Cảm biến PNP và NPN là gì? Cách phân biệt và đấu dây
Trong hệ thống tự động hóa, cảm biến được sử dụng để phát hiện vật thể, vị trí hoặc trạng thái vận hành của máy. Khi lựa chọn cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, cảm biến từ hay cảm biến điện dung, người dùng thường gặp hai ký hiệu PNP và NPN. Đây là hai kiểu ngõ ra transistor, quyết định cách cảm biến truyền tín hiệu về PLC hoặc bộ điều khiển.
Hiểu đúng cảm biến PNP và NPN giúp kỹ thuật viên lựa chọn thiết bị tương thích, đấu dây chính xác và tránh tình trạng cảm biến sáng đèn nhưng PLC không nhận được tín hiệu.
I. Tổng quan về cảm biến PNP và NPN
PNP và NPN là hai kiểu transistor thường được sử dụng tại ngõ ra của cảm biến DC ba dây. Khi phát hiện đối tượng, transistor ngõ ra sẽ chuyển trạng thái và tạo tín hiệu đưa về thiết bị điều khiển.
Có thể hiểu đơn giản:
- Cảm biến PNP đưa điện áp dương ra dây tín hiệu khi tác động.
- Cảm biến NPN kéo dây tín hiệu về 0 V khi tác động.
Trong hệ thống sử dụng nguồn 24 VDC, cảm biến PNP thường đưa mức điện áp gần +24 VDC ra ngõ tín hiệu. Ngược lại, cảm biến NPN tạo đường dẫn từ ngõ tín hiệu xuống 0 VDC. Vì vậy, ngõ ra PNP thường được gọi là ngõ ra sourcing, nghĩa là cấp dòng điện cho tải. Ngõ ra NPN được gọi là ngõ ra sinking, nghĩa là tạo đường dẫn để dòng điện trở về cực âm nguồn.
Hai loại cảm biến có thể giống nhau về hình dáng, nguồn cấp, khoảng cách phát hiện và nguyên lý nhận biết vật thể. Điểm khác biệt chính nằm ở cách ngõ ra transistor đóng cắt dòng điện.
II. Màu dây của cảm biến ba dây
Phần lớn cảm biến DC ba dây trên thị trường sử dụng quy ước màu dây như sau:
- Dây nâu: Nguồn dương, thường là +12 đến +24 VDC.
- Dây xanh dương: Nguồn âm hoặc 0 VDC.
- Dây đen: Dây tín hiệu ngõ ra.
- Dây trắng: Ngõ ra thứ hai hoặc chức năng phụ trên một số model.
Quy ước này được sử dụng khá phổ biến nhưng không hoàn toàn áp dụng cho mọi sản phẩm. Trước khi đấu nối, kỹ thuật viên cần kiểm tra sơ đồ được in trên thân cảm biến, catalogue hoặc tài liệu kỹ thuật của đúng model.
Ngoài cảm biến ba dây còn có cảm biến hai dây, bốn dây, cảm biến ngõ ra relay, tín hiệu analog hoặc truyền thông. Khái niệm PNP và NPN trong bài viết này chủ yếu được sử dụng cho cảm biến DC có ngõ ra transistor.
III. Nguyên lý hoạt động của cảm biến PNP
Cảm biến PNP sử dụng transistor PNP tại tầng ngõ ra. Khi cảm biến chưa phát hiện vật thể, transistor thường ở trạng thái ngắt. Khi vật thể đi vào vùng phát hiện, transistor dẫn điện và đưa điện áp dương từ nguồn ra dây tín hiệu.
Dòng điện lúc này đi từ cực dương nguồn, qua transistor ngõ ra của cảm biến, qua tải hoặc mạch input PLC rồi trở về 0 VDC.
Cách đấu cảm biến PNP thông dụng:
- Dây nâu nối với +24 VDC.
- Dây xanh nối với 0 VDC.
- Dây đen nối vào chân input PLC.
- Chân COM của nhóm input PLC nối với 0 VDC.
Khi cảm biến ON, dây đen đưa điện áp dương vào input. PLC nhận được chênh lệch điện áp giữa chân input và COM nên chuyển trạng thái ngõ vào sang ON.
Cảm biến PNP được sử dụng phổ biến trong nhiều dây chuyền tự động hóa hiện đại. Tuy nhiên, việc sử dụng loại cảm biến nào vẫn phải dựa trên cấu trúc ngõ vào PLC và tiêu chuẩn thiết kế của từng hệ thống.
IV. Nguyên lý hoạt động của cảm biến NPN
Cảm biến NPN sử dụng transistor NPN tại tầng ngõ ra. Khi cảm biến phát hiện vật thể, transistor dẫn điện và kéo dây tín hiệu xuống mức 0 VDC.
Dòng điện đi từ cực dương nguồn, qua tải hoặc mạch input PLC, qua transistor ngõ ra của cảm biến rồi trở về cực âm nguồn.
Cách đấu cảm biến NPN thông dụng:
- Dây nâu nối với +24 VDC.
- Dây xanh nối với 0 VDC.
- Dây đen nối vào chân input PLC.
- Chân COM của nhóm input PLC nối với +24 VDC.
Khi cảm biến ON, dây đen được kéo về gần mức 0 V. Chênh lệch điện áp giữa chân COM +24 VDC và chân tín hiệu làm input PLC chuyển sang trạng thái ON.
Cảm biến NPN được sử dụng nhiều trong các hệ thống điều khiển của Nhật Bản và một số thị trường châu Á. Hiện nay, cả cảm biến PNP và NPN đều được sử dụng rộng rãi, vì vậy cần lựa chọn dựa trên khả năng tương thích của thiết bị thay vì chỉ dựa vào thói quen.
V. Cách phân biệt cảm biến PNP và NPN bằng đồng hồ đo
Khi nhãn cảm biến bị mờ hoặc không còn catalogue, kỹ thuật viên có thể kiểm tra sơ bộ bằng đồng hồ vạn năng. Tuy nhiên, trước tiên phải xác định chính xác dây cấp nguồn và điện áp cho phép của cảm biến.
Các bước kiểm tra cơ bản:
- Cấp nguồn đúng điện áp cho cảm biến.
- Chuyển đồng hồ sang thang đo điện áp DC.
- Đo điện áp giữa dây đen và dây xanh.
- Đưa vật thể vào vùng phát hiện của cảm biến.
Nếu điện áp dây đen so với 0 V tăng lên gần mức điện áp nguồn khi cảm biến ON, thiết bị có khả năng là cảm biến PNP. Nếu dây đen bị kéo xuống gần 0 V khi cảm biến ON và mạch cần tải kéo lên +24 VDC, thiết bị có khả năng là cảm biến NPN.
Phương pháp trên chỉ nên được sử dụng để kiểm tra sơ bộ. Dòng rò, ngõ ra hở collector hoặc mạch bảo vệ có thể tạo ra điện áp không tải và gây nhầm lẫn. Cách an toàn nhất vẫn là tra cứu mã sản phẩm và sơ đồ của nhà sản xuất.
VI. Những lỗi thường gặp khi sử dụng cảm biến
Một số lỗi phổ biến khi sử dụng cảm biến PNP và NPN gồm:
- Chọn đúng điện áp nhưng sai kiểu ngõ ra.
- Đấu sai chân COM của PLC.
- Nhầm dây nâu, dây xanh và dây đen.
- Đấu tải vượt quá dòng cho phép.
- Đi dây tín hiệu gần dây động lực hoặc biến tần.
- Chỉ kiểm tra đèn cảm biến mà không kiểm tra input PLC.
- Thay cảm biến mới nhưng không kiểm tra NO/NC.
Để hạn chế sai sót khi lựa chọn và đấu nối cảm biến PNP, NPN, doanh nghiệp nên kiểm tra kỹ thông số thiết bị, cấu hình ngõ vào PLC và sơ đồ đấu dây trước khi vận hành. Khi cần tư vấn lựa chọn cảm biến, PLC hoặc giải pháp tự động hóa phù hợp, hãy liên hệ Tự động hóa Toàn Cầu để được đội ngũ kỹ thuật hỗ trợ nhanh chóng và chính xác.
Zalo Miền Bắc