در سیستمهای اتوماسیون صنعتی، نحوه اتصال سنسورها به PLC یکی از موضوعات مهم در طراحی و راهاندازی تابلوهای کنترل است. سنسورهای مجاورتی، فتوالکتریک، القایی و خازنی معمولاً برای ارسال سیگنال تشخیص به ورودی دیجیتال PLC استفاده میشوند. یکی از مهمترین مواردی که هنگام اتصال این سنسورها باید مورد توجه قرار گیرد، نوع خروجی آنها یعنی NPN یا PNP است.
انتخاب صحیح نوع سنسور و تطبیق آن با ورودی PLC باعث میشود سیگنالهای دیجیتال بهدرستی شناسایی شوند و از بروز خطا در عملکرد سیستم جلوگیری شود. در این مقاله تفاوت NPN و PNP، نحوه عملکرد آنها، سیمبندی با PLC و نکات مهم در انتخاب سنسور را بررسی میکنیم.
NPN و PNP در سنسورها به چه معنا هستند؟
NPN و PNP به نحوه عملکرد ترانزیستور خروجی سنسور و بهعبارت سادهتر، روش اتصال بار به منبع تغذیه اشاره دارند. در یک سنسور NPN، خروجی سنسور هنگام فعال شدن، جریان را به سمت 0V یا منفی منبع تغذیه هدایت میکند. به همین دلیل در بسیاری از منابع به خروجی NPN اصطلاح Sinking Output گفته میشود. در مقابل، سنسور PNP هنگام فعال شدن، ولتاژ مثبت را در خروجی قرار میدهد و جریان را به سمت ورودی PLC ارسال میکند. به همین دلیل خروجی PNP را معمولاً Sourcing Output مینامند.
بنابراین تفاوت اصلی این دو نوع سنسور در این است که:
- PNP: خروجی سنسور به سمت +24V سوئیچ میکند.
- NPN: خروجی سنسور به سمت 0V سوئیچ میکند.
این تفاوت در هنگام اتصال سنسور به ورودی دیجیتال PLC اهمیت زیادی دارد.
سنسور PNP چگونه به PLC متصل میشود؟
در بسیاری از سیستمهای اتوماسیون صنعتی، سنسورهای PNP کاربرد گستردهای دارند. در یک سنسور سه سیمه DC معمولاً سیمها به شکل زیر هستند:
- قهوهای: +24V DC
- آبی: 0V DC
- مشکی: خروجی سنسور
در حالت عادی، خروجی مشکی ممکن است غیرفعال باشد. زمانی که سنسور جسم موردنظر را تشخیص دهد، خروجی به +24V متصل میشود. برای اتصال به PLC، سیم قهوهای به +24V، سیم آبی به 0V و سیم مشکی به ترمینال ورودی دیجیتال PLC متصل میشود.
به عنوان مثال، اگر خروجی سنسور به ورودی I0.0 متصل شده باشد، با فعال شدن سنسور، ولتاژ مثبت به I0.0 اعمال شده و PLC وضعیت ورودی را ON تشخیص میدهد.
در این حالت PLC باید ورودیای داشته باشد که با دریافت ولتاژ مثبت نسبت به 0V، فعال شود.
سنسور NPN چگونه به PLC متصل میشود؟
در سنسور NPN نیز معمولاً سیمبندی تغذیه مشابه است:
- قهوهای: +24V DC
- آبی: 0V DC
- مشکی: خروجی سنسور
اما عملکرد سیم خروجی متفاوت است. وقتی سنسور NPN فعال میشود، خروجی مشکی به سمت 0V سوئیچ میکند. بنابراین مسیر جریان از منبع مثبت، از ورودی PLC و سپس از خروجی سنسور به سمت 0V برقرار میشود. در این حالت، نوع ورودی PLC باید با روش Sinking/Sourcing مورد استفاده سازگار باشد. به همین دلیل نمیتوان تنها بر اساس تعداد سیمهای سنسور، نوع اتصال آن را مشخص کرد. نوع خروجی سنسور و ساختار ورودی PLC باید با یکدیگر هماهنگ باشند.
تفاوت NPN و PNP در یک نگاه
| ویژگی | PNP | NPN |
|---|---|---|
| نوع خروجی | Sourcing | Sinking |
| وضعیت خروجی هنگام فعال شدن | +24V | 0V |
| مسیر اصلی جریان | از سنسور به ورودی PLC | از ورودی PLC به سنسور |
| کاربرد رایج | بسیار متداول در بسیاری از سیستمهای صنعتی | رایج در برخی ماشینآلات و سیستمها |
| سیم خروجی | معمولاً مشکی | معمولاً مشکی |
| تغذیه سنسور | معمولاً 24V DC | معمولاً 24V DC |
البته رنگ سیمها در بسیاری از سنسورهای استاندارد مشابه است، اما همیشه باید نقشه سیمبندی سازنده بررسی شود؛ زیرا استاندارد سیمبندی ممکن است در برخی تجهیزات متفاوت باشد.
تفاوت Sourcing و Sinking چیست؟
برای درک بهتر NPN و PNP، باید مفهوم Sourcing و Sinking را نیز بشناسیم. یک خروجی Sourcing جریان را به سمت بار تأمین میکند. در سیستمهای DC، خروجی PNP معمولاً چنین عملکردی دارد و در زمان فعال شدن، +24V را در اختیار ورودی قرار میدهد. یک خروجی Sinking مسیر جریان را به سمت 0V فراهم میکند. خروجی NPN معمولاً چنین عملکردی دارد.
به زبان ساده:
PNP → مثبت را به ورودی میدهد
NPN → ورودی را به منفی وصل میکند
این تفاوت باید با طراحی مدار ورودی PLC هماهنگ باشد.
آیا هر سنسور PNP یا NPN به هر PLC متصل میشود؟
خیر. یکی از اشتباهات رایج در سیمبندی سیستمهای اتوماسیون این است که تصور کنیم هر سنسور 24 ولتی را میتوان به هر ورودی دیجیتال PLC متصل کرد. ورودی PLC دارای مدار داخلی مشخصی است و باید مشخص شود که برای چه نوع اتصال و چه نوع جریان ورودی طراحی شده است. بنابراین پیش از اتصال سنسور باید موارد زیر بررسی شود:
- ولتاژ نامی ورودی PLC
- نوع ورودی دیجیتال
- جریان موردنیاز ورودی
- Common ورودیها
- نحوه اتصال 0V و +24V
- نوع خروجی سنسور
- نقشه Wiring سنسور و PLC
برای مثال، در برخی PLCها گروهی از ورودیها یک ترمینال مشترک یا COM دارند. نحوه اتصال این COM مشخص میکند که ورودیها چگونه نسبت به منبع تغذیه عمل کنند.
سنسور سه سیمه و چهار سیمه
بسیاری از سنسورهای صنعتی از نوع سه سیمه هستند. در این سنسورها معمولاً دو سیم برای تغذیه و یک سیم برای خروجی استفاده میشود.
اما سنسورهای چهار سیمه نیز وجود دارند. در این مدلها معمولاً دو خروجی مجزا در اختیار کاربر قرار میگیرد؛ برای مثال:
- Normally Open یا NO
- Normally Closed یا NC
بنابراین علاوه بر نوع NPN یا PNP، باید وضعیت خروجی NO/NC نیز هنگام طراحی مدار کنترل در نظر گرفته شود.
نکات مهم هنگام سیمبندی NPN و PNP
هنگام اتصال سنسور به PLC بهتر است چند نکته مهم رعایت شود. اول اینکه قبل از سیمبندی، دیتاشیت سنسور و PLC بررسی شود. صرفاً بر اساس رنگ سیمها تصمیمگیری نکنید. دوم اینکه ولتاژ تغذیه سنسور و PLC با یکدیگر سازگار باشد. در سیستمهای صنعتی، 24V DC بسیار رایج است، اما این موضوع به معنی یکسان بودن تمام تجهیزات نیست. سوم اینکه Common ورودیهای PLC بهدرستی متصل شود. اشتباه در اتصال COM میتواند باعث شود ورودی PLC هیچ سیگنالی دریافت نکند. همچنین در محیطهای صنعتی باید به نویز الکتریکی توجه کرد. کابل سنسورها بهتر است تا حد امکان از کابلهای قدرت، کابل موتور و خروجی اینورتر فاصله داشته باشند. در کاربردهای حساس، استفاده صحیح از شیلد و اتصال زمین نیز اهمیت دارد.
چگونه NPN یا PNP بودن سنسور را تشخیص دهیم؟
سادهترین روش، بررسی پلاک یا دیتاشیت سنسور است. معمولاً نوع خروجی بهصورت NPN, PNP, NPN NO, PNP NC و موارد مشابه روی مشخصات فنی درج میشود. اگر اطلاعات روی بدنه مشخص نباشد، میتوان نقشه سیمبندی سازنده را بررسی کرد. در برخی شرایط نیز با استفاده از مولتیمتر میتوان عملکرد خروجی را بررسی کرد، اما این کار باید با رعایت محدوده ولتاژ و روش صحیح تست انجام شود.
جمعبندی
NPN و PNP دو روش متداول برای خروجی سنسورهای دیجیتال در سیستمهای اتوماسیون صنعتی هستند. سنسور PNP در زمان فعال شدن، خروجی را به سمت ولتاژ مثبت میبرد، در حالی که سنسور NPN خروجی را به سمت 0V هدایت میکند. تفاوت این دو نوع خروجی در ظاهر سنسور همیشه قابل تشخیص نیست و باید مشخصات فنی سنسور و نوع ورودی PLC بررسی شود. همچنین توجه به Common ورودیها، ولتاژ تغذیه، جریان ورودی و نحوه Sourcing/Sinking اهمیت زیادی دارد.
در طراحی یک سیستم اتوماسیون، انتخاب صحیح بین NPN و PNP تنها به خود سنسور محدود نمیشود؛ بلکه باید سنسور، ورودی PLC و نحوه سیمبندی مدار بهصورت یک مجموعه هماهنگ در نظر گرفته شوند. رعایت این موضوع علاوه بر جلوگیری از خطاهای سیمبندی، باعث افزایش قابلیت اطمینان و پایداری سیستم کنترل خواهد شد.
