее распространение в сфере автоматизации производства датчики с унифицированным токовым выходом 4-20, 0-50 или 0-20 мА могут иметь различные схемы подключения к вторичным приборам. Современные датчики, имеющие низкое энергопотребление и токовый выход 4-20 мА, чаще всего подключают по двухпроводной схеме. То есть к такому датчику подключается всего один кабель с двумя жилами, по которым этот датчик запитывается, и по этим же двум жилам осуществляется передача .

Как правило, датчики с выходом 4-20 мА и двухпроводной схемой подключения имеют пассивный выход и им для работы необходим внешний источник питания. Этот источник питания может быть встроен непосредственно во вторичный прибор (в его вход) и при подключении датчика к такому прибору в сигнальной цепи сразу появляется ток. О приборах, которые имеют встроенный во вход источник питания для датчика, говорят, что это приборы с активным входом.

Большинство современных вторичных приборов и контроллеров имеет встроенные источники питания для работы с датчиками с пассивными выходами.

Если же вторичный прибор имеет пассивный вход — по сути, просто резистор, с которого измерительная схема прибора «считывает» падение напряжения, пропорциональное протекающему в цепи току, то для работы датчика необходим дополнительный . Внешний блок питания в этом случае включается последовательно с датчиком и вторичным прибором в разрыв токовой петли.

Вторичные приборы обычно проектируются и выпускаются с таким расчетом, чтобы к ним можно было подключить как двухпроводные датчики 4-20 мА, так и датчики 0-5, 0-20 или 4-20 мА, подключаемые по трехпроводной схеме. Для подключения двухпроводного датчика к входу вторичного прибора с тремя входными клеммами (+U, вход и общий) задействуют клеммы «+U» и «вход», клемма «общий» остается свободной.

Так как датчики, как уже было сказано выше, могут иметь не только выход 4-20 мА, а, например, 0-5 или 0-20 мА или их невозможно подключить по двухпроводной схеме из-за большого собственного энергопотребления (более 3 мА), то применяют трехпроводную схему подключения. В этом случае цепи питания датчика и цепи выходного сигнала разделены. Датчики имеющие трехпроводную схему подключения обычно имеют активный выход. То есть, если подать на датчик с активным выходом напряжение питания и между его выходными клеммами «выход» и «общий» подключить нагрузочное сопротивление, то в выходной цепи побежит ток, пропорциональный величине измеряемого параметра.

Вторичные приборы обычно имеют достаточно маломощный встроенный блок питания для запитки датчиков. Максимальный выходной ток встроенных блоков питания обычно находиться в пределах 22-50 мА, чего не всегда достаточно для питания датчиков имеющих большое энергопотребление: электромагнитных расходомеров, инфракрасных газоанализаторов и т.п. В этом случае для питания трехпроводного датчика приходиться использовать внешний, более мощный блок питания, обеспечивающий необходимую мощность. Встроенный во вторичный прибор источник питания при этом не используется.

Подобная схема включения трехпроводных датчиков обычно используется и в том случае, когда напряжение встроенного в прибор источника питания не соответствует тому напряжению питания, которое допускается подавать на этот датчик. Например, встроенный источник питания имеет выходное напряжение 24В, а датчик разрешается питать напряжением от 10 до 16В.

Некоторые вторичные приборы могут иметь несколько входных каналов и достаточно мощный блок питания для запитки внешних датчиков. Необходимо помнить, что суммарная потребляемая мощность всех подключенных к такому многоканальному прибору датчиков должна быть меньше мощности встроенного источника питания, предназначенного для их питания. Кроме того, изучая технические характеристики прибора необходимо четко различать назначение встроенных в него блоков (источников) питания. Один встроенный источник используется для питания непосредственно самого вторичного прибора — для работы дисплея и индикаторов, выходных реле, электронной схемы прибора и т.п. Этот источник питания может иметь достаточно большую мощность. Второй встроенный источник используется для запитки исключительно входных цепей — подключенных к входам датчиков.

Перед подключением датчика к вторичному прибору следует внимательно изучить руководства по эксплуатации на данное оборудование, определить типы входов и выходов (активный/пассивный), проверить соответствие потребляемой датчиком мощности и мощности источника питания (встроенного или внешнего) и только после этого производить подключение. Реальные обозначения входных и выходных клемм датчиков и приборов могут отличаться от тех, что приведены выше. Так клеммы «Вх (+)» и «Вх (-)» могут иметь обозначение +J и -J, +4-20 и -4-20, +In и -In и т.п. Клемма «+U пит» может быть обозначена как +V, Supply, +24V и т.п., клемма «Выход» — Out, Sign, Jout, 4-20 mA и т.п., клемма «общий» — GND, -24V, 0V и т.п., но смысла это не меняет.

Датчики с токовым выходом имеющие четырехпроводную схему подключения имеют аналогичную схему подключения, что и двухпроводные датчики с той лишь разницей, что питание четырепроводных датчиков осуществляется по отдельной паре проводов. Кроме того, четырехпроводные датчики могут иметь как , что необходимо учитывать при выборе схемы подключения.

Датчики приближения NPN и PNP

Датчики приближения используются для обнаружения объектов без физического контакта. Существуют 2-проводные и 3-проводные датчики приближения, причем более популярны 3-проводные датчики приближения. Существует два основных типа датчиков приближения в зависимости от их типа выхода: NPN и PNP .

Правильный выбор датчика приближения для конкретного применения может обеспечить правильную работу системы. Цель этой статьи — дать обзор двух основных типов выходов и руководство по подключению датчика приближения к ПЛК.

Что такое датчик приближения NPN?

Бесконтактные датчики NPN обеспечивают активный НИЗКИЙ выходной сигнал. Это означает, что когда объект попадает в зону обнаружения датчика, выход датчика соединяется с землей. Этот тип датчика также известен как «датчик погружения ».

Что такое датчик приближения PNP?

Датчики приближения PNP обеспечивают активный ВЫСОКИЙ выходной сигнал. Когда объект попадает в зону обнаружения датчика, выход датчика подключается к +24В. При подключении ко входу ПЛК он определяет это как логический ВЫСОКИЙ сигнал. Датчики приближения PNP также известны как ‘ с датчиками ’.

Способ запомнить схему подключения датчика NPN и PNP

Чтобы легко запомнить схему подключения трехпроводного датчика приближения постоянного тока, можно использовать следующую аналогию:

N PN = переключаемый N отрицательный

Датчики приближения являются цифровыми датчиками. Поэтому для работы они всегда должны быть подключены к источнику питания 24 В.

В проводке датчика PNP нагрузка всегда подключена к минусу. Положительный сигнал P переключается, когда датчик приближения обнаруживает объект. Но в проводке датчика NPN нагрузка всегда подключена к плюсу , а минус N переключается при обнаружении объекта.

PNP и NPN для 3-проводного подключения датчика

Почти все промышленные бесконтактные датчики являются полупроводниковыми устройствами, т. е. внутри них нет движущихся частей. Наиболее популярным типом датчика приближения является 3-проводной тип. Они используют транзисторы типа PNP или NPN для переключения выхода при обнаружении объекта.

Два провода используются для обеспечения датчика питанием для работы, а другой провод является выходом датчика.

На этом этапе стоит упомянуть, что, будучи датчиком типа PNP или NPN, не означает, что  подразумевает, является ли выход датчика нормально разомкнутым (Н/О) или нормально замкнутым (Н/З). Это зависит только от приложения. (т. е. датчик PNP может быть Н/О или Н/З, а NPN может быть Н/О или Н/З)

Давайте рассмотрим схему релейного типа, в которой реле управляется непосредственно датчик приближения.

Разница между двумя проводками в том, что в проводке типа PNP реле всегда подключено к 0В, а +24В переключается датчиком. Но в проводке типа NPN реле всегда подключено к +24В, а датчик переключает подключение 0В. Несмотря на это, датчик подключен к +24 и 0В для подачи на него питания.

Как подключить датчик приближения NPN/PNP к ПЛК

Внимание! Прежде чем приступать к любой проводке, убедитесь, что система выключена, чтобы предотвратить поражение электрическим током.

Идентификация цветового кода 3-проводного датчика приближения

Для 3-проводного датчика цветовой код проводки следующий: (Коричневый: +24 В, Синий: 0 В, Черный: выход)

Если провода вашего датчика имеют разный цвет или вы не уверены в цветовом коде, обратитесь к техническому описанию его производителя.

Подключение 3-проводного датчика приближения типа NPN к ПЛК

Перед подключением датчика к ПЛК убедитесь, что ПЛК настроен на «Источник» Тип . На ПЛК Siemens S7-200 это можно сделать, подключив вход 1M к +24В. Это означает, что ПЛК будет «источать ток» на входе, а датчик NPN будет «принимать ток» при обнаружении объекта.

Если ввод подается в ПЛК через плату ввода, это должна быть плата ввода типа источника или настраиваемая. SIMATIC S7-1200 , цифровой ввод SB 1221  – это такая карта ввода с источником.

Подключение 3-проводного датчика приближения типа PNP к ПЛК

Для датчика типа PNP ПЛК должен быть сконфигурирован как «проходной» тип. Подключение входа 1M к 0V настроит ПЛК как входной приемник. В этой конфигурации датчик может «исходить ток», а ПЛК будет «принимать ток» для обнаружения выходного сигнала датчика.

Для бесконтактного датчика типа PNP, если используется входная карта, это должна быть карта типа « погружение »   . Плата ввода S7-1200, цифровой ввод SM 1221 для ПЛК S7-1200 представляет собой конфигурируемую плату ввода/вывода и может взаимодействовать с любым типом датчика.

Как выбрать датчик PNP или NPN?

Выбор PNP или NPN в основном зависит от приложения и доступности. Как упоминается в Arrow Electronics , датчики NPN более распространены в отрасли автоматизации в азиатском регионе. Датчики PNP более популярны в Европе и Америке.

Датчики NPN используются в высокоскоростных приложениях, поскольку они быстрее, чем датчики PNP. Они также находят больше применений в релейных схемах, чем в схемах ПЛК. Датчики PNP более популярны в схемах ПЛК, поскольку они могут предотвратить ложноположительные сигналы в случае повреждения или короткого замыкания на землю.

Как узнать, является ли мой датчик приближения NPN или PNP?

Самый простой способ определить тип датчика — посмотреть на наклейку на корпусе датчика. На этой наклейке иногда также может быть напечатана схема подключения.

Если датчик не промаркирован и установлен, мультиметр может помочь определить тип датчика. Включите систему и тщательно измерьте напряжение между 0 В и черным проводом. Если при активном датчике присутствует напряжение +24В, это датчик типа PNP. Если мультиметр показывает 0 В, когда датчик активен, это, скорее всего, датчик NPN.

Заключение

В этой статье мы обсудили два типа датчиков приближения, их конструкцию и применение в системах автоматизации. Всегда рекомендуется проектировать систему таким образом, чтобы она могла использовать датчики как NPN, так и PNP, если это возможно. Это может значительно повысить гибкость управления.

NPN Против. ПНП: в чем разница? — Направляющие

В настоящее время большинство отраслей промышленности используют в своих электронных устройствах твердотельные датчики, а это означает, что они используют твердые полупроводниковые компоненты, такие как транзисторы, для переключения выходного сигнала датчика, когда он что-то обнаруживает. Имея дело с электронными соединениями, например, с ПЛК, люди обычно ссылаются на датчики PNP или NPN. Однако это обозначение всего лишь указывает на тип транзистора, используемого внутри устройства. PNP и NPN — это типы биполярных переходных транзисторов с двумя разными аббревиатурами, обозначающими их состав.

Полупроводниковый материал, из которого они сделаны, представляет собой либо положительный слой, расположенный между двумя отрицательными слоями (NPN), либо отрицательный слой между двумя положительными слоями (PNP). В самых основных терминах P = положительный и N = отрицательный. Устройство, к которому подключен датчик, является нагрузкой, которая может быть чем угодно, от реле или входа ПЛК до лампы или пневматического клапана.

В настоящее время большинство отраслей промышленности используют в своих электронных устройствах твердотельные датчики, а это означает, что они используют твердые полупроводниковые компоненты, такие как транзисторы, для переключения выходного сигнала датчика, когда он что-то обнаруживает. Имея дело с электронными соединениями, например, с ПЛК, люди обычно ссылаются на датчики PNP или NPN. Однако это обозначение всего лишь указывает на тип транзистора, используемого внутри устройства. PNP и NPN — это типы биполярных переходных транзисторов с двумя разными аббревиатурами, обозначающими их состав.

Полупроводниковый материал, из которого они сделаны, представляет собой либо положительный слой, расположенный между двумя отрицательными слоями (NPN), либо отрицательный слой между двумя положительными слоями (PNP). В самых основных терминах P = положительный и N = отрицательный. Устройство, к которому подключен датчик, является нагрузкой, которая может быть чем угодно, от реле или входа ПЛК до лампы или пневматического клапана.

Так какая разница?

Оба типа транзисторов могут усиливать сигналы и коммутировать большие токи, но делают это по-разному. Оба типа датчиков имеют положительные и отрицательные выводы питания, но датчик типа PNP выдает положительный выходной сигнал в состоянии ВКЛ, а сигнал типа NPN в состоянии ВКЛ отрицательный. Датчик PNP (также называемый датчиком источника) подает положительную мощность на выход транзистора. Датчик NPN (также называемый опускающимся датчиком) подключает землю к выходу. Таким образом, они оба выполняют одну и ту же основную работу, но транзисторы NPN обычно предпочтительнее для большинства простых приложений проектирования схем, поскольку они быстрее, проще и дешевле в производстве. Более быстрая передача электронов является большим преимуществом в высокоскоростных коммутационных устройствах и схемах усилителей.

NPN

При подаче положительного сигнала на базовый вывод NPN-транзистора или погружного датчика сигнал усиливается за счет протекания большего тока от коллектора к эмиттерным контактам устройства. Этот ток пропорционален базовому напряжению и возникает в активном диапазоне. Ток не будет течь ниже определенного порога напряжения, но электроны могут свободно течь выше определенной точки, когда транзистор достигает насыщения. В конфигурации NPN нагрузка подключается между входом положительного напряжения и коллектором управляющего транзистора.

PNP

В случае транзистора PNP или датчика-источника он усиливает сигнал при приложении отрицательного напряжения. В этой конфигурации управляемая нагрузка подключается между коллектором транзистора и землей. Хотя этот тип конфигурации транзисторов менее распространен, он часто используется в определенных схемах, таких как традиционные схемы управления релейного типа. Транзисторы PNP также можно использовать в тандеме с NPN в приложениях, где необходимо эффективно усиливать колебательные сигналы. Некоторые более сложные устройства могут быть даже подключены как PNP или NPN, поэтому при проектировании схемы очень полезно иметь оба варианта переключения.

Выбор датчика ПЛК

Если вы используете датчик с ПЛК, очень важно, чтобы он совпадал с платой ввода ПЛК, поскольку воспринятое воздействие представляет собой базовый сигнал. Платы с положительным логическим входом потребляют ток от транзистора, поэтому для переключения им нужен источник или датчик PNP. Платы ввода с отрицательной логикой являются источниками тока и используют датчик с током или NPN. Эти термины не всегда наиболее часто используются в промышленности, поэтому важно сопоставить карту ПЛК с датчиком правильного типа, используя электрические схемы и документацию производителя ПЛК. Многие современные платы ввода ПЛК более гибкие и могут быть сконфигурированы либо как приемник, либо как источник. Однако, приняв решение, проводка должна быть последовательной для всех входов.

Заключение

Транзисторы NPN чаще используются в качестве базовых компонентов, но конфигурация PNP чаще используется в промышленных системах управления. Датчики PNP, как правило, более доступны для менее специализированных инженеров или техников, где кажется логичным, что положительный выход = ВКЛ. Электропроводка NPN может быть более понятной для эксперта по электротехнике, но она представляет больший риск. В случае, если выходной провод датчика NPN изношен и каким-либо образом заземлен, ПЛК или контроллер воспримут это как сигнал ВКЛ, что потенциально может быть опасным.

В Европе и Северной Америке датчик PNP чаще используется для ПЛК, так как входы чаще имеют проходной тип, тогда как в азиатской промышленности более характерно обратное. Для плат ввода-вывода требуется датчик типа NPN, который менее распространен в современных ПЛК, но наличие обоих вариантов обеспечивает наибольшую гибкость.

Когда использовать транзисторы NPN и PNP и полевые транзисторы

You are here: Home / New Articles / Когда использовать транзисторы NPN и PNP и полевые транзисторы

16 июля 2021 г. Автор: David Herres Оставить комментарий

Большинство биполярных транзисторов и полевых транзисторов (FET) имеют три вывода. В символе BJT базовый вывод перпендикулярен и приземляется в средней точке короткого отрезка, представляющего полупроводниковую подложку. Эмиттер имеет наконечник, встроенный в вывод, поэтому оставшийся вывод должен быть коллектором. Если указывает стрелка, устройство представляет собой NPN-транзистор. В противном случае это менее используемый PNP. Имейте в виду мнемоники «не указывай» и «указывай, пожалуйста».

Символы FET можно отличить по тому, что соединения стока и истока выходят перпендикулярно от подложки, а не под острыми углами, расходящимися друг от друга. Еще одно отличие состоит в том, что в JFET наконечник стрелки находится на выводе затвора, а не на стоке, что соответствует эмиттеру BJT. Если эта стрелка указывает внутрь, полевой МОП-транзистор является устройством с каналом P. Если это указывает, MOSFET является N-канальным.

Схематические символы и правила рисования схематических диаграмм различаются в зависимости от страны и юрисдикции. В Европе используется IEC 60617, аналогичный британскому стандарту BS 39.39, публикует соответствующие стандарты. В Северной Америке стандарты ANSI Y32.2-1975, IEEE Standard 315-1975 и CSA Z99-1975 практически не отличаются. Что касается логических функций, стандарт IEEE 91/91a распространяет графические символы, которые упоминаются в стандарте ANSI Y32.2/IEEE 315. Стандартом в Австралии является AS 1102.

Иногда возникает вопрос, как определить, когда NPN , PNP или FET — лучший выбор для данной схемы. Несколько общих рекомендаций помогут в принятии решения.

Сначала рассмотрим вопрос о полевых транзисторах и биполярных транзисторах. BJT, будь то NPN или PNP, управляются током, тогда как FET управляются напряжением. На практике это обычно означает, что биполярный транзистор включается, когда его диод база-эмиттер проводит ток. Диод включается и проводит ток, когда он становится смещенным в прямом направлении, и это происходит примерно на том же уровне 0,7 В, что и для обычного дискретного диода. Таким образом, смещения менее вольта между базой биполярного транзистора и эмиттером достаточно, чтобы включить транзистор.

Напротив, полевой транзистор, управляемый напряжением, обычно может требовать порядка 10 В на своем затворе для включения. Однако входной ток его затвора намного меньше, чем ток базы биполярного транзистора. Таким образом, полевые транзисторы обычно являются выбором, когда важно минимизировать входной ток / максимизировать входное сопротивление. Существуют и другие различия между биполярными транзисторами и полевыми транзисторами с точки зрения скорости переключения и коэффициента усиления, но основное внимание, как правило, уделяется входным характеристикам.

Это подводит нас к решению NPN против PNP. Ток, протекающий в базу NPN, включает транзистор, тогда как ток, вытекающий из базы, включает PNP. Таким образом, наиболее распространенное использование устройств NPN — это переключение заземления цепи. Устройства PNP используются для переключения с положительной стороны. Например, рассмотрим простой случай нагрузки и источника напряжения. Устройство NPN будет проходить между землей и нагрузкой, а другой конец нагрузки будет подключен к источнику напряжения. PNP будет проходить между источником напряжения и нагрузкой, а другой конец нагрузки будет подключен к земле.

Более реалистичным примером двух вариантов использования является нагрузка, управляемая логическим устройством, таким как цифровой выход микроконтроллера. Предположим, нагрузка работает от 12 В, но логика MCU при 5 В включена, 0 В выключена. Подход заключается в добавлении внешнего источника питания 12 В и подключении его выхода -V к GND микроконтроллера.

Здесь вы можете подключить одну сторону нагрузки к 12 В и использовать транзистор NPN для переключения другой стороны на землю. Ток через резистор к базе транзистора от ввода/вывода микроконтроллера включает нагрузку. При отсутствии тока (цифровой выход = 0 В) нагрузка остается плавающей и отключается.

И наоборот, вы можете подключить одну сторону нагрузки к земле и использовать транзистор PNP для переключения другой стороны на 12 В. Ток подается на базу транзистора, когда на входе/выходе MCU 0 В, и нагрузка включается . Однако, чтобы выключить PNP-транзистор, на его базе должно быть 12 В, потому что его эмиттер находится под напряжением 12 В. Поэтому может потребоваться добавить еще один транзистор для преобразования 5 В в 12 В для управления PNP.

 

NPN — распространенная конфигурация. Почти все выходы с открытым коллектором являются выходами NPN. Преимущество использования PNP заключается в том, что нагрузка подключается к источнику только тогда, когда он включен. Напротив, одна сторона нагрузки всегда подключена к источнику, когда NPN включает и выключает его.

В области измерений проблема PNP/NPN чаще всего возникает при использовании промышленных датчиков. Можно найти промышленные датчики с выходами NPN или PNP для управления некоторой нагрузкой. Исторически сложилось так, что азиатские производители стандартизировали датчики NPN (используя входы 24 В пост. тока), в то время как европейские производители обычно используют PNP (приемники входов 24 В пост. тока).

Большинство заводов США стандартизируют датчики PNP, поскольку они более широко используются и их легче найти, чем их аналоги NPN. А технические специалисты часто находят датчики PNP более простыми для понимания, потому что датчик выдает сигнал напряжения высокого уровня, когда выход активен.